淺析超重載重卡自卸車平衡橋的設(shè)計(jì)

楊毅 唐曉兵 劉言言

摘要：淺析超重載自卸車用平衡橋的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：超重載;自卸車;平衡橋;方案設(shè)計(jì);重卡

Abstract：The design scheme of balance bridge for tipper analysis of overload.

Key words：Overload; tippers; balance bridge; scheme design; Heavy truck.

目前超重載重卡自卸車用平衡橋總成市場(chǎng)故障主要有支架底板開(kāi)裂、漏油、軸殼碎裂、軸承碎裂等，以及支架故障維修成本較高等問(wèn)題。本文介紹2種超重載重卡自卸車用平衡橋的設(shè)計(jì)方案以改善目前這種產(chǎn)品的高市場(chǎng)故障率。

1.超重載重卡自卸車平衡橋的結(jié)構(gòu)

重卡雙后橋結(jié)構(gòu)底盤(pán)后懸減震方式有氣囊減震、板簧減震、橡膠減震等三種形式，從各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和價(jià)格上選擇，目前板簧減震仍是未來(lái)幾年重卡雙后橋結(jié)構(gòu)底盤(pán)的主流形式。所以平衡橋仍然是重卡雙后橋結(jié)構(gòu)底盤(pán)的必選件，就目前雙后橋及底盤(pán)推力桿的連接方式，平衡橋的結(jié)構(gòu)有幾種不同的結(jié)構(gòu)形式。按路況分，公路運(yùn)輸車以斷開(kāi)式平衡橋結(jié)構(gòu)為主，自卸車以整體式平衡橋結(jié)構(gòu)為主。按潤(rùn)滑方式分，有脂潤(rùn)滑、油潤(rùn)滑和無(wú)潤(rùn)滑三種結(jié)構(gòu)。按平衡橋與車架的連接方式分，有焊接式和螺栓連接兩種。按板簧騎馬螺栓的固定方式和連接數(shù)量分，有反掛、正掛、單騎馬和雙騎馬四種。對(duì)于一種平衡橋選擇什么樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要針對(duì)這款產(chǎn)品所應(yīng)用的市場(chǎng)決定的，一種結(jié)構(gòu)可以相互套用不同的設(shè)計(jì)形式。

下面介紹2款超重載重卡平衡橋的設(shè)計(jì)方案。

1.1焊接式的平衡橋

目前超重載自卸車用平衡橋總成支架采用的是鑄造件，軸和支架連接有打銷固定和熱鉚合固定，當(dāng)支架有裂紋時(shí)沒(méi)有有效的維修手段，這樣在支架或軸產(chǎn)生裂紋、磨損、斷裂等故障時(shí)必須同時(shí)更換軸與支架的連接體，即使只是其中一個(gè)件有故障也必須全部換掉，使維修費(fèi)用居高不下，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以從支架的材料和平衡橋的整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。焊接式平衡軸支架總成整體結(jié)構(gòu)均采用采用16Mn鋼板拼接焊接而成，這種結(jié)構(gòu)相較于現(xiàn)有技術(shù)中的球墨鑄鐵QT500-7鑄造成型的平衡軸支架有效的提高了其承載力，抗拉強(qiáng)度也由原來(lái)的500Mpa增加至630Mpa，且支架總成采用鋼板拼接焊接而成的結(jié)構(gòu)決定了其便于維修的特點(diǎn)，當(dāng)支架產(chǎn)生裂紋故障時(shí)可以進(jìn)行焊接維修，不需要更換，節(jié)約維修成本;同時(shí)支架的平衡體增加了與大梁的接觸面積，使支架安裝面在單位面積內(nèi)的力降低了，延長(zhǎng)了支架的使用壽命;平衡橋采用斷開(kāi)式由左、右半軸構(gòu)成，當(dāng)軸斷裂或磨損時(shí)可以單獨(dú)更換半軸，且半軸比原來(lái)的整體軸成本低;支架總成和平衡軸的左半軸和右半軸的連接方式采用壓板和螺栓結(jié)構(gòu)連接，維修方便，松下螺栓和壓板即可拆掉故障半軸;軸承采用120內(nèi)徑的角關(guān)節(jié)球面軸承[3]和油潤(rùn)滑方式，加大軸殼的承載力的同時(shí)滿足沖擊載荷時(shí)的徑向調(diào)心需要。為了避免油封端口與空氣直接接觸，以減少泥水和油污進(jìn)入到油封刃口處，而降低了油封的使用壽命，在油封側(cè)軸殼外圓上增加了防塵罩，將油封保護(hù)起來(lái)。

見(jiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1

其中，1、軸殼，2、軸承，3、防塵罩，4、左半軸，5、支架總成，6、端蓋，7、油封，8、左壓板，9、螺栓，10、右壓板，11、右半軸，51、平衡體，52、支架座，53、平衡軸安裝軸，54、支架底板。

焊接式平衡軸總成各個(gè)件的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系如下：支架總成5包括帶有拱形槽的平衡體51，平衡體51下部設(shè)置有支架座52，平衡體51與支架座52形成一個(gè)框型的空間，平衡體51兩端還分別設(shè)置有平衡軸安裝座53，兩平衡軸安裝座53上分別設(shè)置有左軸孔和右軸孔，左軸孔和右軸孔內(nèi)分別設(shè)置有左半軸4和右半軸11，左半軸4和右半軸11組成平衡軸，左半軸4和右半軸11與支架總成5間為可拆卸連接，平衡軸安裝座53外圓上設(shè)置有防塵罩3。支架總成的平衡體51、支架座42和平衡軸安裝座53均由鋼板拼接焊接而成，平衡體51與支架座52及平衡軸安裝座53之間均為焊接連接。平衡體51和平衡軸安裝座53頂部均焊接有支架底板54。左半軸4和右半軸11內(nèi)端部分別設(shè)置有左壓板8和右壓板10，左壓板8和右壓板10與左半軸4和右半軸11間采用螺栓9連接。左半軸4和右半軸11外圓面均分別套接有軸殼1，軸殼1與平衡軸的左半軸4和右半軸11間通過(guò)軸承2連接，軸承2與軸殼1間設(shè)置有油封7，油封7端部設(shè)置有防塵罩3。防塵罩3一端設(shè)置在支架總成5的平衡軸安裝座53外圓上，另一端設(shè)置于軸殼1外圓上。左半軸4和右半軸11外端部均設(shè)置有端蓋6。

與傳統(tǒng)的STR平衡橋結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)CAE分析和應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)及小批量的市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，超重載自卸車的支架開(kāi)裂的問(wèn)題得到了有效的解決。

1.2 側(cè)面連接的整體式平衡橋結(jié)構(gòu)

對(duì)于國(guó)內(nèi)超重載重卡自卸車大梁的結(jié)構(gòu)選用的STR結(jié)構(gòu)的平衡橋較多，在不做較多變化的設(shè)計(jì)前提下，降低支架開(kāi)裂、軸承碎裂和漏油等的故障，必須改變支架的受力情況及提升支架材質(zhì)等級(jí)等才能有效解決這些問(wèn)題。下面介紹這款平衡橋：

支架與車架的連接方式采用底面和側(cè)面同時(shí)用螺栓連接，同時(shí)在兩支架的推力桿處增加一個(gè)橫向連接板，以改變支架的受力，減少開(kāi)裂的故障;軸承仍然用120內(nèi)徑的角關(guān)節(jié)軸承，采用油潤(rùn)滑方式;軸仍用整體式軸結(jié)構(gòu)，支架和軸殼材質(zhì)采用高等級(jí)的材質(zhì)ADI材料（等溫淬火球墨鑄鐵），因?yàn)橥ㄟ^(guò)CAE分析[1][2]，當(dāng)載貨達(dá)到100噸以上時(shí)，支架和軸殼的某些地方應(yīng)力達(dá)到了800MPa，升級(jí)前的軸殼材質(zhì)一般為ZG310-570，支架為QT500-7，顯然達(dá)不到超重載時(shí)的應(yīng)力要求，所以改成ADI材料，既保證了軸殼和支架材質(zhì)延伸率又提升了抗拉和屈服強(qiáng)度，同時(shí)與合金結(jié)構(gòu)鋼相比制作成本較低。這種設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的STR平衡橋相比，支架的加工難度增加了，需要保證3個(gè)空間方向的裝配尺寸，但經(jīng)過(guò)CAE分析支架底板開(kāi)裂處的受力明顯下降了。另外ADI材料在國(guó)內(nèi)的一些小型鑄造廠應(yīng)用較少，大規(guī)模投入市場(chǎng)使用需要對(duì)這種材料的鑄造能力做充分的調(diào)查。雖然，ADI材料的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題需要克服，但是由于它的強(qiáng)度高、塑性好，在同等抗拉強(qiáng)度情況下，ADI的伸長(zhǎng)率是普通球墨鑄鐵的2倍以上，最大達(dá)10%以上。ADI的抗拉強(qiáng)度也優(yōu)于調(diào)質(zhì)處理的碳素鋼，與低合金鋼相當(dāng) ，在國(guó)外，ADI已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)件和高性能高精度要求的動(dòng)載性能的重要零件及耐磨、抗磨件。因此在國(guó)內(nèi)，未來(lái)重卡自卸車也會(huì)向這個(gè)方向發(fā)展，較早的應(yīng)用ADI材料是超重載自卸車平衡橋的突破。

2.結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)重卡市場(chǎng)的惡性競(jìng)爭(zhēng)、無(wú)序運(yùn)營(yíng)導(dǎo)致了重卡超重載狀況下平衡橋故障較多，但對(duì)于企業(yè)來(lái)講不能等待，企業(yè)必須活在當(dāng)下，企業(yè)不適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)隨時(shí)都可能被淘汰，所以從某種意義上講是惡劣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境促進(jìn)了產(chǎn)品改革。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有建立具有綜合檢測(cè)平衡橋性能的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本文提到的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案主要通過(guò)CAE模擬分析、樣件路試等方式對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證的，成本較高和周期較長(zhǎng)，最終批量應(yīng)用到市場(chǎng)還需要更多的市場(chǎng)驗(yàn)證。

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作者簡(jiǎn)介：

楊毅（1964.5—），男，漢族，安徽人，本科學(xué)位，中級(jí)職稱，1990年7月至今在安徽安凱金達(dá)機(jī)械制造有限公司技術(shù)中心工作，擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，主要負(fù)責(zé)客車焊接構(gòu)件生產(chǎn)工藝制作和平衡懸架、翻轉(zhuǎn)懸架設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)指導(dǎo)工作。