范腾飞，顿福军

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405）

矿用自卸车推力杆的分析选用

范腾飞，顿福军

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405）

针对某矿用自卸车批量出现推力杆损坏现象，对其进行结构与力学方面的一些分析，得出一套可行的解决方案。

平衡悬架；推力杆；压杆稳定；受力分析

CLC NO.:U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-55-03

前言

矿用自卸车主要用于露天矿山、水利水电工地和交通基础设施建设等施工现场。新疆某矿区使用多辆我公司矿用自卸车用来运送剥离层的戈壁石（密度在2.5Tm3）。因初期设计载质量与实际装满整车载质量相差较大，在工作一个月以后车辆大量出现推力杆套管弯曲及断裂现象（如图1），而推力杆的损坏间接导致车桥与传动轴损坏。其造成的经济损失巨大，因而必须根据需要设计选用合适的推力杆来保证车辆的正常运行。

1、安装结构分析

该车悬挂方式为纵置钢板弹簧平衡悬挂(如上图2)。该结构主要组成：上面两根推力杆，一端与车架飞机梁上的支架连接，另一端与中（后）桥上的支架连接；下面四根推力杆，一端与平衡轴支架连接，一端与中（后）桥上的支架连接。通过对图纸上相关数据的采集，得出如下表1参数：

图1

图2

表1

2、车辆及杆件分析

2.1 车辆受力分析

忽略空气阻力不计，现取车辆行驶时紧急制动的典型工况来作分析：

2.1.1 汽车受到与行驶方向相反的外力时，才能实现减速或直到停车，这个外力只能由与轮胎接触的路面提供，即地面制动力。但是地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动蹄摩擦片与制动鼓间的摩擦力――制动器的制动力；另一个是轮胎与路面间的摩擦力——附着力（地面制动力）。[1]

图3

2.1.2 设汽车的减速度为du/dt

先根据力与力矩的平衡，计算出Fz2[2]，

a.平路制动，如图3（a）

b.下坡制动，如图3（b）

c.上坡制动，如图3（c）

2.1.3 后轮摩擦力校核

a.假设中、后桥弹簧制动缸制动力矩足够大，即中、后桥地面最大制动力Fb为：

b.假设地面制动力足够大，设制动器摩擦力矩为M （N.m），车轮滚动半径r(mm)；

则制动器制动力为：

根据a、b两种工况中较小Fb即为后轮摩擦力。

由上述公式可看出车辆制动时会产生很大的轴荷转移，导致推力杆所引起的压力或拉力的急剧增加。

2.2 杆件受力分析

上、下推力杆在整车中的安装状态如图4所示：

图4 安装状态

因中、后桥为平衡悬挂，所以可认为中桥与后桥的上、下推力杆受力分别相同。后桥推力杆对地面取矩分别有：

通过上面将相关参数及（5）、（6）公式中的Fb代入（7）、（8）公式可得出上、下推力杆的受力F1，F2。

由于推力杆与支座的安装夹角不是很大（一般在10度以内），因此调整相关支座改变推力杆的安装角度对推力杆的受力影响不是很大，同时也可看出推力杆主要承受纵向力。

2.3 从压杆稳定方面来进行分析

上、下推力杆中间杆件为一空心圆管

套管材质为Q345,σS为345Mpa；

套管尺寸为60mm（外径D）×6(壁厚)mm，上推力杆长l 为665mm；

推力杆安装可看作一端固定，另一端自由, 长度系数μ=2

上式中 E材料弹性模量,σp比例极限， A空心圆管横截面面积。

λ＜λ1 采用直线公式得出[3]：

代入相关数据得出如下结果：

λ2＜λ＜λ1，属中等强度压杆：

临界应力：σcr＝461-2.568×69.2＝283.3Mpa (14)

临界压力：

安全系数：

上推力杆有 n=Pcr/F1 （16）

将相关数据代入式（16）可得上推力杆n=1.3,下推力杆n＝1.43。

根据矿用车推力杆设计经验，一般安全系数需在2.0以上。从上可看出安全系数有些偏小。

3、推力杆的改进

3.1 推力杆套管改进

根据上述分析得出的安全系数不足问题，结合公司资源提出加厚套管壁厚方案。将套管尺寸改为车间现存的60×8尺寸。更改后上推力杆安全系数变为1.72，下推力杆安全系数变为1.84。当然1.72的安全系数对于所冲击载荷的杆件来说还是有些偏小，后续实地装车也验证了这一点，当继续整改直到安全系数达到了2.0以上后，套管断裂弯曲现象基本解决。

3.2 推力杆球铰结构改进

3.2.1 卡簧式球铰

前期因资源问题先试装卡簧结构的推力杆球头（图5）。但运行后发现：推力杆球头处卡簧全部脱落，导致球铰窜出。与厂家沟通：卡簧均为正现厂家生产，本身不会存在质量问题，如尺寸公差、平面度问题等。双方协商，对卡簧槽加深处理，但经过装车实地运行后发现卡簧同样脱落。

最终经过现场分析发现，主要是由于矿车重载转向时存在较大侧向力，导向板易磨损，使得车桥可以在一定范围内左右移动。而卡簧承受轴向力能力较小，故产生脱落现象。

3.2.2 压配式球铰

为此开发出下图6所示压配式球铰，该球铰不靠卡簧来限位，而主要靠自身的过盈配合来限位。该结构在装配初期靠大吨位压力机将球铰压入球头，经后续长期的运行发现该结构完全适合于矿用自卸车的使用。

图5

图6

4、结论

通过对推力杆的受力及压杆稳定分析，可得出与相应矿用自卸车相匹配的推力杆套管尺寸，安全系数达到2.0以上可有效保证矿用自卸车推力杆的正常使用。

实际使用发现：无卡簧的过盈配合结构推力杆球铰更适合于矿用自卸车的使用。

[1] 周志立,徐斌,卫尧编著.汽车ABS 原理与结构[M].北京:机械工业出版社.2005.

[2] 余志生. 汽车理论第三版.机械工业出版社.2000.10.

[3] 刘鸿文.材料力学.第三版下册.高等教育出版社2001.10.

Analysis selection of mining dump truck thrust rod

Fan Tengfei, Dun Fujun
( Shaanxi Tongli Special Vehicle Co. Ltd., Shaanxi Baoji 722405 )

For the phenomenon that mining dump truck appear thrust rod damaged in large numbers, do some analysis of structure and mechanics and obtain feasible solutions.

equalizing suspension; thrust rod; buckling; mechanical analysis

U472.4

A

1671-7988(2016)07-55-03

范腾飞，男，就职于陕西通力专用汽车有限责任公司，现从事特种车整车开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.017