張磊，田朋濤，王博

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

車架是汽車的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量和性能的好壞，直接影響到整車的性能，如平順性、舒適性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等。本文利用車架臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)了某重型商用牽引車的車架剛度、疲勞性能，并結(jié)合車輛路試情況，判斷車架臺(tái)架試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

加載系統(tǒng)為液壓伺服系統(tǒng)，采用液壓伺服作動(dòng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)力控制、位移控制模式自動(dòng)加載，同時(shí)帶數(shù)據(jù)記錄功能。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)加載和基于各種波形（正弦波、梯形波、斜波等）的等幅值循環(huán)加載。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)位移、力、應(yīng)變和加速度等常用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)工作。

2 彎曲試驗(yàn)簡(jiǎn)介

2.1 彎曲試驗(yàn)簡(jiǎn)介

本次試驗(yàn)所進(jìn)行的樣件為某商用車車架總成。彎曲試驗(yàn)?zāi)M車輛在路面行駛時(shí)由于車架自身質(zhì)量及附加質(zhì)量在垂向振動(dòng)加速度情況下的彎曲變形。試驗(yàn)之前將車架總成水平安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。如圖1所示。

圖1 彎曲試驗(yàn)示例

2.2 彎曲剛度、應(yīng)力測(cè)量

在車架加載位置分級(jí)進(jìn)行垂直加載。載荷加載至 1.5倍滿載質(zhì)量。在車架前后軸中心位置即車架最大變形量處縱梁下翼面布置位移傳感器，測(cè)試車架加載情況下的變形。測(cè)量結(jié)果剛度曲線見圖2。根據(jù)CAE彎曲報(bào)告，在車架前后軸中心、靠近加載位置下翼面應(yīng)力較大的6個(gè)點(diǎn)布置應(yīng)變片，進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量，車架彎曲應(yīng)變結(jié)果見圖3。

圖2 車架彎曲曲線

圖3 車架彎曲應(yīng)力曲線

如圖3所示，車架最大應(yīng)力為102MPa，因此安全系數(shù)取2時(shí)，試驗(yàn)車架滿足設(shè)計(jì)要求，所以該牽引車型車架強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 彎曲疲勞試驗(yàn)

車輛在不平路面行駛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不斷變化的彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致車架彎曲疲勞。彎曲疲勞試驗(yàn)約束形式同剛度試驗(yàn)相同，考慮該車型為標(biāo)載車型不超載，所以定義其動(dòng)態(tài)系數(shù)為1.5。在加載位置施加16～24T載荷和耐久次數(shù)，進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。

經(jīng)過50萬次車架彎曲疲勞試驗(yàn)，車架未出現(xiàn)裂紋，樣件完好，說明車架彎曲疲勞壽命符合設(shè)計(jì)要求。

3 車架扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)

3.1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)簡(jiǎn)介

圖4 車架扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)示例

車輛在路面行駛時(shí)多個(gè)車輪不在同一平面，從而使車架發(fā)生扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)工況模擬車輛車輪一端墊高一端懸空時(shí)車架的受力狀況。試驗(yàn)之前將車架總成水平安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，如圖4所示。

3.2 扭轉(zhuǎn)剛度、應(yīng)力

根據(jù)CAE扭轉(zhuǎn)分析報(bào)告，在車架縱梁及橫梁上應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)布置10個(gè)應(yīng)變片，測(cè)量各點(diǎn)應(yīng)力。液壓作動(dòng)器在車架前軸處施加位移，使得車架前軸處上翼面相對(duì)平衡軸處上翼面產(chǎn)生夾角。記錄夾角與施加扭矩的關(guān)系，計(jì)算出車架的扭轉(zhuǎn)剛度值。在剛度過程中同時(shí)記錄各點(diǎn)應(yīng)力值的大小。

如圖5和圖6所示，車架扭轉(zhuǎn)過程中最大應(yīng)力120MPa。

圖5 車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力曲線

圖6 車架扭轉(zhuǎn)剛度曲線

3.3 扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)

約束及加載同扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)。因?yàn)檐嚰茉凇?°循環(huán)時(shí)車架受力較小，疲勞損傷過小，為提高試驗(yàn)效率，疲勞試驗(yàn)從±2°開始加載。

圖7 車架尾梁小裂紋

車架在-2°～2°扭轉(zhuǎn)時(shí)車架未出現(xiàn)異常，-3°～3°工況時(shí)車架未出現(xiàn)異常，-5°～5°工況時(shí)車架尾梁出現(xiàn)細(xì)小裂紋。試驗(yàn)中-5°～5°的載荷工況屬于模擬實(shí)際工況中十分惡劣道路情況，并且其加載力矩是該商用車超載嚴(yán)重的情況下的的力矩。雖然試驗(yàn)中出現(xiàn)尾梁裂紋現(xiàn)象，但是只出現(xiàn)在-5°～5°工況且試驗(yàn)結(jié)果未出現(xiàn)因扭轉(zhuǎn)疲勞而導(dǎo)致縱梁下翼面斷裂或更為嚴(yán)重的斷裂情況。試驗(yàn)完成對(duì)細(xì)微裂紋分析，裂紋原因是樣件為試制樣件，倒角處出現(xiàn)小豁口造成應(yīng)力集中所致。另外按照相關(guān)規(guī)范，在±4°工況完成即達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。因此扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)結(jié)果說明車架的結(jié)構(gòu)是滿足要求和實(shí)際使用工況需求的。

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與整車路試

車架臺(tái)架試驗(yàn)雖然驗(yàn)證了車架結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，但還存在可優(yōu)化和改進(jìn)的地方。再結(jié)合CAE分析軟件對(duì)車架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，使車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果更加顯著，車架臺(tái)架試驗(yàn)實(shí)用價(jià)值更加明顯。

從整車道路試驗(yàn)采集的車架數(shù)據(jù)與臺(tái)架試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)相比較發(fā)現(xiàn)，兩者在車架總成上的應(yīng)力分布情況、變形趨勢(shì)結(jié)果一致，這證明了車架扭轉(zhuǎn)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果還需要通過整車道路試驗(yàn)來校驗(yàn)，同時(shí)利用整車道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可對(duì)優(yōu)化臺(tái)架試驗(yàn)方法和內(nèi)容起到關(guān)鍵作用。

5 結(jié)語

根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果和整車道路試驗(yàn)結(jié)果的一致性的對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：通過車架臺(tái)架試驗(yàn)，能夠快速、準(zhǔn)確的驗(yàn)證新產(chǎn)品車架的疲勞耐久性能，且與道路可靠性試驗(yàn)結(jié)果相一致。車架臺(tái)架試驗(yàn)為車架的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了驗(yàn)證手段和參考工具，提升了整個(gè)零部件的試驗(yàn)?zāi)芰Γs短了試驗(yàn)周期，節(jié)約了委外試驗(yàn)費(fèi)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。