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任公司，陜西 寶雞 722405）

針對某礦用自卸車批量出現推力桿損壞現象，對其進行結構與力學方面的一些分析，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設施建設等施工現場。新疆某礦區使用多輛我公司礦用自卸車用來運送剝離層的戈壁石（密度在2.5Tm3）。因初期設計載質量與實際裝滿整車載質量相差較大，在工作一個月以后車輛大量出現推力桿套管彎曲及斷裂現象（如圖1），而推力桿的損壞間接導致車橋與傳動軸損壞。其造成的經濟損失巨大，因而必須根據需要設計選用合適的推力桿來保證車輛的正常運行。

1、安裝結構分析

該車懸掛方式為縱置鋼板彈簧平衡懸掛(如上圖2)。該結構主要組成：上面兩根推力桿，一端與車架飛機梁上的支架連接，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。通過對圖紙上相關數據的采集，得出如下表1參數：

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，現取車輛行駛時緊急制動的典型工況來作分析：

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

圖3

2.1.2 設汽車的減速度為du/dt

先根據力與力矩的平衡，計算出Fz2[2]，

a.平路制動，如圖3（a）

b.下坡制動，如圖3（b）

c.上坡制動，如圖3（c）

2.1.3 后輪摩擦力校核

a.假設中、后橋彈簧制動缸制動力矩足夠大，即中、后橋地面最大制動力Fb為：

b.假設地面制動力足夠大，設制動器摩擦力矩為M （N.m），車輪滾動半徑r(mm)；

則制動器制動力為：

根據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時會產生很大的軸荷轉移，導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如圖4所示：

圖4 安裝狀態

因中、后橋為平衡懸掛，所以可認為中橋與后橋的上、下推力桿受力分別相同。后橋推力桿對地面取矩分別有：

通過上面將相關參數及（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，F2。

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

2.3 從壓桿穩定方面來進行分析

上、下推力桿中間桿件為一空心圓管

套管材質為Q345,σS為345Mpa；

套管尺寸為60mm（外徑D）×6(壁厚)mm，上推力桿長l 為665mm；

推力桿安裝可看作一端固定，另一端自由, 長度系數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]：

代入相關數據得出如下結果：

λ2＜λ＜λ1，屬中等強度壓桿：

臨界應力：σcr＝461-2.568×69.2＝283.3Mpa (14)

臨界壓力：

安全系數：

上推力桿有 n=Pcr/F1 （16）

將相關數據代入式（16）可得上推力桿n=1.3,下推力桿n＝1.43。

根據礦用車推力桿設計經驗，一般安全系數需在2.0以上。從上可看出安全系數有些偏小。

3、推力桿的改進

3.1 推力桿套管改進

根據上述分析得出的安全系數不足問題，結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存的60×8尺寸。更改后上推力桿安全系數變為1.72，下推力桿安全系數變為1.84。當然1.72的安全系數對于所沖擊載荷的桿件來說還是有些偏小，后續實地裝車也驗證了這一點，當繼續整改直到安全系數達到了2.0以上后，套管斷裂彎曲現象基本解決。

3.2 推力桿球鉸結構改進

3.2.1 卡簧式球鉸

前期因資源問題先試裝卡簧結構的推力桿球頭（圖5）。但運行后發現：推力桿球頭處卡簧全部脫落，導致球鉸竄出。與廠家溝通：卡簧均為正現廠家生產，本身不會存在質量問題，如尺寸公差、平面度問題等。雙方協商，對卡簧槽加深處理，但經過裝車實地運行后發現卡簧同樣脫落。

最終經過現場分析發現，主要是由于礦車重載轉向時存在較大側向力，導向板易磨損，使得車橋可以在一定范圍內左右移動。而卡簧承受軸向力能力較小，故產生脫落現象。

3.2.2 壓配式球鉸

為此開發出下圖6所示壓配式球鉸，該球鉸不靠卡簧來限位，而主要靠自身的過盈配合來限位。該結構在裝配初期靠大噸位壓力機將球鉸壓入球頭，經后續長期的運行發現該結構完全適合于礦用自卸車的使用。

圖5

圖6

4、結論

通過對推力桿的受力及壓桿穩定分析，可得出與相應礦用自卸車相匹配的推力桿套管尺寸，安全系數達到2.0以上可有效保證礦用自卸車推力桿的正常使用。

實際使用發現：無卡簧的過盈配合結構推力桿球鉸更適合于礦用自卸車的使用。

[1] 周志立,徐斌,衛堯編著.汽車ABS 原理與結構[M].北京:機械工業出版社.2005.

[2] 余志生. 汽車理論第三版.機械工業出版社.2000.10.

[3] 劉鴻文.材料力學.第三版下冊.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任公司，現從事特種車整車開發工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.017