某小卡車架駕駛室支撐開裂問題原因分析與改進(jìn)

楊 鞏

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕型商用車研究院，安徽 合肥 230601）

引言

車架作為卡車的“脊梁”，車架的可靠性與整車行駛安全性強(qiáng)相關(guān)[1]。車架出故障維修的成本高，周期長，影響產(chǎn)品的品質(zhì)和客戶滿意度。

某小卡車型采用邊梁式車架結(jié)構(gòu)，由兩根位于兩邊的縱梁與若干根橫梁組成，采用焊接法將縱梁與橫梁連接成堅(jiān)固的剛性結(jié)構(gòu)。駕駛室支撐等安裝支撐也通過焊接固定在車架總成上。在可靠性試驗(yàn)過程中出現(xiàn)駕駛室支撐開裂問題，故障點(diǎn)在駕駛室支撐和縱梁焊接處端部，斷裂里程為強(qiáng)化路5480km，其故障如圖1 所示。

圖1 駕駛室支撐開裂位置

本文通過對駕駛室支撐的材料、焊接質(zhì)量、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面對開裂問題進(jìn)行分析，最終通過優(yōu)化整改，在12000km強(qiáng)化路試驗(yàn)中消除故障。

1 原因分析

1.1 支撐材料物理性能分析

該支撐采用510L-4.0 材料，屈服強(qiáng)度不小于355MPa，抗拉強(qiáng)度不小于510MPa。對故障件支撐取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，檢測結(jié)果顯示材料合格，見表1。

表1 510L-4.0 拉伸試驗(yàn)記錄

1.2 支撐材料化學(xué)性能分析

從故障件支撐上切取樣件，對其進(jìn)行化學(xué)成分分析，測試結(jié)果見表2：

表2 510L 化學(xué)成分分析結(jié)果

1.3 焊縫質(zhì)量分析

開裂部位為支撐和縱梁間焊縫位置，對焊縫質(zhì)量進(jìn)行分析。宏觀分析焊縫，如圖2，焊縫無咬邊，寬度不均勻，焊渣等情況，滿足焊縫外觀要求。微觀分析焊縫，如圖3，焊縫無裂紋、氣孔、未熔合等不良缺陷。

圖2 開裂焊縫宏觀圖片

圖3 開裂焊縫放大圖片

1.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

采用HyperMesh 軟件對垂直沖擊工況進(jìn)行分析[2]，應(yīng)力云圖見圖4。

圖4 垂直工況應(yīng)力云圖

通過CAE 分析局部最大強(qiáng)度為122.548Mpa 小于屈服強(qiáng)度345Mpa。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠，但是應(yīng)力集中點(diǎn)為圓角位置的突變結(jié)構(gòu)，與實(shí)物故障位置一致。

綜上所述，駕駛室支撐和車架縱梁焊縫布置不合理，導(dǎo)致開裂。

2 改進(jìn)優(yōu)化

根據(jù)以上分析，故障原因主要為應(yīng)力集中點(diǎn)為圓角位置的突變結(jié)構(gòu)，需要更改焊縫結(jié)構(gòu)，調(diào)整應(yīng)力集中點(diǎn)，對應(yīng)力集中點(diǎn)和駕駛室支撐的圓角位置錯(cuò)開[3]。確認(rèn)優(yōu)化改進(jìn)對策為，對焊縫位置進(jìn)行調(diào)整，前移15mm。焊縫調(diào)整前后如下圖5 和圖6。調(diào)整前后應(yīng)力云圖變化如下圖7。

圖5 優(yōu)化前焊縫布置

圖6 優(yōu)化后焊縫布置

圖7 優(yōu)化前后垂直工況應(yīng)力云圖對比

根據(jù)圖7，焊縫調(diào)整后，應(yīng)力較之前增大到約160MPa，依然滿足強(qiáng)度要求。但應(yīng)力集中區(qū)域相應(yīng)前移，避開了突變結(jié)構(gòu)區(qū)域。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對上述優(yōu)化后的駕駛室支撐焊縫位置，進(jìn)行多車多輪試驗(yàn)驗(yàn)證（強(qiáng)化路折合普通路況里程為1：15），駕駛室支撐無開裂故障發(fā)生，下表3 為其試驗(yàn)強(qiáng)化路里程。

表3 優(yōu)化后駕駛室支撐整車試驗(yàn)里程

4 結(jié)束語

本文從駕駛室支撐和縱梁焊接焊縫優(yōu)化解決駕駛室支撐開裂問題，且整車試驗(yàn)驗(yàn)證良好。本文對駕駛室支撐設(shè)計(jì)及類似問題的解決具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。