某小卡車架駕駛室支撐開裂問題原因分析與改進

楊 鞏

（安徽江淮汽車集團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相關[1]。車架出故障維修的成本高，周期長，影響產品的品質和客戶滿意度。

某小卡車型采用邊梁式車架結構，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固的剛性結構。駕駛室支撐等安裝支撐也通過焊接固定在車架總成上。在可靠性試驗過程中出現駕駛室支撐開裂問題，故障點在駕駛室支撐和縱梁焊接處端部，斷裂里程為強化路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、焊接質量、設計強度等方面對開裂問題進行分析，最終通過優化整改，在12000km強化路試驗中消除故障。

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，屈服強度不小于355MPa，抗拉強度不小于510MPa。對故障件支撐取樣進行拉伸試驗，檢測結果顯示材料合格，見表1。

表1 510L-4.0 拉伸試驗記錄

1.2 支撐材料化學性能分析

從故障件支撐上切取樣件，對其進行化學成分分析，測試結果見表2：

表2 510L 化學成分分析結果

1.3 焊縫質量分析

開裂部位為支撐和縱梁間焊縫位置，對焊縫質量進行分析。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 結構強度分析

采用HyperMesh 軟件對垂直沖擊工況進行分析[2]，應力云圖見圖4。

圖4 垂直工況應力云圖

通過CAE 分析局部最大強度為122.548Mpa 小于屈服強度345Mpa。結構強度足夠，但是應力集中點為圓角位置的突變結構，與實物故障位置一致。

綜上所述，駕駛室支撐和車架縱梁焊縫布置不合理，導致開裂。

2 改進優化

根據以上分析，故障原因主要為應力集中點為圓角位置的突變結構，需要更改焊縫結構，調整應力集中點，對應力集中點和駕駛室支撐的圓角位置錯開[3]。確認優化改進對策為，對焊縫位置進行調整，前移15mm。焊縫調整前后如下圖5 和圖6。調整前后應力云圖變化如下圖7。

圖5 優化前焊縫布置

圖6 優化后焊縫布置

圖7 優化前后垂直工況應力云圖對比

根據圖7，焊縫調整后，應力較之前增大到約160MPa，依然滿足強度要求。但應力集中區域相應前移，避開了突變結構區域。

3 試驗驗證

針對上述優化后的駕駛室支撐焊縫位置，進行多車多輪試驗驗證（強化路折合普通路況里程為1：15），駕駛室支撐無開裂故障發生，下表3 為其試驗強化路里程。

表3 優化后駕駛室支撐整車試驗里程

4 結束語

本文從駕駛室支撐和縱梁焊接焊縫優化解決駕駛室支撐開裂問題，且整車試驗驗證良好。本文對駕駛室支撐設計及類似問題的解決具有一定的指導和借鑒作用。