重型商用車車架裝配工藝及試驗分析

雒彬

摘 要：隨著汽車制造業的不斷發展和進步，重型商用車車架裝備工藝技術受到巨大挑戰。傳統的重型商用車車架裝配工藝及試驗技術已經難以滿足當前的生產需求，而臺架試驗對其標準的考核具有很大推廣價值。本文在闡述重型商用車車架概念的同時，并著重對重型商用車車架臺架試驗技術展開了詳細分析。

關鍵詞：重型商用車車架；工藝；試驗

縱觀我國汽車制造業的發展歷程，從經濟體制改革到引進國外技術，再到自主研發，如今相關技術已經與國家接軌。由于重型商用車的特殊工作環境，其車架的生產要求非常之高，所以裝備工藝的改進和創新具有重要的價值和意義。

1 重型商用車車架

所謂的重型商用車車架，一般多是指邊梁式車架，組成其主要的結構為若干跟橫梁和兩根位于梁板的縱梁。邊梁式車架具有利于改裝和變型，以及發展多品種等優點，因為此類車架便于支承連接汽車的各零部件，安裝車身和布置其他總成。另外，車架需要承受汽車行駛時所產生的各種力和力矩，包括車輛各總成和所運輸貨物的重量和載荷，以及來自車內外的各種載荷。因此，足夠的疲勞強度、彎曲強度和適當的扭轉剛度，以及滿足輕量化的要求，是重型商用車車架必須具備的基本性質。

2 重型商用車車架裝配工藝試驗

為了保證整車最終的設計產品達到設計要求，在設計新車型時，必須綜合尺寸設計和裝配方式等各種各樣的因素，通過整車道路試驗和相關臺架試驗進行驗證。臺架試驗方法檢驗車架與傳統重型商用車車架裝配工藝試驗相比，不僅可以縮短開發和試制的驗證時間，而且節約成本。因為傳統重型商用車車架裝配工藝試驗對試驗場地要求非常嚴格，并且具有耗時長、耗財力和人力大的缺陷。目前，由于沒有統一和標準的方法對車架總成可靠性考核進行評價，故此，在檢驗車架總成的可靠性時，只能根據自主設計的臺架試驗方法和相關設備進行考核。在檢查車架結構是否達到設計要求上，通過試驗設備模擬實際工況對車架的彎曲應力、彎曲變形、彎曲疲勞、扭轉剛度、扭轉疲勞的參數進行驗證，是國內首創的商用車車架臺架試驗。

商用車車架的受力情況和疲勞強度的校核至關重要，因為它是組成底盤系統的重要部分，受力狀況比較復雜。根據車架的實際受力情況分析，車架所受到的主要載荷為彎曲、扭轉、側向載荷和縱向載荷等。當車輛在平坦的道路上高速行駛時，由于車架自身質量、附加質量和垂直振動加速度而使車架發生彎曲變形。此時，車輛的車輪可能不在同一水平上，使車架歪斜，使車架扭轉變形。框架的工作條件可分為彎曲和扭轉。彎曲條件是在車架處于良好狀態和勻速四輪著陸條件下模擬車架的變形。在車輛車架應力狀態下，對車輪懸架進行了仿真，提出了車輪的扭轉模態。

車架試驗臺是根據車架實際工況下的受力情況設計的，并結合相關試驗方法和車架設計經驗公式，對車架彎曲應力、彎曲變形、彎曲疲勞、扭轉剛度、扭轉疲勞5方面進行試驗。正確的試驗方式為：首先將車架總成水平放置安裝在試驗臺架上，然后把測試點安置在車架總成上。彎曲變形、彎曲應力測速點位置和扭轉剛度測速點具體情況如圖1和圖2所示。

3 試驗分析

3.1 彎曲應力和彎曲變形

我們根據正確的車架臺架試驗的內容和步驟，完成彎曲應力和彎曲變形的試驗后，從圖3和圖4可以明顯看出，彎曲應力和彎曲變形隨鞍座上施加的載荷增大而增大。最大彎曲應力和彎曲變形為試驗載荷施加位置附加，即是圖中前軸中心線至平衡軸中心線之間，車架的彎曲應力和彎曲變形也是呈線性增加，直至鞍座中心線處。

試驗中施加的載荷超過標準載荷的30%，其最大彎曲應力為108MPa。而車架采用510L汽車大梁鋼，屈服強度為355MPa。因此，在安全系數為2時，試驗車架滿足設計要求，所以車架的強度是足夠的。車架縱梁的最大撓度計算如式（1），其中為梁的抗彎剛度系數，E為彈性模量，為汽車軸距，F為縱梁中點受到的集中載荷，為梁的擾度。結合車架使用要求和設計經驗，車架通常的最大撓度不得超過10mm。試驗車架的最大變形量為7.36mm，同樣滿足設計要求。試驗結果說明該車架具有良好的抗變形能力，有利于提高整車的操控性，使輪胎與路而的接地性增大，從而增強車輛的抓地力，使行駛平穩。

Ymax=Fl3EJx（1）

3.2 彎曲疲勞

彎曲疲勞主要是因為車輛長期在不平整的路面行駛，彎曲應力會不斷的變化，導致車架彎曲變形。彎曲疲勞試驗主要是對車架的牽引座進行垂直荷載檢測，一般施加在車架的牽引座上力為160～300千牛和210～410千牛；載荷的施加和釋放要求循環次數為20萬次和10萬次。因為通常的試驗規范要求是載荷循環次數大于20萬次，循環次數大于20萬次后即認為疲勞壽命符合試驗工況，所以不再追求疲勞壽命是多少。經過彎曲疲勞試驗后，車架總成未出現破損等缺陷，說明車架彎曲疲勞壽命的符合要求。

3.3 扭轉剛度

車架的扭轉剛度直接影響車輛的操作性、平順性和通過能力。因為車架的縱梁具有折彎而，橫梁也不是等距離布置，所以車架的扭轉剛度不是固定的，只能利用定性的比較勝訓一算，再通過實驗來確定。圖5為6個測試點分別在不同加載力矩的作用下，轉動角度的變換。

4 總結

基于車架在汽車配置中的重要性，重型商用車亦是如此。故此，對重型商用車車架進行彎曲應力和彎曲變形、彎曲疲勞、扭轉剛度、扭轉疲勞檢測尤為重要。傳統的試驗方法不僅費時、費力，而且對場地要求較高。臺架試驗在具備精準的實驗效果的同時，大大縮短實驗周期，以及節約實驗費用也是其具備的優勢所在。

參考文獻

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（作者單位：中國汽車工業工程有限公司）