某重型商用车车架台架试验研究

张磊，田朋涛，王博

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

引言

车架是汽车的关键部件，其质量和性能的好坏，直接影响到整车的性能，如平顺性、舒适性、安全性和经济性等。本文利用车架台架试验检测了某重型商用牵引车的车架刚度、疲劳性能，并结合车辆路试情况，判断车架台架试验的准确性。

1 试验设备

试验设备包括加载系统和数据采集系统。

加载系统为液压伺服系统，采用液压伺服作动器，能够实现力控制、位移控制模式自动加载，同时带数据记录功能。该系统能够实现静态加载和基于各种波形（正弦波、梯形波、斜波等）的等幅值循环加载。

数据采集系统能够实现位移、力、应变和加速度等常用数据实时采集、存储工作。

2 弯曲试验简介

2.1 弯曲试验简介

本次试验所进行的样件为某商用车车架总成。弯曲试验模拟车辆在路面行驶时由于车架自身质量及附加质量在垂向振动加速度情况下的弯曲变形。试验之前将车架总成水平安装在试验台上。如图1所示。

图1 弯曲试验示例

2.2 弯曲刚度、应力测量

在车架加载位置分级进行垂直加载。载荷加载至 1.5倍满载质量。在车架前后轴中心位置即车架最大变形量处纵梁下翼面布置位移传感器，测试车架加载情况下的变形。测量结果刚度曲线见图2。根据CAE弯曲报告，在车架前后轴中心、靠近加载位置下翼面应力较大的6个点布置应变片，进行应力测量，车架弯曲应变结果见图3。

图2 车架弯曲曲线

图3 车架弯曲应力曲线

如图3所示，车架最大应力为102MPa，因此安全系数取2时，试验车架满足设计要求，所以该牵引车型车架强度符合设计要求。

2.3 弯曲疲劳试验

车辆在不平路面行驶时，会出现不断变化的弯曲应力，导致车架弯曲疲劳。弯曲疲劳试验约束形式同刚度试验相同，考虑该车型为标载车型不超载，所以定义其动态系数为1.5。在加载位置施加16～24T载荷和耐久次数，进行疲劳试验。

经过50万次车架弯曲疲劳试验，车架未出现裂纹，样件完好，说明车架弯曲疲劳寿命符合设计要求。

3 车架扭转试验

3.1 扭转试验简介

图4 车架扭转试验示例

车辆在路面行驶时多个车轮不在同一平面，从而使车架发生扭转。扭转工况模拟车辆车轮一端垫高一端悬空时车架的受力状况。试验之前将车架总成水平安装在试验台上，如图4所示。

3.2 扭转刚度、应力

根据CAE扭转分析报告，在车架纵梁及横梁上应力危险点布置10个应变片，测量各点应力。液压作动器在车架前轴处施加位移，使得车架前轴处上翼面相对平衡轴处上翼面产生夹角。记录夹角与施加扭矩的关系，计算出车架的扭转刚度值。在刚度过程中同时记录各点应力值的大小。

如图5和图6所示，车架扭转过程中最大应力120MPa。

图5 车架扭转应力曲线

图6 车架扭转刚度曲线

3.3 扭转疲劳试验

约束及加载同扭转刚度试验。因为车架在±1°循环时车架受力较小，疲劳损伤过小，为提高试验效率，疲劳试验从±2°开始加载。

图7 车架尾梁小裂纹

车架在-2°～2°扭转时车架未出现异常，-3°～3°工况时车架未出现异常，-5°～5°工况时车架尾梁出现细小裂纹。试验中-5°～5°的载荷工况属于模拟实际工况中十分恶劣道路情况，并且其加载力矩是该商用车超载严重的情况下的的力矩。虽然试验中出现尾梁裂纹现象，但是只出现在-5°～5°工况且试验结果未出现因扭转疲劳而导致纵梁下翼面断裂或更为严重的断裂情况。试验完成对细微裂纹分析，裂纹原因是样件为试制样件，倒角处出现小豁口造成应力集中所致。另外按照相关规范，在±4°工况完成即达到试验目标。因此扭转疲劳试验结果说明车架的结构是满足要求和实际使用工况需求的。

4 结构优化与整车路试

车架台架试验虽然验证了车架结构满足设计要求，但还存在可优化和改进的地方。再结合CAE分析软件对车架的结构进行分析，使车架结构优化效果更加显著，车架台架试验实用价值更加明显。

从整车道路试验采集的车架数据与台架试验采集的数据相比较发现，两者在车架总成上的应力分布情况、变形趋势结果一致，这证明了车架扭转台架试验数据和试验结果的可靠性。台架试验结果还需要通过整车道路试验来校验，同时利用整车道路试验数据还可对优化台架试验方法和内容起到关键作用。

5 结语

根据台架试验结果和整车道路试验结果的一致性的对比，可以得出以下结论：通过车架台架试验，能够快速、准确的验证新产品车架的疲劳耐久性能，且与道路可靠性试验结果相一致。车架台架试验为车架的设计和改进提供了验证手段和参考工具，提升了整个零部件的试验能力，缩短了试验周期，节约了委外试验费用，具有显著的经济效益。