重載自卸車平衡懸架推力桿緊固性能研究

范學(xué)瓊　楊銀輝　王偉　李驥　劉盼

摘 要：推力桿總成在多軸商用車上普遍使用，作為后懸架系統(tǒng)關(guān)鍵總成之一，影響車輛的經(jīng)濟(jì)性、行駛安全性及操縱穩(wěn)定性;本文針對(duì)推力桿的緊固性能，提出防松墊片和增加被聯(lián)接件厚度兩種提升方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)分析;基于試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)結(jié)合使用經(jīng)濟(jì)性，最終確定增加被聯(lián)接件厚度即套筒及長(zhǎng)螺栓的方案為優(yōu)選方案。本文的研究對(duì)重載自卸車推力桿螺栓防松提供依據(jù)和借鑒。

關(guān)鍵詞：平衡懸架 I型推力桿 緊固性能 摩擦系數(shù) 重載自卸車

The Research About Fastening Property Of Heavy Dump Truck Balanced Suspension Trust Rod

Fan Xueqiong，Yang Yinhui，Wang Wei，Li Ji，Liu Pan

Abstract：The thrust rod assembly， one of the most critical part of rear-suspension system， is widely used in commercial multi-axle vehicles， which impacted greatly on vehicles economics， driving safety， and controlling stability. To estimate the fastening property of thrust rod， the article has tested and analyzed two programs， posting lock shim and making the junction thicker. What the article concluded was to make the junction thicker would be the obvious choice， which was based on the tests figures and economics. The main findings of the research would be a point of reference for increasing the fastening property of the heavy dump truck balanced suspension thrust rod.

Key words：balanced suspension， I-rod， fastening property， friction coefficient， heavy dump truck

1 引言

重載自卸車在工程建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，一般在工地道路、礦坑道路等惡劣工況中使用。重載自卸車懸架系統(tǒng)承受重力，側(cè)向力外，還要承受車輛扭曲、振動(dòng)、沖擊等復(fù)雜工況下的各種力。后懸架推力桿作為關(guān)鍵總成之一，影響車輛的經(jīng)濟(jì)性、行駛安全性及操作穩(wěn)定性等;關(guān)鍵部位的緊固性能提升能提高抗力矩衰減性能，降低因緊固件失效引起的其他零部件破壞及經(jīng)濟(jì)損失，確保車輛可靠性和行駛安全性。用戶運(yùn)載貨物的不確定性及運(yùn)營(yíng)路況的復(fù)雜性，推力桿連接部位良好的緊固性能是首要考慮的。

2 平衡懸架推力桿結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用

為了保證6×4、8×4等多軸車每個(gè)車輪能與地面保持良好的接觸，避免因個(gè)別車輪懸空而造成其他車輪的超載引起車輛的不安全，多軸車常采用雙軸平衡懸架[1]。平衡懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1;該結(jié)構(gòu)主要由平衡軸、平衡軸支架、鋼板彈簧座、中后驅(qū)動(dòng)橋、鋼板彈簧、上下推力桿總成、U型螺栓等組成;平衡軸支架通過螺栓連接于車架下翼面，左右兩個(gè)平衡軸支架與平衡軸連接，鋼板彈簧通過U型螺栓連接于鋼板彈簧支座，鋼板彈簧兩端支承于中后驅(qū)動(dòng)橋滑板座內(nèi)， 四根下I型推力桿連接驅(qū)動(dòng)橋和平衡懸架。兩根上I型推力桿連接車架和驅(qū)動(dòng)橋。鋼板彈簧、推力桿、驅(qū)動(dòng)橋形成一個(gè)可繞平衡軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。推力桿傳遞作用在懸架上的各種力和力矩，通過杠桿作用使其連接的兩軸的車輪保持與地面接觸，并使其承載均勻。重載自卸車后懸架推力桿從經(jīng)濟(jì)性及維修方便性考慮，一般選用I型推力桿。

重載自卸車有礦用自卸車、城建渣土運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用細(xì)分市場(chǎng)。對(duì)于礦用自卸車運(yùn)行工況為礦區(qū)非鋪裝路面，惡劣路況下的高頻振動(dòng)沖擊非?？简?yàn)推力桿總成的緊固性能，緊固性能目標(biāo)設(shè)定時(shí)設(shè)計(jì)安全系數(shù)相對(duì)公路運(yùn)輸車輛要高0.5-1倍。對(duì)于城建渣土車，因基建運(yùn)輸需求一般在允許的時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行于城市道路，部分路段車輛會(huì)穿越市區(qū)，為保證道路其他車輛及行人安全，對(duì)車輛安全可靠性要求相對(duì)高，需要做緊固連接安全冗余設(shè)計(jì)。因此關(guān)鍵受力部位緊固性能研究是非常必要的。

3 緊固性能影響因素分析

基于螺紋緊固件的基本原理可知，對(duì)于螺紋聯(lián)接最重要的指標(biāo)是軸向預(yù)緊力[2]。軸向預(yù)緊力與緊固力矩、聯(lián)接件、被聯(lián)接件之間的關(guān)系及影響是提升性能研究的關(guān)鍵。本文研究思路是從綜合分析聯(lián)接件、被聯(lián)接件制造、工藝、裝配質(zhì)量等對(duì)緊固性能的影響，而后針對(duì)性提出防松措施提升緊固性能。

3.1 推力桿聯(lián)接件螺栓、螺母預(yù)緊力、摩擦系數(shù)檢測(cè)

針對(duì)不同品牌推力桿聯(lián)接螺母、螺栓樣本進(jìn)行預(yù)緊力與摩擦系數(shù)檢測(cè)，見表1、表2。從檢測(cè)結(jié)果說明螺紋副的摩擦系數(shù)是質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)，緊固件本身質(zhì)量存在品牌差異，摩擦系數(shù)應(yīng)該作為重點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目之一。

3.2 被聯(lián)接件漆膜厚度影響分析

結(jié)合被聯(lián)接件支承面油漆處理，對(duì)不同漆膜厚度樣品，基于橫向振動(dòng)測(cè)試初始軸力、殘余軸力。從檢測(cè)數(shù)據(jù)表3可得出，隨著漆膜厚度越厚，軸力損失越大，軸力殘余值越小，說明漆膜厚度是影響推力桿螺栓緊固的因素，應(yīng)該作為重點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目之一。

4 緊固性能提升方案

從緊固性能的影響因素試驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)分析，可知被聯(lián)接件漆膜厚度是可以通過表面處理工藝控制，零部件供應(yīng)商和主機(jī)廠加以關(guān)注重視便可控制質(zhì)量一致性。而對(duì)于緊固件本身而言，摩擦系數(shù)要求的達(dá)成和一致性的保證，對(duì)于可靠性要求高及需要安全冗余設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位則需要設(shè)計(jì)改善。

針對(duì)緊固性能提升，提出優(yōu)化方案一為防松楔形墊片，見圖2，該防松楔形墊片不是利用傳統(tǒng)的摩擦力，而是一種機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖緊;由一對(duì)相互咬合的齒面墊圈構(gòu)成，相互咬合的角度α大于螺紋升角β，有效阻止螺絲的松動(dòng)。優(yōu)化方案二為增加被聯(lián)接件夾緊厚度即增加加厚套筒，見圖3，使用加厚套筒的同時(shí)緊固螺栓長(zhǎng)度加長(zhǎng)。螺栓受力產(chǎn)生的彈性變量與其所承受的預(yù)緊力成正比;相比普通結(jié)構(gòu)加厚套筒長(zhǎng)度增加剛度減小，裝配時(shí)需多擰轉(zhuǎn)螺紋副產(chǎn)生足夠的彈性變形量，消耗更多螺栓變形量，預(yù)緊力才會(huì)與不加套筒時(shí)相等[3];外載荷作用時(shí)需多做功抵消螺栓變形能螺栓才會(huì)松動(dòng)。兩種緊固性能優(yōu)化方案摩擦系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及設(shè)備見下圖4、圖5、圖6、圖7。

從優(yōu)化方案試驗(yàn)結(jié)果分析表4可知，兩種優(yōu)化方案平均軸力、平均總摩擦系數(shù)、平均斷面摩擦系數(shù)、平均扭矩系數(shù)均相當(dāng);相比普通結(jié)構(gòu)，平均軸力提升40%-50%，均能起到很好的防松作用。從經(jīng)濟(jì)性分析，加厚套筒采用成型圓鋼即可，加工工藝簡(jiǎn)單，制造效率高;而楔形墊片從結(jié)構(gòu)機(jī)理需要具備一定的硬度，材料一般選用合金鋼，加工時(shí)需精準(zhǔn)的保證楔形角度，制造工藝相對(duì)復(fù)雜，成本相比加厚套筒高30%-50%。綜合分析加厚套筒使用性價(jià)比更高。

5 結(jié)語(yǔ)

通過試驗(yàn)分析研究得出影響緊固性能的重要因素有摩擦系數(shù)，被聯(lián)接件表面漆膜厚度，以及緊固時(shí)被聯(lián)接件夾緊厚度，螺栓防松的關(guān)鍵在于控制摩擦系數(shù)及緊固件和被聯(lián)接件的質(zhì)量一致性。以上所述重要因素均應(yīng)列為質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)有的加工制造水平及經(jīng)濟(jì)性分析加厚套筒是優(yōu)先推薦方案。緊固件在汽車底盤系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，通過本次推力桿連接螺栓防松的研究，不僅可以有效的解決推力桿螺栓松動(dòng)的實(shí)際性問題，而且積累了緊固件連接防松相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)底盤關(guān)鍵部位緊固性能的提升有了設(shè)計(jì)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]酒井智次.螺紋緊固件聯(lián)接工程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3]沈銳華.螺紋聯(lián)接厚墊圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理[M].工程機(jī)械，2012.43（12）.