一种汽车副车架疲劳耐久试验台架的设计
时间：2023-01-15 11:35:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
滕 斌，王均天，郝建涛
（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007）
近年来，各个国家对汽车安全性的要求日益提高，副车架作为前桥关键的零部件之一，其性能的好坏对汽车的行驶安全性有着非常重要的影响［1］。副车架看成是前后车桥的骨架，是前后车桥的重要组成部分。副车架并非完整的车架，只是支承前后车桥、悬挂的支架，使车桥、悬挂通过它再与“正车架”相连，习惯上称为“副架”［2］。由于副车架所起的作用至关重要，它不断地接受外界给与的激励，所以验证副车架的疲劳耐久特性是开发过程中的重要环节。本文通过对副车架台架试验的研究设计了一种可以对副车架纵向或侧向进行耐久试验的台架，该试验台架通用于不同副车架，调整安装简单，操作维护方便。
试验台架按照功能大致可分为驱动部分、样件固定部分、导向部分、冷却部分4个部分。试验台架既可以进行副车架的单边加载测试，又可以进行副车架双边同时加载测试。单边加载测试时，在副车架需要加载的一侧利用驱动部分与导向部分进行加载。在单边加载的基础上在对面一侧再增加一套驱动部分及导向部分，即可对副车架进行双边同时加载测试。通过转换驱动部分与导向部分对副车架的角度，又可以实现副车架的纵向加载及侧向加载的方向转换。试验人员可以根据不同的试验需求及目的进行灵活的组合及转换，试验台架满足的试验需求范围广。
驱动部分与导向部分均固定在可以调节高度的升降反力架上，通过升降反力架可以调节驱动部分与导向部分距离地面的高度，样件固定部分可以通过调节夹箍在立柱上的高度位置来调节样件水平距离地面的高度，通过调节升降反力架与样件固定部分可以调节台架整体的高度。升降反力架与样件固定部分的立柱通过地脚螺钉或压块与铁平台进行连接。汽车副车架耐久试验台架整体结构如图1所示。
图1 汽车副车架耐久试验台架整体结构
1.1 驱动部分
驱动部分是由安装在升降反力架上的液压作动器来承担的，液压作动器可以稳定地实现往复的推拉动作，并且它的性能优越，可以实现的动作频率上限较高，且配备力和位移传感器可以根据实际需求设置所需要的试验参数，操作简单，试验数据的准确性及精度较高。可以实时监控试验过程中的力和位移的变化，并且可以设置力和位移的报警值，当试验过程中出现力值或位移超过保护值时，立即停止并报警通知巡视人员。在液压作动器的前后两端分别有两个作动器球铰，大作动器球铰位于液压作动器尾部与升降反力架相连，在液压作动器的前端有一个小作动器球铰，与试验工装相连。作动器球铰可以使液压作动器在试验过程中实现小角度的偏摆，并且能有效减小侧向力，试验过程的波形更加准确。
1.2 样件固定部分
样件固定部分主体是4根竖直放置于铁平台的立柱，立柱的下端有一块方板，方板上有通孔，立柱可以通过地脚螺钉与铁平台固定。如果立柱无法通过地脚螺钉固定，可以通过压块压紧方板的方式固定，所以立柱固定的方式比较灵活。在每根立柱上都有环抱的夹箍，夹箍分为两部分，夹箍的两部分抱紧立柱后还存在一定间隙，由于间隙的存在，通过锁紧夹箍两部分的连接螺栓可以实现夹箍与立柱之间的夹紧并固定。夹箍与副车架则是通过过渡板连接，过渡板的一端连接夹箍，另一端连接副车架安装点，使副车架与工装形成一个整体。不同的副车架安装点可能存在螺栓孔距或数量的不同，这时只需根据副车架安装点重新更换过渡板即可。夹箍在立柱上的上下移动可以实现副车架与地面之间的高度调节，由于4根立柱彼此之间相互独立，则安装不同大小的副车架可通过移动立柱的位置来实现不同型号的副车架的安装。
1.3 导向部分
由于副车架的疲劳试验是通过副车架摆臂来加载的，而摆臂在试验加载过程中所处位置是悬空位置的下方，缺少支撑，如果直接使用液压作动器进行加载会在施加推力时上下乱跳，所以需要一个导向机构来过渡。导向机构的主体是一个箱体框架，在箱体的内部固定4个滚动滑轮，箱体内部上面2个滑轮前后并排固定，箱体下面同样与上面对称固定2个滚动滑轮，将方形导轨夹在滚动滑轮中间，使导轨无法上下摆动，试验时方形导轨在滚动滑轮上前后移动。由于受摆臂安装点的橡胶衬套影响，在对摆臂实施纵向推拉过程中，摆臂会出现小幅度的左右摆动，使摆臂球销与液压作动器不在同一条直线上，所以滑轮宽度需要略宽于方型导轨，使导轨可以左右小幅摆动。副车架摆臂则通过摆臂球销连接工装与方形导轨相连，方形导轨另一端与液压作动器连接。整个导向部分箱体固定在安装板上，安装板与升降反力架相连，可以实现导向部分整体的高度调节。导向部分结构如图2所示。
图2 导向部分结构
1.4 冷却部分
疲劳耐久试验过程中需要不断挤压摆臂橡胶衬套，摆臂橡胶衬套会产生大量的热，如果不及时对其进行冷却，橡胶衬套会因过热老化开裂。橡胶衬套起到缓冲作用，老化开裂后会造成试验结果不准确，所以需要选择合适的冷却装置。该台架采用空气放大器接入压缩空气的方式进行冷却，空气放大器接入压缩空气通过节流阀可以根据实际需要调节气流大小，相对节约成本，冷却过程中产生的噪声较小，体积小巧，调节移动方便。
在空气放大器左右两侧分别有一个螺纹孔，通过该螺纹孔可以将空气放大器左右两侧各与一个安装支架相连接。安装支架呈“L”形，一侧有通孔可以连接空气放大器，另一侧带有一个弧形长孔。安装支架通过该弧形长孔与主体支架用螺栓连接固定，扭松该螺栓空气放大器则可以通过这个弧形长孔来调节空气放大器的绕Y轴旋转的吹风角度。而主体支架与安装支架弧形长孔相连接的是竖直方向的长条孔，空气放大器可以利用该长条孔来调节竖直方向的高度。所以松开该处的固定螺栓既可以调节空气放大器的吹风角度，又可以调节空气放大器的竖直高度。
主体支架通过水平部分的2个螺栓孔用螺栓与底座固定连接，底座部分均等分布着4个弧形长孔，弧形长孔所组成的圆的直径与铁平台的“T”形槽距离相等，这样铁平台可以用“T”形槽内的螺栓通过底座的弧形长孔固定冷却部分的底座。由于底座弧形长孔的存在，可以通过弧形长孔调节整个空气放大器整体绕Z轴旋转的吹风角度。这样通过空气放大器、安装支架、主体支架、底座等组成的冷却部分既可以调节整体的高度，又可以调节空气放大器绕Z轴旋转与绕Y轴旋转的吹风角度。冷却部分如图3所示。
图3 冷却部分
首先调整液压作动器距离地面的高度到一个合适的位置，将导向部分的方形导轨一端与液压作动器的前端球铰相连接，然后调节导向部分的高度，用水平仪测量液压作动器是否水平，因为液压作动器尾部球铰已经固定在升降反力架上，另一端球铰所连接的是方形导轨，如水平仪测得结果水平则说明方形导轨的高度已经调整好，方向导轨与作动器处于同一高度。
调整液压作动器的活塞杆伸出的长度，让导向部分的滚动滑轮处于方形导轨的中间位置，避免试验过程中行程不够，造成方形导轨两端的其中一端与箱体其他部分干涉。并观察液压作动器活塞杆剩余行程是否足够试验过程的作动器位移量，由于液压作动器活塞杆的位移行程是固定的一个范围，所以剩余行程不够试验所需的作动器位移量则需将导向部分整体做出相应的移动。如果液压作动器回拉方向的位移量不够，则将液压作动器活塞杆继续伸出一定位移，使活塞杆回拉方向位移满足试验需求，并将导向部分整体相应地向前移动，使滚动滑轮处于方形导轨中间位置。如果液压作动器伸出方向的位移量不足，则将液压作动器活塞杆收回一部分，使活塞杆伸出方向的位移满足试验需求，并将导向部分相应的整体向后移动，使滚动滑轮处于方形导轨中间位置。总之，要确保液压作动器活塞杆的位置在调整完毕的状态下推拉位移范围满足试验时的推拉位移量，并且导向部分滚动滑轮处于方形导轨中间位置，防止滚动滑轮偏向一边试验时造成干涉。
将副车架与摆臂在样件固定部分固定，摆臂球销与导向部分的摆臂球销连接夹具相连，利用三坐标测量调整副车架高度，使副车架与摆臂球销之间达到试验要求的高度差，根据纵向加载或侧向加载的试验要求，相应地调整副车架与驱动部分的角度。至此台架安装台调整完毕，将所有与铁平台固定部分用压块压紧，将所有连接螺栓上紧并用记号笔画线，如巡视时发现画线标记发生错位，则螺栓出现松动；
或在螺栓连接位置用螺栓扭矩标记膏进行画线标记，画线标记干燥后如果螺栓或螺母松动且扭矩衰减时，则螺栓扭矩标记膏的画线标记发生断裂，需让巡视检查人员观察螺栓是否出现松动。
将冷却部分接入压缩空气，调整空气放大器的角度，让其吹出的风能够完全覆盖到摆臂橡胶衬套。调节压缩空气大小，避免吹出的风过小达不到冷却效果，吹出的风过大则浪费能源。
在台架搭建工作实施完毕后，使用反差增强剂喷洒在副车架及摆臂的焊接处，喷洒过反差剂的位置干燥后会形成一层白色薄膜，以便试验检查人员检查各焊接处的焊缝是否开裂变形。试验前在液压作动器的控制器上编制试验程序，先将传感器的力值置零，设定好试验相关参数，根据试验条件的力值设置试验时的力值保护，试验的力值保护范围比试验条件的力值大5%左右，避免设置的保护范围过大造成保护失去作用。将编辑好的试验程序在台架上运行进行试机，观察试验过程中是否有异常情况，如试验正常则记录试验过程的位移变化范围，此时根据试验过程的位移范围设置试验过程的位移保护范围，力与位移的保护设置完成后即所有试验参数设置完毕，可进行试验。试验过程中如出现样件开裂或者台架工装出现异常情况，则力或位移的值会超出试验前设置的保护范围。这时试验会自动停止，并且发出警报提醒巡视人员及时确认样件或台架工装的状态。
以上就是整个副车架耐久试验台架的设计与实施过程，使用该试验台架结合相应的试验要求可以为副车架疲劳耐久性开发提供准确的数据支持。
室内台架试验具有缩短研发周期、减少研发成本、便于采集试验数据等一系列优点［3］。通过对副车架疲劳耐久试验的研究并结合现场的实际需求成功设计出一套副车架疲劳耐久试验台架，该台架具备进行副车架的纵向或横向耐久性试验；
实时监测试验中的力与位移的变化；
操作简便、结构简单；
自动化控制，提高试验数据的准确性及真实性，降低劳动强度，优化人机工程等优点，在多个项目的副车架疲劳试验项目中良好地完成试验任务，帮助产品开发人员发现了许多潜在风险。目前该台架已经申请了国家专利，后续会对该台架继续改进，为更多的试验项目服务。
