浅析超重载重卡自卸车平衡桥的设计

杨毅 唐晓兵 刘言言

摘要：浅析超重载自卸车用平衡桥的设计方案。

关键词：超重载;自卸车;平衡桥;方案设计;重卡

Abstract：The design scheme of balance bridge for tipper analysis of overload.

Key words：Overload; tippers; balance bridge; scheme design; Heavy truck.

目前超重载重卡自卸车用平衡桥总成市场故障主要有支架底板开裂、漏油、轴壳碎裂、轴承碎裂等，以及支架故障维修成本较高等问题。本文介绍2种超重载重卡自卸车用平衡桥的设计方案以改善目前这种产品的高市场故障率。

1.超重载重卡自卸车平衡桥的结构

重卡双后桥结构底盘后悬减震方式有气囊减震、板簧减震、橡胶减震等三种形式，从各自的结构特点和价格上选择，目前板簧减震仍是未来几年重卡双后桥结构底盘的主流形式。所以平衡桥仍然是重卡双后桥结构底盘的必选件，就目前双后桥及底盘推力杆的连接方式，平衡桥的结构有几种不同的结构形式。按路况分，公路运输车以断开式平衡桥结构为主，自卸车以整体式平衡桥结构为主。按润滑方式分，有脂润滑、油润滑和无润滑三种结构。按平衡桥与车架的连接方式分，有焊接式和螺栓连接两种。按板簧骑马螺栓的固定方式和连接数量分，有反挂、正挂、单骑马和双骑马四种。对于一种平衡桥选择什么样的设计结构主要针对这款产品所应用的市场决定的，一种结构可以相互套用不同的设计形式。

下面介绍2款超重载重卡平衡桥的设计方案。

1.1焊接式的平衡桥

目前超重载自卸车用平衡桥总成支架采用的是铸造件，轴和支架连接有打销固定和热铆合固定，当支架有裂纹时没有有效的维修手段，这样在支架或轴产生裂纹、磨损、断裂等故障时必须同时更换轴与支架的连接体，即使只是其中一个件有故障也必须全部换掉，使维修费用居高不下，为了解決这个问题，可以从支架的材料和平衡桥的整体结构上进行设计改进。焊接式平衡轴支架总成整体结构均采用采用16Mn钢板拼接焊接而成，这种结构相较于现有技术中的球墨铸铁QT500-7铸造成型的平衡轴支架有效的提高了其承载力，抗拉强度也由原来的500Mpa增加至630Mpa，且支架总成采用钢板拼接焊接而成的结构决定了其便于维修的特点，当支架产生裂纹故障时可以进行焊接维修，不需要更换，节约维修成本;同时支架的平衡体增加了与大梁的接触面积，使支架安装面在单位面积内的力降低了，延长了支架的使用寿命;平衡桥采用断开式由左、右半轴构成，当轴断裂或磨损时可以单独更换半轴，且半轴比原来的整体轴成本低;支架总成和平衡轴的左半轴和右半轴的连接方式采用压板和螺栓结构连接，维修方便，松下螺栓和压板即可拆掉故障半轴;轴承采用120内径的角关节球面轴承[3]和油润滑方式，加大轴壳的承载力的同时满足冲击载荷时的径向调心需要。为了避免油封端口与空气直接接触，以减少泥水和油污进入到油封刃口处，而降低了油封的使用寿命，在油封侧轴壳外圆上增加了防尘罩，将油封保护起来。

见结构简图1

其中，1、轴壳，2、轴承，3、防尘罩，4、左半轴，5、支架总成，6、端盖，7、油封，8、左压板，9、螺栓，10、右压板，11、右半轴，51、平衡体，52、支架座，53、平衡轴安装轴，54、支架底板。

焊接式平衡轴总成各个件的结构及连接关系如下：支架总成5包括带有拱形槽的平衡体51，平衡体51下部设置有支架座52，平衡体51与支架座52形成一个框型的空间，平衡体51两端还分别设置有平衡轴安装座53，两平衡轴安装座53上分别设置有左轴孔和右轴孔，左轴孔和右轴孔内分别设置有左半轴4和右半轴11，左半轴4和右半轴11组成平衡轴，左半轴4和右半轴11与支架总成5间为可拆卸连接，平衡轴安装座53外圆上设置有防尘罩3。支架总成的平衡体51、支架座42和平衡轴安装座53均由钢板拼接焊接而成，平衡体51与支架座52及平衡轴安装座53之间均为焊接连接。平衡体51和平衡轴安装座53顶部均焊接有支架底板54。左半轴4和右半轴11内端部分别设置有左压板8和右压板10，左压板8和右压板10与左半轴4和右半轴11间采用螺栓9连接。左半轴4和右半轴11外圆面均分别套接有轴壳1，轴壳1与平衡轴的左半轴4和右半轴11间通过轴承2连接，轴承2与轴壳1间设置有油封7，油封7端部设置有防尘罩3。防尘罩3一端设置在支架总成5的平衡轴安装座53外圆上，另一端设置于轴壳1外圆上。左半轴4和右半轴11外端部均设置有端盖6。

与传统的STR平衡桥结构相比，结构较复杂，但经过CAE分析和应力应变实验及小批量的市场实验，超重载自卸车的支架开裂的问题得到了有效的解决。

1.2 侧面连接的整体式平衡桥结构

对于国内超重载重卡自卸车大梁的结构选用的STR结构的平衡桥较多，在不做较多变化的设计前提下，降低支架开裂、轴承碎裂和漏油等的故障，必须改变支架的受力情况及提升支架材质等级等才能有效解决这些问题。下面介绍这款平衡桥：

支架与车架的连接方式采用底面和侧面同时用螺栓连接，同时在两支架的推力杆处增加一个横向连接板，以改变支架的受力，减少开裂的故障;轴承仍然用120内径的角关节轴承，采用油润滑方式;轴仍用整体式轴结构，支架和轴壳材质采用高等级的材质ADI材料（等温淬火球墨铸铁），因为通过CAE分析[1][2]，当载货达到100吨以上时，支架和轴壳的某些地方应力达到了800MPa，升级前的轴壳材质一般为ZG310-570，支架为QT500-7，显然达不到超重载时的应力要求，所以改成ADI材料，既保证了轴壳和支架材质延伸率又提升了抗拉和屈服强度，同时与合金结构钢相比制作成本较低。这种设计与传统的STR平衡桥相比，支架的加工难度增加了，需要保证3个空间方向的装配尺寸，但经过CAE分析支架底板开裂处的受力明显下降了。另外ADI材料在国内的一些小型铸造厂应用较少，大规模投入市场使用需要对这种材料的铸造能力做充分的调查。虽然，ADI材料的应用还存在一些问题需要克服，但是由于它的强度高、塑性好，在同等抗拉强度情况下，ADI的伸长率是普通球墨铸铁的2倍以上，最大达10%以上。ADI的抗拉强度也优于调质处理的碳素钢，与低合金钢相当 ，在国外，ADI已经广泛应用于工程结构件和高性能高精度要求的动载性能的重要零件及耐磨、抗磨件。因此在国内，未来重卡自卸车也会向这个方向发展，较早的应用ADI材料是超重载自卸车平衡桥的突破。

2.结束语

国内重卡市场的恶性竞争、无序运营导致了重卡超重载状况下平衡桥故障较多，但对于企业来讲不能等待，企业必须活在当下，企业不适应当前的市场随时都可能被淘汰，所以从某种意义上讲是恶劣的竞争环境促进了产品改革。

目前国内还没有建立具有综合检测平衡桥性能的实验平台，本文提到的产品设计方案主要通过CAE模拟分析、样件路试等方式对设计方案进行验证的，成本较高和周期较长，最终批量应用到市场还需要更多的市场验证。

参考文献：

[1]赵礼东.重型汽车多轴平衡悬架运动分析及仿真[D].武汉理工大学.硕士学位论文，2004

[2]钟佩思，黄雪涛.基于AWE的矿用车车架结构CAE分析[J].煤矿机械，2007（05）：59-60

[3]曲庆文等主编.关节轴承的受力分析与特点[J]，润滑与密封，文章编号0254-0150（2004）4-102-2

作者简介：

杨毅（1964.5—），男，汉族，安徽人，本科学位，中级职称，1990年7月至今在安徽安凯金达机械制造有限公司技术中心工作，担任领导职务，主要负责客车焊接构件生产工艺制作和平衡悬架、翻转悬架设计开发指导工作。