地下裝載機(jī)中央鉸接結(jié)構(gòu)優(yōu)化

張慶國(guó)

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

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

1 鉸接的兩種結(jié)構(gòu)形式

地下裝載機(jī)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(gè)剛體。是一個(gè)由前、后車架通過(guò)上、下兩個(gè)鉸接點(diǎn)組成的具有同一回轉(zhuǎn)軸線的大回轉(zhuǎn)副。

2 鉸接結(jié)構(gòu)中軸承的作用

無(wú)論對(duì)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(huì)有形位誤差，它包括上、下鉸接點(diǎn)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(guò)程中存在的問題，目前普遍采用在上、下鉸接點(diǎn)處安裝關(guān)節(jié)軸承，利用關(guān)節(jié)軸承內(nèi)、外圈球面之間的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整和消除車架鉸接板孔加工過(guò)程中出現(xiàn)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(gè)鉸接點(diǎn)能比較順利地進(jìn)行裝配，最終使得車架上、下兩個(gè)鉸接點(diǎn)處在同一垂直軸線上，相當(dāng)于同一個(gè)回轉(zhuǎn)副。

3 鉸接結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)問題

3.1 鉸接板鉸接孔

無(wú)論是上鉸接點(diǎn)，還是下鉸接點(diǎn)，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(jié)構(gòu)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(jìn)和倒退反復(fù)動(dòng)作過(guò)程中，水平牽引力使得單鉸接板通過(guò)軸承內(nèi)圈連接上、下鉸銷，相當(dāng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)中常采用焊貼板來(lái)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(nèi)鑲?cè)虢?jīng)過(guò)熱處理的鋼套，來(lái)提高抗壓強(qiáng)度，而且一旦鋼套損壞，也可以很方便的進(jìn)行更換。

3.2 鉸接中銷軸的固定

鉸接中的銷軸，無(wú)論是上鉸銷還是下鉸銷都需要制定措施來(lái)防止銷軸產(chǎn)生徑向轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向竄動(dòng)。

4 幾種產(chǎn)品鉸接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

4.1 幾種產(chǎn)品鉸接結(jié)構(gòu)的分析

4.1.1 ACY－2車架鉸接結(jié)構(gòu)

圖1是ACY－2車架上鉸接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。序號(hào)2、序號(hào)8是固定銷軸的后車架的雙鉸板，序號(hào)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(lái)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(shí)油封蓋定位面與關(guān)節(jié)軸承外圈之間有可能出現(xiàn)間隙，它的存在會(huì)使關(guān)節(jié)軸承的受力狀態(tài)發(fā)生變化，影響關(guān)節(jié)軸承的壽命，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)軸承碎裂。尤其是裝載機(jī)在工作狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致后車架整體軸向竄動(dòng)，從而改變鉸接銷的受力狀態(tài)，加速鉸接銷的磨損。為了防止軸承外圈在單鉸接板內(nèi)軸向竄動(dòng)要加裝調(diào)整墊△1。同時(shí)銷軸的軸向定位是通過(guò)壓板與螺栓的連接實(shí)現(xiàn)的。實(shí)踐證明，這種定位方法并不十分可靠。由于裝載機(jī)的工作環(huán)境比較惡劣，尤其是在超負(fù)荷工作狀態(tài)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(dòng)，導(dǎo)致軸向定位失效。

圖1 ACY－2上鉸接結(jié)構(gòu)圖2 ACY－2下鉸接結(jié)構(gòu)

圖2是ACY－2車架下鉸接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。區(qū)別于上鉸接點(diǎn)的是裝在下鉸接銷軸上的零件軸向串聯(lián)，當(dāng)裝在壓板上的螺栓緊固后，調(diào)整墊1和下鉸接銷軸的臺(tái)階夾緊后車架上鉸接板。其存在缺陷和上鉸接點(diǎn)是一樣的。

4.1.2 ACY－3車架鉸接結(jié)構(gòu)

圖3是ACY－3上鉸接結(jié)構(gòu)。固定上鉸接銷軸的雙鉸板孔內(nèi)過(guò)盈鑲有鋼套，裝在銷軸上的零件軸向串聯(lián)，當(dāng)上鉸接下壓蓋上的一組螺栓擰緊后，通過(guò)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(duì)進(jìn)口的自潤(rùn)滑角接觸關(guān)節(jié)軸承，由上、下兩個(gè)內(nèi)壓蓋將軸承外圈固定在前機(jī)架單鉸接板上。這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)相對(duì)別的結(jié)構(gòu)比較麻煩，生產(chǎn)周期也相對(duì)較長(zhǎng)。

圖3 ACY－3上鉸接結(jié)構(gòu)

4.2 幾種鉸接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

對(duì)4.1節(jié)中幾種產(chǎn)品鉸接結(jié)構(gòu)在形式上進(jìn)行優(yōu)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(shí)焊襯板在加工上、下鉸接板的開檔尺寸時(shí)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(jù)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(dòng)，又能承受一定的水平力。

圖4 下鉸接結(jié)構(gòu)圖5 上鉸接結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

(1)車架鉸接結(jié)構(gòu)是一個(gè)大型的回轉(zhuǎn)副，只有水平轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，從結(jié)構(gòu)受力來(lái)看，相當(dāng)于一個(gè)能旁彎的簡(jiǎn)支梁。

(2)優(yōu)化后的車架鉸接結(jié)構(gòu)通用性強(qiáng)。此種結(jié)構(gòu)形式不僅適用于地下裝載機(jī)前、后車架部位的鉸接，而且也適用于其它類型的工程機(jī)械。

［1］高夢(mèng)熊.地下裝載機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2002

［2］張棟林.地下鏟運(yùn)機(jī)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2002

［3］《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè)，第一分冊(cè))［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，1987

［4］《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè)，第二分冊(cè))［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，1987