淺析超重載重卡自卸車平衡橋的設計

楊毅 唐曉兵 劉言言

摘要：淺析超重載自卸車用平衡橋的設計方案。

關鍵詞：超重載;自卸車;平衡橋;方案設計;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故障主要有支架底板開裂、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題。本文介紹2種超重載重卡自卸車用平衡橋的設計方案以改善目前這種產品的高市場故障率。

1.超重載重卡自卸車平衡橋的結構

重卡雙后橋結構底盤后懸減震方式有氣囊減震、板簧減震、橡膠減震等三種形式，從各自的結構特點和價格上選擇，目前板簧減震仍是未來幾年重卡雙后橋結構底盤的主流形式。所以平衡橋仍然是重卡雙后橋結構底盤的必選件，就目前雙后橋及底盤推力桿的連接方式，平衡橋的結構有幾種不同的結構形式。按路況分，公路運輸車以斷開式平衡橋結構為主，自卸車以整體式平衡橋結構為主。按潤滑方式分，有脂潤滑、油潤滑和無潤滑三種結構。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量分，有反掛、正掛、單騎馬和雙騎馬四種。對于一種平衡橋選擇什么樣的設計結構主要針對這款產品所應用的市場決定的，一種結構可以相互套用不同的設計形式。

下面介紹2款超重載重卡平衡橋的設計方案。

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，當支架有裂紋時沒有有效的維修手段，這樣在支架或軸產生裂紋、磨損、斷裂等故障時必須同時更換軸與支架的連接體，即使只是其中一個件有故障也必須全部換掉，使維修費用居高不下，為了解決這個問題，可以從支架的材料和平衡橋的整體結構上進行設計改進。焊接式平衡軸支架總成整體結構均采用采用16Mn鋼板拼接焊接而成，這種結構相較于現有技術中的球墨鑄鐵QT500-7鑄造成型的平衡軸支架有效的提高了其承載力，抗拉強度也由原來的500Mpa增加至630Mpa，且支架總成采用鋼板拼接焊接而成的結構決定了其便于維修的特點，當支架產生裂紋故障時可以進行焊接維修，不需要更換，節約維修成本;同時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的力降低了，延長了支架的使用壽命;平衡橋采用斷開式由左、右半軸構成，當軸斷裂或磨損時可以單獨更換半軸，且半軸比原來的整體軸成本低;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構連接，維修方便，松下螺栓和壓板即可拆掉故障半軸;軸承采用120內徑的角關節球面軸承[3]和油潤滑方式，加大軸殼的承載力的同時滿足沖擊載荷時的徑向調心需要。為了避免油封端口與空氣直接接觸，以減少泥水和油污進入到油封刃口處，而降低了油封的使用壽命，在油封側軸殼外圓上增加了防塵罩，將油封保護起來。

見結構簡圖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件的結構及連接關系如下：支架總成5包括帶有拱形槽的平衡體51，平衡體51下部設置有支架座52，平衡體51與支架座52形成一個框型的空間，平衡體51兩端還分別設置有平衡軸安裝座53，兩平衡軸安裝座53上分別設置有左軸孔和右軸孔，左軸孔和右軸孔內分別設置有左半軸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內端部分別設置有左壓板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間通過軸承2連接，軸承2與軸殼1間設置有油封7，油封7端部設置有防塵罩3。防塵罩3一端設置在支架總成5的平衡軸安裝座53外圓上，另一端設置于軸殼1外圓上。左半軸4和右半軸11外端部均設置有端蓋6。

與傳統的STR平衡橋結構相比，結構較復雜，但經過CAE分析和應力應變實驗及小批量的市場實驗，超重載自卸車的支架開裂的問題得到了有效的解決。

1.2 側面連接的整體式平衡橋結構

對于國內超重載重卡自卸車大梁的結構選用的STR結構的平衡橋較多，在不做較多變化的設計前提下，降低支架開裂、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等級等才能有效解決這些問題。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面同時用螺栓連接，同時在兩支架的推力桿處增加一個橫向連接板，以改變支架的受力，減少開裂的故障;軸承仍然用120內徑的角關節軸承，采用油潤滑方式;軸仍用整體式軸結構，支架和軸殼材質采用高等級的材質ADI材料（等溫淬火球墨鑄鐵），因為通過CAE分析[1][2]，當載貨達到100噸以上時，支架和軸殼的某些地方應力達到了800MPa，升級前的軸殼材質一般為ZG310-570，支架為QT500-7，顯然達不到超重載時的應力要求，所以改成ADI材料，既保證了軸殼和支架材質延伸率又提升了抗拉和屈服強度，同時與合金結構鋼相比制作成本較低。這種設計與傳統的STR平衡橋相比，支架的加工難度增加了，需要保證3個空間方向的裝配尺寸，但經過CAE分析支架底板開裂處的受力明顯下降了。另外ADI材料在國內的一些小型鑄造廠應用較少，大規模投入市場使用需要對這種材料的鑄造能力做充分的調查。雖然，ADI材料的應用還存在一些問題需要克服，但是由于它的強度高、塑性好，在同等抗拉強度情況下，ADI的伸長率是普通球墨鑄鐵的2倍以上，最大達10%以上。ADI的抗拉強度也優于調質處理的碳素鋼，與低合金鋼相當 ，在國外，ADI已經廣泛應用于工程結構件和高性能高精度要求的動載性能的重要零件及耐磨、抗磨件。因此在國內，未來重卡自卸車也會向這個方向發展，較早的應用ADI材料是超重載自卸車平衡橋的突破。

2.結束語

國內重卡市場的惡性競爭、無序運營導致了重卡超重載狀況下平衡橋故障較多，但對于企業來講不能等待，企業必須活在當下，企業不適應當前的市場隨時都可能被淘汰，所以從某種意義上講是惡劣的競爭環境促進了產品改革。

目前國內還沒有建立具有綜合檢測平衡橋性能的實驗平臺，本文提到的產品設計方案主要通過CAE模擬分析、樣件路試等方式對設計方案進行驗證的，成本較高和周期較長，最終批量應用到市場還需要更多的市場驗證。

參考文獻：

[1]趙禮東.重型汽車多軸平衡懸架運動分析及仿真[D].武漢理工大學.碩士學位論文，2004

[2]鐘佩思，黃雪濤.基于AWE的礦用車車架結構CAE分析[J].煤礦機械，2007（05）：59-60

[3]曲慶文等主編.關節軸承的受力分析與特點[J]，潤滑與密封，文章編號0254-0150（2004）4-102-2

作者簡介：

楊毅（1964.5—），男，漢族，安徽人，本科學位，中級職稱，1990年7月至今在安徽安凱金達機械制造有限公司技術中心工作，擔任領導職務，主要負責客車焊接構件生產工藝制作和平衡懸架、翻轉懸架設計開發指導工作。