侧铲电动叉车驱动桥连接螺栓断裂原因和改进措施

摘要：针对侧铲电动叉车在市场使用过程中出现驱动桥连接螺栓松动或断裂的情况，经调研分析出驱动桥连接板存在滑移、车架右侧存在焊接变形等问题。进一步分析出车架焊接变形、车架左、右两侧的刚度悬殊较大、螺栓孔位置存在偏差等具体原因，提出并实施了改进车架结构、改进车架前桥板螺栓孔布设方法等措施，大幅度减小了车架变形量和驱动桥连接部位的滑移量。改进后的样机经过长期使用，驱动桥连接螺栓没有发生松动或断裂现象，实现了改进目标。

关键词：叉车驱动桥；连接螺栓断裂；原因分析；改进措施；螺栓孔鸭蹼形布置

1" "故障现象

侧铲电动叉车在使用过程中，常出现左侧或右侧驱动桥连接螺栓松动或断裂的情况。经调查发现，发生这类故障的叉车配置了实心轮胎，其作业场合存在工作强度大、路面不平整及高位晃动等现象，主要发生在陶瓷、面粉、租赁和物流等行业。

分析认为，实心轮胎对整车减震效果较差，在作业过程中突变的动态载荷会造成车架前桥板与驱动桥扇形连接板之间增加连接螺栓受力变化的频次，再加上路面不平整及货物高位晃动，会加剧这种受力的波动性，最终导致连接螺栓松动或断裂。驱动桥连接螺栓断裂情况如图1所示，驱动桥壳体结构如图2所示。

2" "原因分析

2.1" "驱动桥扇形连接板存在滑移现象

针对侧铲电动叉车驱动桥连接螺栓松动、断裂的问题，按照驱动桥与车架连接部位的结构，采用ANSYS仿真软件分析故障原因。分析结果显示，侧铲电动叉车驱动桥扇形连接板与车架前桥板之间的最大滑移量可达2.9mm，并且靠近下侧位置的螺栓受力变形更大。驱动桥左侧扇形连接板与车架前桥板最大滑移量如图3所示。

2.2" "叉车车架右侧存在焊接变形问题

经过测量侧铲电动叉车车架的相关尺寸，发现其右侧开放式结构焊接后的位置尺寸变形很大，右侧开放式结构的开口尺寸比设计尺寸向内收缩变形量约10mm，造成前桥连接板安装孔位置误差偏大。尽管在生产组装时会对其进行矫正，但很难做到驱动桥扇形连接板与车架前桥板相对应的螺栓孔同心。这种错位状态，会造成螺栓紧固后承受扭转剪切力、增加了单条螺栓受力状态，导致大幅度降低连接螺栓的使用寿命。车架开放式结构示意如图4所示，错位的螺栓孔如图5所示。

2.3" "故障主要原因归纳

经过进一步分析，归纳出故障的主要原因如下：一是车架焊接变形，造成驱动桥扇形连接板与车架前桥板间隙无法消除，结合面正压力不够，在动态应力作用下的滑移量偏大，导致螺栓松动或断裂；二是车架左、右两侧的刚度悬殊较大，造成受载后变形差距较大、两侧螺栓受力不对称，导致单侧螺栓受力过大产生断裂；三是螺栓孔位置存在偏差，造成安装时螺栓承受扭转剪切力，导致初始安装时螺栓紧固扭矩不足且难于被发现。

3" "改进措施

3.1" "改进车架结构

增加车架底部和腰部强度，减小焊接及动载变形量。利用ANSYS分析车架应力集中点，在应力集中点增设加强筋，并优化调整现有筋板位置，以降低应力、减小车架变形量。

3.2" "改进车架前桥板螺栓孔布设方法

针对侧铲车架结构左侧因刚度大，螺栓预紧力表现不足、易松动问题改进设计方案，将车架前桥板的螺栓孔设计为鸭蹼形布置，增加前桥板局部挠度，以利于螺栓紧固时接触面产生足够的正压力。同时增加连接螺栓数量，由原来的4只增加到6只，螺栓紧固覆盖包络面角度由原来的54°扩展为84°，包络面范围增大55%。改进后的车架前桥板螺栓孔鸭蹼形布置如图6所示。

3.3" "其他改进措施

强化连接螺栓安装扭矩值复核手段，即采用二次附扭的举措，确保初始安装每个螺栓达到足够的预紧力。采用防松垫圈代替普通垫片，提升螺栓防松能力。该防松垫圈由两片组成，每片的外侧带有放射状凸纹面，内侧为斜齿面。利用两垫片之间的张力来达到防松和制紧的双重效果。对接触面进行油漆屏蔽处理增加接触面摩擦系数，提升恶劣工况的适应能力。

4" "改进效果

改进后的驱动桥连接结构如图7所示。对比分析改进前后的车架变形及相对滑移情况。改进前车架最大变形量达11.7～13.3mm，改进后车架最大变形量降低至3.3～4.3mm，变形量减小了63%以上；驱动桥与车架前桥板接触面的相对滑移量减小到0.31mm，相对滑移量至少下降了89%，改进效果显著。

5" "改进效果验证

经过改进的样机分别投放在工况恶劣的陶瓷市场进行跟踪验证。跟踪使用超过4000h后，驱动桥连接螺栓没有发生松动或断裂现象，满足恶劣工况下高强度负荷的场合作业，彻底解决了故障问题。

6" "结束语

侧铲叉车驱动桥连接板与车架前桥板的连接螺栓，采用了一种鸭蹼形布置的创新技术方案，大幅度减小了局部刚度，在螺栓按照紧固力矩安装时，会在前桥板与驱动桥扇形板接触面上产生足够的正压力。同时通过增加螺栓数量、增大螺栓包络面，缓解了单条连接螺栓的承载力。优化了车架的筋板后，增强了车架的稳定性、减小了车架的动态变形。实施上述改进措施，避免了连接螺栓的松动和断裂。相关研究成果已推广应用到其他产品，为相关工程技术人员提供了有价值的参考。

参考文献

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