某小卡车架驾驶室支撑开裂问题原因分析与改进

杨 巩

（安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型商用车研究院，安徽 合肥 230601）

引言

车架作为卡车的“脊梁”，车架的可靠性与整车行驶安全性强相关[1]。车架出故障维修的成本高，周期长，影响产品的品质和客户满意度。

某小卡车型采用边梁式车架结构，由两根位于两边的纵梁与若干根横梁组成，采用焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性结构。驾驶室支撑等安装支撑也通过焊接固定在车架总成上。在可靠性试验过程中出现驾驶室支撑开裂问题，故障点在驾驶室支撑和纵梁焊接处端部，断裂里程为强化路5480km，其故障如图1 所示。

图1 驾驶室支撑开裂位置

本文通过对驾驶室支撑的材料、焊接质量、设计强度等方面对开裂问题进行分析，最终通过优化整改，在12000km强化路试验中消除故障。

1 原因分析

1.1 支撑材料物理性能分析

该支撑采用510L-4.0 材料，屈服强度不小于355MPa，抗拉强度不小于510MPa。对故障件支撑取样进行拉伸试验，检测结果显示材料合格，见表1。

表1 510L-4.0 拉伸试验记录

1.2 支撑材料化学性能分析

从故障件支撑上切取样件，对其进行化学成分分析，测试结果见表2：

表2 510L 化学成分分析结果

1.3 焊缝质量分析

开裂部位为支撑和纵梁间焊缝位置，对焊缝质量进行分析。宏观分析焊缝，如图2，焊缝无咬边，宽度不均匀，焊渣等情况，满足焊缝外观要求。微观分析焊缝，如图3，焊缝无裂纹、气孔、未熔合等不良缺陷。

图2 开裂焊缝宏观图片

图3 开裂焊缝放大图片

1.4 结构强度分析

采用HyperMesh 软件对垂直冲击工况进行分析[2]，应力云图见图4。

图4 垂直工况应力云图

通过CAE 分析局部最大强度为122.548Mpa 小于屈服强度345Mpa。结构强度足够，但是应力集中点为圆角位置的突变结构，与实物故障位置一致。

综上所述，驾驶室支撑和车架纵梁焊缝布置不合理，导致开裂。

2 改进优化

根据以上分析，故障原因主要为应力集中点为圆角位置的突变结构，需要更改焊缝结构，调整应力集中点，对应力集中点和驾驶室支撑的圆角位置错开[3]。确认优化改进对策为，对焊缝位置进行调整，前移15mm。焊缝调整前后如下图5 和图6。调整前后应力云图变化如下图7。

图5 优化前焊缝布置

图6 优化后焊缝布置

图7 优化前后垂直工况应力云图对比

根据图7，焊缝调整后，应力较之前增大到约160MPa，依然满足强度要求。但应力集中区域相应前移，避开了突变结构区域。

3 试验验证

针对上述优化后的驾驶室支撑焊缝位置，进行多车多轮试验验证（强化路折合普通路况里程为1：15），驾驶室支撑无开裂故障发生，下表3 为其试验强化路里程。

表3 优化后驾驶室支撑整车试验里程

4 结束语

本文从驾驶室支撑和纵梁焊接焊缝优化解决驾驶室支撑开裂问题，且整车试验验证良好。本文对驾驶室支撑设计及类似问题的解决具有一定的指导和借鉴作用。