重型商用车车架装配工艺及试验分析

雒彬

摘 要：随着汽车制造业的不断发展和进步，重型商用车车架装备工艺技术受到巨大挑战。传统的重型商用车车架装配工艺及试验技术已经难以满足当前的生产需求，而台架试验对其标准的考核具有很大推广价值。本文在阐述重型商用车车架概念的同时，并着重对重型商用车车架台架试验技术展开了详细分析。

关键词：重型商用车车架；工艺；试验

纵观我国汽车制造业的发展历程，从经济体制改革到引进国外技术，再到自主研发，如今相关技术已经与国家接轨。由于重型商用车的特殊工作环境，其车架的生产要求非常之高，所以装备工艺的改进和创新具有重要的价值和意义。

1 重型商用车车架

所谓的重型商用车车架，一般多是指边梁式车架，组成其主要的结构为若干跟横梁和两根位于梁板的纵梁。边梁式车架具有利于改装和变型，以及发展多品种等优点，因为此类车架便于支承连接汽车的各零部件，安装车身和布置其他总成。另外，车架需要承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，包括车辆各总成和所运输货物的重量和载荷，以及来自车内外的各种载荷。因此，足够的疲劳强度、弯曲强度和适当的扭转刚度，以及满足轻量化的要求，是重型商用车车架必须具备的基本性质。

2 重型商用车车架装配工艺试验

为了保证整车最终的设计产品达到设计要求，在设计新车型时，必须综合尺寸设计和装配方式等各种各样的因素，通过整车道路试验和相关台架试验进行验证。台架试验方法检验车架与传统重型商用车车架装配工艺试验相比，不仅可以缩短开发和试制的验证时间，而且节约成本。因为传统重型商用车车架装配工艺试验对试验场地要求非常严格，并且具有耗时长、耗财力和人力大的缺陷。目前，由于没有统一和标准的方法对车架总成可靠性考核进行评价，故此，在检验车架总成的可靠性时，只能根据自主设计的台架试验方法和相关设备进行考核。在检查车架结构是否达到设计要求上，通过试验设备模拟实际工况对车架的弯曲应力、弯曲变形、弯曲疲劳、扭转刚度、扭转疲劳的参数进行验证，是国内首创的商用车车架台架试验。

商用车车架的受力情况和疲劳强度的校核至关重要，因为它是组成底盘系统的重要部分，受力状况比较复杂。根据车架的实际受力情况分析，车架所受到的主要载荷为弯曲、扭转、侧向载荷和纵向载荷等。当车辆在平坦的道路上高速行驶时，由于车架自身质量、附加质量和垂直振动加速度而使车架发生弯曲变形。此时，车辆的车轮可能不在同一水平上，使车架歪斜，使车架扭转变形。框架的工作条件可分为弯曲和扭转。弯曲条件是在车架处于良好状态和匀速四轮着陆条件下模拟车架的变形。在车辆车架应力状态下，对车轮悬架进行了仿真，提出了车轮的扭转模态。

车架试验台是根据车架实际工况下的受力情况设计的，并结合相关试验方法和车架设计经验公式，对车架弯曲应力、弯曲变形、弯曲疲劳、扭转刚度、扭转疲劳5方面进行试验。正确的试验方式为：首先将车架总成水平放置安装在试验台架上，然后把测试点安置在车架总成上。弯曲变形、弯曲应力测速点位置和扭转刚度测速点具体情况如图1和图2所示。

3 试验分析

3.1 弯曲应力和弯曲变形

我们根据正确的车架台架试验的内容和步骤，完成弯曲应力和弯曲变形的试验后，从图3和图4可以明显看出，弯曲应力和弯曲变形随鞍座上施加的载荷增大而增大。最大弯曲应力和弯曲变形为试验载荷施加位置附加，即是图中前轴中心线至平衡轴中心线之间，车架的弯曲应力和弯曲变形也是呈线性增加，直至鞍座中心线处。

试验中施加的载荷超过标准载荷的30%，其最大弯曲应力为108MPa。而车架采用510L汽车大梁钢，屈服强度为355MPa。因此，在安全系数为2时，试验车架满足设计要求，所以车架的强度是足够的。车架纵梁的最大挠度计算如式（1），其中为梁的抗弯刚度系数，E为弹性模量，为汽车轴距，F为纵梁中点受到的集中载荷，为梁的扰度。结合车架使用要求和设计经验，车架通常的最大挠度不得超过10mm。试验车架的最大变形量为7.36mm，同样满足设计要求。试验结果说明该车架具有良好的抗变形能力，有利于提高整车的操控性，使轮胎与路而的接地性增大，从而增强车辆的抓地力，使行驶平稳。

Ymax=Fl3EJx（1）

3.2 弯曲疲勞

弯曲疲劳主要是因为车辆长期在不平整的路面行驶，弯曲应力会不断的变化，导致车架弯曲变形。弯曲疲劳试验主要是对车架的牵引座进行垂直荷载检测，一般施加在车架的牵引座上力为160～300千牛和210～410千牛；载荷的施加和释放要求循环次数为20万次和10万次。因为通常的试验规范要求是载荷循环次数大于20万次，循环次数大于20万次后即认为疲劳寿命符合试验工况，所以不再追求疲劳寿命是多少。经过弯曲疲劳试验后，车架总成未出现破损等缺陷，说明车架弯曲疲劳寿命的符合要求。

3.3 扭转刚度

车架的扭转刚度直接影响车辆的操作性、平顺性和通过能力。因为车架的纵梁具有折弯而，横梁也不是等距离布置，所以车架的扭转刚度不是固定的，只能利用定性的比较胜训一算，再通过实验来确定。图5为6个测试点分别在不同加载力矩的作用下，转动角度的变换。

4 总结

基于车架在汽车配置中的重要性，重型商用车亦是如此。故此，对重型商用车车架进行弯曲应力和弯曲变形、弯曲疲劳、扭转刚度、扭转疲劳检测尤为重要。传统的试验方法不仅费时、费力，而且对场地要求较高。台架试验在具备精准的实验效果的同时，大大缩短实验周期，以及节约实验费用也是其具备的优势所在。

参考文献

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[2]李绍民.重型汽车车架制造技术研究[J].汽车工艺与材料，2014，（10）：42-44.

[3]李焕，程秀华.重型汽车的车架总成设计探讨[J].汽车实用技术，2014，（6）：78-81.

（作者单位：中国汽车工业工程有限公司）