礦用自卸車推力桿的分析選用

范騰飛，頓福軍

（陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405）

礦用自卸車推力桿的分析選用

范騰飛，頓福軍

（陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405）

針對(duì)某礦用自卸車批量出現(xiàn)推力桿損壞現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)與力學(xué)方面的一些分析，得出一套可行的解決方案。

平衡懸架；推力桿；壓桿穩(wěn)定；受力分析

CLC NO.:U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-55-03

前言

礦用自卸車主要用于露天礦山、水利水電工地和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等施工現(xiàn)場(chǎng)。新疆某礦區(qū)使用多輛我公司礦用自卸車用來(lái)運(yùn)送剝離層的戈壁石（密度在2.5Tm3）。因初期設(shè)計(jì)載質(zhì)量與實(shí)際裝滿整車載質(zhì)量相差較大，在工作一個(gè)月以后車輛大量出現(xiàn)推力桿套管彎曲及斷裂現(xiàn)象（如圖1），而推力桿的損壞間接導(dǎo)致車橋與傳動(dòng)軸損壞。其造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，因而必須根據(jù)需要設(shè)計(jì)選用合適的推力桿來(lái)保證車輛的正常運(yùn)行。

1、安裝結(jié)構(gòu)分析

該車懸掛方式為縱置鋼板彈簧平衡懸掛(如上圖2)。該結(jié)構(gòu)主要組成：上面兩根推力桿，一端與車架飛機(jī)梁上的支架連接，另一端與中（后）橋上的支架連接；下面四根推力桿，一端與平衡軸支架連接，一端與中（后）橋上的支架連接。通過(guò)對(duì)圖紙上相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，得出如下表1參數(shù)：

圖1

圖2

表1

2、車輛及桿件分析

2.1 車輛受力分析

忽略空氣阻力不計(jì)，現(xiàn)取車輛行駛時(shí)緊急制動(dòng)的典型工況來(lái)作分析：

2.1.1 汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)減速或直到停車，這個(gè)外力只能由與輪胎接觸的路面提供，即地面制動(dòng)力。但是地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)蹄摩擦片與制動(dòng)鼓間的摩擦力――制動(dòng)器的制動(dòng)力；另一個(gè)是輪胎與路面間的摩擦力——附著力（地面制動(dòng)力）。[1]

圖3

2.1.2 設(shè)汽車的減速度為du/dt

先根據(jù)力與力矩的平衡，計(jì)算出Fz2[2]，

a.平路制動(dòng)，如圖3（a）

b.下坡制動(dòng)，如圖3（b）

c.上坡制動(dòng)，如圖3（c）

2.1.3 后輪摩擦力校核

a.假設(shè)中、后橋彈簧制動(dòng)缸制動(dòng)力矩足夠大，即中、后橋地面最大制動(dòng)力Fb為：

b.假設(shè)地面制動(dòng)力足夠大，設(shè)制動(dòng)器摩擦力矩為M （N.m），車輪滾動(dòng)半徑r(mm)；

則制動(dòng)器制動(dòng)力為：

根據(jù)a、b兩種工況中較小Fb即為后輪摩擦力。

由上述公式可看出車輛制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致推力桿所引起的壓力或拉力的急劇增加。

2.2 桿件受力分析

上、下推力桿在整車中的安裝狀態(tài)如圖4所示：

圖4 安裝狀態(tài)

因中、后橋?yàn)槠胶鈶覓?，所以可認(rèn)為中橋與后橋的上、下推力桿受力分別相同。后橋推力桿對(duì)地面取矩分別有：

通過(guò)上面將相關(guān)參數(shù)及（5）、（6）公式中的Fb代入（7）、（8）公式可得出上、下推力桿的受力F1，F(xiàn)2。

由于推力桿與支座的安裝夾角不是很大（一般在10度以內(nèi)），因此調(diào)整相關(guān)支座改變推力桿的安裝角度對(duì)推力桿的受力影響不是很大，同時(shí)也可看出推力桿主要承受縱向力。

2.3 從壓桿穩(wěn)定方面來(lái)進(jìn)行分析

上、下推力桿中間桿件為一空心圓管

套管材質(zhì)為Q345,σS為345Mpa；

套管尺寸為60mm（外徑D）×6(壁厚)mm，上推力桿長(zhǎng)l 為665mm；

推力桿安裝可看作一端固定，另一端自由, 長(zhǎng)度系數(shù)μ=2

上式中 E材料彈性模量,σp比例極限， A空心圓管橫截面面積。

λ＜λ1 采用直線公式得出[3]：

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得出如下結(jié)果：

λ2＜λ＜λ1，屬中等強(qiáng)度壓桿：

臨界應(yīng)力：σcr＝461-2.568×69.2＝283.3Mpa (14)

臨界壓力：

安全系數(shù)：

上推力桿有 n=Pcr/F1 （16）

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（16）可得上推力桿n=1.3,下推力桿n＝1.43。

根據(jù)礦用車推力桿設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般安全系數(shù)需在2.0以上。從上可看出安全系數(shù)有些偏小。

3、推力桿的改進(jìn)

3.1 推力桿套管改進(jìn)

根據(jù)上述分析得出的安全系數(shù)不足問題，結(jié)合公司資源提出加厚套管壁厚方案。將套管尺寸改為車間現(xiàn)存的60×8尺寸。更改后上推力桿安全系數(shù)變?yōu)?.72，下推力桿安全系數(shù)變?yōu)?.84。當(dāng)然1.72的安全系數(shù)對(duì)于所沖擊載荷的桿件來(lái)說(shuō)還是有些偏小，后續(xù)實(shí)地裝車也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，當(dāng)繼續(xù)整改直到安全系數(shù)達(dá)到了2.0以上后，套管斷裂彎曲現(xiàn)象基本解決。

3.2 推力桿球鉸結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.2.1 卡簧式球鉸

前期因資源問題先試裝卡簧結(jié)構(gòu)的推力桿球頭（圖5）。但運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)：推力桿球頭處卡簧全部脫落，導(dǎo)致球鉸竄出。與廠家溝通：卡簧均為正現(xiàn)廠家生產(chǎn)，本身不會(huì)存在質(zhì)量問題，如尺寸公差、平面度問題等。雙方協(xié)商，對(duì)卡簧槽加深處理，但經(jīng)過(guò)裝車實(shí)地運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)卡簧同樣脫落。

最終經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，主要是由于礦車重載轉(zhuǎn)向時(shí)存在較大側(cè)向力，導(dǎo)向板易磨損，使得車橋可以在一定范圍內(nèi)左右移動(dòng)。而卡簧承受軸向力能力較小，故產(chǎn)生脫落現(xiàn)象。

3.2.2 壓配式球鉸

為此開發(fā)出下圖6所示壓配式球鉸，該球鉸不靠卡簧來(lái)限位，而主要靠自身的過(guò)盈配合來(lái)限位。該結(jié)構(gòu)在裝配初期靠大噸位壓力機(jī)將球鉸壓入球頭，經(jīng)后續(xù)長(zhǎng)期的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)完全適合于礦用自卸車的使用。

圖5

圖6

4、結(jié)論

通過(guò)對(duì)推力桿的受力及壓桿穩(wěn)定分析，可得出與相應(yīng)礦用自卸車相匹配的推力桿套管尺寸，安全系數(shù)達(dá)到2.0以上可有效保證礦用自卸車推力桿的正常使用。

實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)：無(wú)卡簧的過(guò)盈配合結(jié)構(gòu)推力桿球鉸更適合于礦用自卸車的使用。

[1] 周志立,徐斌,衛(wèi)堯編著.汽車ABS 原理與結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

[2] 余志生. 汽車?yán)碚摰谌?機(jī)械工業(yè)出版社.2000.10.

[3] 劉鴻文.材料力學(xué).第三版下冊(cè).高等教育出版社2001.10.

Analysis selection of mining dump truck thrust rod

Fan Tengfei, Dun Fujun
( Shaanxi Tongli Special Vehicle Co. Ltd., Shaanxi Baoji 722405 )

For the phenomenon that mining dump truck appear thrust rod damaged in large numbers, do some analysis of structure and mechanics and obtain feasible solutions.

equalizing suspension; thrust rod; buckling; mechanical analysis

U472.4

A

1671-7988(2016)07-55-03

范騰飛，男，就職于陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司，現(xiàn)從事特種車整車開發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.017