地下裝載機中央鉸接結構優化

張慶國

(中鐵十八局集團第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

地下裝載機由于采用鉸接式車架，將整體車架分為前后兩個車架，便于制造和拆裝下井筒，在提高前置工作裝置作業靈活性的同時，其比非全輪轉向剛性車架的轉彎半徑小，特別適合于狹窄場地的作業條件。

1 鉸接的兩種結構形式

地下裝載機的前、后車架在軸向必須有一處是能定位固定的，以保證鉸接車架在縱向垂直面里始終是一個剛體。是一個由前、后車架通過上、下兩個鉸接點組成的具有同一回轉軸線的大回轉副。

2 鉸接結構中軸承的作用

無論對前車架還是后車架，在同一車架上、下鉸接板上加工的孔，不僅有尺寸偏差，還會有形位誤差，它包括上、下鉸接點孔與孔之間的同軸度和孔與鉸接板之間的垂直度偏差。

為了解決上述加工過程中存在的問題，目前普遍采用在上、下鉸接點處安裝關節軸承，利用關節軸承內、外圈球面之間的輕微轉動，自動調整和消除車架鉸接板孔加工過程中出現的形位誤差，并選擇合適的裝配間隙，使得前、后車架的上、下兩個鉸接點能比較順利地進行裝配，最終使得車架上、下兩個鉸接點處在同一垂直軸線上，相當于同一個回轉副。

3 鉸接結構中的幾個問題

3.1 鉸接板鉸接孔

無論是上鉸接點，還是下鉸接點，銷軸與雙鉸板孔之間一般都采用間隙配合。由于車架雙鉸接板一般都采用低碳鋼板Q235A或低合金結構鋼板Q345B，它們都承受不了接觸面上很大的比壓。但是在車輛前進和倒退反復動作過程中，水平牽引力使得單鉸接板通過軸承內圈連接上、下鉸銷，相當于一只“手”緊握淬硬的銷軸，不停地用軸的兩端去撞擊雙鉸接板上的孔。因此常常出現車架雙鉸接板的孔被磨損成前后方向的橢圓孔。目前在車架雙鉸接板結構中常采用焊貼板來增加固定銷軸處的板厚，也可以采用增大銷軸直徑的辦法，降低接觸比壓。最合理的方法是在雙鉸接板孔內鑲入經過熱處理的鋼套，來提高抗壓強度，而且一旦鋼套損壞，也可以很方便的進行更換。

3.2 鉸接中銷軸的固定

鉸接中的銷軸，無論是上鉸銷還是下鉸銷都需要制定措施來防止銷軸產生徑向轉動和軸向竄動。

4 幾種產品鉸接結構的優化

4.1 幾種產品鉸接結構的分析

4.1.1 ACY－2車架鉸接結構

圖1是ACY－2車架上鉸接點的結構。序號2、序號8是固定銷軸的后車架的雙鉸板，序號5是前車架的單鉸板。上、下雙鉸板均采用的是雙面焊貼板的方法來增加固定銷軸處鉸接板的厚度。

存在缺陷:由于前車架單鉸接板加工誤差的影響，裝配時油封蓋定位面與關節軸承外圈之間有可能出現間隙，它的存在會使關節軸承的受力狀態發生變化，影響關節軸承的壽命，嚴重者會導致關節軸承碎裂。尤其是裝載機在工作狀態下會導致后車架整體軸向竄動，從而改變鉸接銷的受力狀態，加速鉸接銷的磨損。為了防止軸承外圈在單鉸接板內軸向竄動要加裝調整墊△1。同時銷軸的軸向定位是通過壓板與螺栓的連接實現的。實踐證明，這種定位方法并不十分可靠。由于裝載機的工作環境比較惡劣，尤其是在超負荷工作狀態下，鉸接銷不僅要承受較大的徑向力，而且還要承受一定的軸向力和剪切力，這樣很容易引起螺栓的松動，導致軸向定位失效。

圖1 ACY－2上鉸接結構圖2 ACY－2下鉸接結構

圖2是ACY－2車架下鉸接點的結構。區別于上鉸接點的是裝在下鉸接銷軸上的零件軸向串聯，當裝在壓板上的螺栓緊固后，調整墊1和下鉸接銷軸的臺階夾緊后車架上鉸接板。其存在缺陷和上鉸接點是一樣的。

4.1.2 ACY－3車架鉸接結構

圖3是ACY－3上鉸接結構。固定上鉸接銷軸的雙鉸板孔內過盈鑲有鋼套，裝在銷軸上的零件軸向串聯，當上鉸接下壓蓋上的一組螺栓擰緊后，通過下壓蓋使下鉸接板承受軸向力，而上鉸接板只承受水平力。軸承采用的是一對進口的自潤滑角接觸關節軸承，由上、下兩個內壓蓋將軸承外圈固定在前機架單鉸接板上。這種結構現場裝配時相對別的結構比較麻煩，生產周期也相對較長。

圖3 ACY－3上鉸接結構

4.2 幾種鉸接結構的優化

對4.1節中幾種產品鉸接結構在形式上進行優化。如圖4、圖5所示。

(1)雙鉸板的上、下鉸接板雙面均焊襯板，以增加固定銷軸處鉸接板的厚度。同時焊襯板在加工上、下鉸接板的開檔尺寸時相比較在鉸接板的大平面上直接加工降低了加工難度，減少了加工誤差。

(2)根據車架的受力情況估算軸的直徑，參考原有車型鉸接銷軸的直徑，雙鉸板開檔尺寸保持原有車型尺寸不變。

(3)銷軸上端部銑扁方，用卡板由一組螺栓固定在雙鉸板的上鉸接板上，既能防止銷軸的軸向竄動，又能承受一定的水平力。

圖4 下鉸接結構圖5 上鉸接結構

5 結論

(1)車架鉸接結構是一個大型的回轉副，只有水平轉動的功能，從結構受力來看，相當于一個能旁彎的簡支梁。

(2)優化后的車架鉸接結構通用性強。此種結構形式不僅適用于地下裝載機前、后車架部位的鉸接，而且也適用于其它類型的工程機械。

［1］高夢熊.地下裝載機結構設計與使用［M］.北京:冶金工業出版社，2002

［2］張棟林.地下鏟運機［M］.北京:冶金工業出版社，2002

［3］《機械設計手冊》聯合編寫組.機械設計手冊(上冊，第一分冊)［M］.化學工業出版社，1987

［4］《機械設計手冊》聯合編寫組.機械設計手冊(上冊，第二分冊)［M］.化學工業出版社，1987