重載自卸車平衡懸架推力桿緊固性能研究

范學瓊　楊銀輝　王偉　李驥　劉盼

摘 要：推力桿總成在多軸商用車上普遍使用，作為后懸架系統關鍵總成之一，影響車輛的經濟性、行駛安全性及操縱穩定性;本文針對推力桿的緊固性能，提出防松墊片和增加被聯接件厚度兩種提升方案，并進行了試驗分析;基于試驗分析數據結合使用經濟性，最終確定增加被聯接件厚度即套筒及長螺栓的方案為優選方案。本文的研究對重載自卸車推力桿螺栓防松提供依據和借鑒。

關鍵詞：平衡懸架 I型推力桿 緊固性能 摩擦系數 重載自卸車

The Research About Fastening Property Of Heavy Dump Truck Balanced Suspension Trust Rod

Fan Xueqiong，Yang Yinhui，Wang Wei，Li Ji，Liu Pan

Abstract：The thrust rod assembly， one of the most critical part of rear-suspension system， is widely used in commercial multi-axle vehicles， which impacted greatly on vehicles economics， driving safety， and controlling stability. To estimate the fastening property of thrust rod， the article has tested and analyzed two programs， posting lock shim and making the junction thicker. What the article concluded was to make the junction thicker would be the obvious choice， which was based on the tests figures and economics. The main findings of the research would be a point of reference for increasing the fastening property of the heavy dump truck balanced suspension thrust rod.

Key words：balanced suspension， I-rod， fastening property， friction coefficient， heavy dump truck

1 引言

重載自卸車在工程建設中發揮著重要的作用，一般在工地道路、礦坑道路等惡劣工況中使用。重載自卸車懸架系統承受重力，側向力外，還要承受車輛扭曲、振動、沖擊等復雜工況下的各種力。后懸架推力桿作為關鍵總成之一，影響車輛的經濟性、行駛安全性及操作穩定性等;關鍵部位的緊固性能提升能提高抗力矩衰減性能，降低因緊固件失效引起的其他零部件破壞及經濟損失，確保車輛可靠性和行駛安全性。用戶運載貨物的不確定性及運營路況的復雜性，推力桿連接部位良好的緊固性能是首要考慮的。

2 平衡懸架推力桿結構型式及應用

為了保證6×4、8×4等多軸車每個車輪能與地面保持良好的接觸，避免因個別車輪懸空而造成其他車輪的超載引起車輛的不安全，多軸車常采用雙軸平衡懸架[1]。平衡懸架系統結構組成見圖1;該結構主要由平衡軸、平衡軸支架、鋼板彈簧座、中后驅動橋、鋼板彈簧、上下推力桿總成、U型螺栓等組成;平衡軸支架通過螺栓連接于車架下翼面，左右兩個平衡軸支架與平衡軸連接，鋼板彈簧通過U型螺栓連接于鋼板彈簧支座，鋼板彈簧兩端支承于中后驅動橋滑板座內， 四根下I型推力桿連接驅動橋和平衡懸架。兩根上I型推力桿連接車架和驅動橋。鋼板彈簧、推力桿、驅動橋形成一個可繞平衡軸旋轉的運動機構。推力桿傳遞作用在懸架上的各種力和力矩，通過杠桿作用使其連接的兩軸的車輪保持與地面接觸，并使其承載均勻。重載自卸車后懸架推力桿從經濟性及維修方便性考慮，一般選用I型推力桿。

重載自卸車有礦用自卸車、城建渣土運輸等應用細分市場。對于礦用自卸車運行工況為礦區非鋪裝路面，惡劣路況下的高頻振動沖擊非常考驗推力桿總成的緊固性能，緊固性能目標設定時設計安全系數相對公路運輸車輛要高0.5-1倍。對于城建渣土車，因基建運輸需求一般在允許的時間段內運行于城市道路，部分路段車輛會穿越市區，為保證道路其他車輛及行人安全，對車輛安全可靠性要求相對高，需要做緊固連接安全冗余設計。因此關鍵受力部位緊固性能研究是非常必要的。

3 緊固性能影響因素分析

基于螺紋緊固件的基本原理可知，對于螺紋聯接最重要的指標是軸向預緊力[2]。軸向預緊力與緊固力矩、聯接件、被聯接件之間的關系及影響是提升性能研究的關鍵。本文研究思路是從綜合分析聯接件、被聯接件制造、工藝、裝配質量等對緊固性能的影響，而后針對性提出防松措施提升緊固性能。

3.1 推力桿聯接件螺栓、螺母預緊力、摩擦系數檢測

針對不同品牌推力桿聯接螺母、螺栓樣本進行預緊力與摩擦系數檢測，見表1、表2。從檢測結果說明螺紋副的摩擦系數是質量關鍵控制點，緊固件本身質量存在品牌差異，摩擦系數應該作為重點質量檢測項目之一。

3.2 被聯接件漆膜厚度影響分析

結合被聯接件支承面油漆處理，對不同漆膜厚度樣品，基于橫向振動測試初始軸力、殘余軸力。從檢測數據表3可得出，隨著漆膜厚度越厚，軸力損失越大，軸力殘余值越小，說明漆膜厚度是影響推力桿螺栓緊固的因素，應該作為重點質量檢測項目之一。

4 緊固性能提升方案

從緊固性能的影響因素試驗測試的數據分析，可知被聯接件漆膜厚度是可以通過表面處理工藝控制，零部件供應商和主機廠加以關注重視便可控制質量一致性。而對于緊固件本身而言，摩擦系數要求的達成和一致性的保證，對于可靠性要求高及需要安全冗余設計的關鍵部位則需要設計改善。

針對緊固性能提升，提出優化方案一為防松楔形墊片，見圖2，該防松楔形墊片不是利用傳統的摩擦力，而是一種機械結構鎖緊;由一對相互咬合的齒面墊圈構成，相互咬合的角度α大于螺紋升角β，有效阻止螺絲的松動。優化方案二為增加被聯接件夾緊厚度即增加加厚套筒，見圖3，使用加厚套筒的同時緊固螺栓長度加長。螺栓受力產生的彈性變量與其所承受的預緊力成正比;相比普通結構加厚套筒長度增加剛度減小，裝配時需多擰轉螺紋副產生足夠的彈性變形量，消耗更多螺栓變形量，預緊力才會與不加套筒時相等[3];外載荷作用時需多做功抵消螺栓變形能螺栓才會松動。兩種緊固性能優化方案摩擦系數試驗數據及設備見下圖4、圖5、圖6、圖7。

從優化方案試驗結果分析表4可知，兩種優化方案平均軸力、平均總摩擦系數、平均斷面摩擦系數、平均扭矩系數均相當;相比普通結構，平均軸力提升40%-50%，均能起到很好的防松作用。從經濟性分析，加厚套筒采用成型圓鋼即可，加工工藝簡單，制造效率高;而楔形墊片從結構機理需要具備一定的硬度，材料一般選用合金鋼，加工時需精準的保證楔形角度，制造工藝相對復雜，成本相比加厚套筒高30%-50%。綜合分析加厚套筒使用性價比更高。

5 結語

通過試驗分析研究得出影響緊固性能的重要因素有摩擦系數，被聯接件表面漆膜厚度，以及緊固時被聯接件夾緊厚度，螺栓防松的關鍵在于控制摩擦系數及緊固件和被聯接件的質量一致性。以上所述重要因素均應列為質量控制的關鍵點。結合現有的加工制造水平及經濟性分析加厚套筒是優先推薦方案。緊固件在汽車底盤系統中起著至關重要的作用，通過本次推力桿連接螺栓防松的研究，不僅可以有效的解決推力桿螺栓松動的實際性問題，而且積累了緊固件連接防松相關數據和經驗，對底盤關鍵部位緊固性能的提升有了設計依據。

參考文獻：

[1]王霄鋒.汽車底盤設計. 北京：清華大學出版社，2010.

[2]酒井智次.螺紋緊固件聯接工程.北京：機械工業出版社，2016.

[3]沈銳華.螺紋聯接厚墊圈結構的設計原理[M].工程機械，2012.43（12）.