重载自卸车平衡悬架推力杆紧固性能研究

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重载自卸车平衡悬架推力杆紧固性能研究
范学琼　杨银辉　王伟　李骥　刘盼
陕西重型汽车有限公司　陕西省西安市　710200
摘 要： 
推力杆总成在多轴商用车上普遍使用，作为后悬架系统关键总成之一，影响车辆的经济性、行驶安全性及操纵稳定性；本文针对推力杆的紧固性能，提出防松垫片和增加被联接件厚度两种提升方案，并进行了试验分析；基于试验分析数据结合使用经济性，最终确定增加被联接件厚度即套筒及长螺栓的方案为优选方案。

本文的研究对重载自卸车推力杆螺栓防松提供依据和借鉴。

关键词：平衡悬架　I 型推力杆　紧固性能　摩擦系数　重载自卸车
1　引言
重载自卸车在工程建设中发挥着重要的作用，一般在工地道路、矿坑道路等恶劣工况中使用。

重载自卸车悬架系统承受重力，侧向力外，还要承受车辆扭曲、振动、冲击等复杂工况下的各种力。

后悬架推力杆作为关键总成之一，影响车辆的经济性、行驶安全性及操作稳定性等；关键部位的紧固性能提升能提高抗力矩衰减性能，降低因紧固件失效引起的其他零部件破坏及经济损失，确保车辆可靠性和行驶安全性。

用户运载货物的不确定性及运营路况的复杂性，推力杆连接部位良好的紧固性能是首要考虑的。

2　平衡悬架推力杆结构型式及应用
为了保证6×4、8×4等多轴车每个车轮能与地面保持良好的接触，避免因个别车轮悬空而造成其他车轮的超载引起车辆的不安全，多轴车常采用双轴平衡悬架[1]。

平衡悬架系统结构组成见图1；该结构主要由平衡轴、平衡轴支架、钢板弹簧座、中后驱动桥、钢板弹簧、上下推力杆总成、U 型螺栓等组成；平衡轴支架通过螺栓连接于车架下翼面，左右两个平衡轴支架与平衡轴连接，钢板弹簧通过U 型螺栓连接于钢板弹簧支座，钢板弹
簧两端支承于中后驱动桥滑板座内， 四根下I 型推力杆连接驱动桥和平衡悬架。

两根上I 型推力杆连接车架和驱动桥。

钢板弹簧、推力杆、驱动桥形成一个可绕平衡轴旋转的运动机构。

推力杆传递作用在悬架上的各种力和力矩，通过杠杆作用使其连接的两轴的车轮保持与地面接触，并使其承载均匀。

重载自卸车后悬架推力杆从经济性及维修方便性考虑，一般选用I 型推力杆。

重载自卸车有矿用自卸车、城建渣土运输等应用细分市场。

对于矿用自卸车运行工况为矿区非铺装路面，恶劣路况下的高频振动冲击非常考验推力杆总成的紧固性能，紧固性能目标设定时设计安全系数相对公路运输车辆要高0.5-1倍。

对于城建渣土车，因基建运输需求一般在允许的时间段内运行于
The Research About Fastening Property Of Heavy Dump Truck Balanced Suspension Trust Rod
Fan Xueqiong ，Yang Yinhui ，Wang Wei ，Li Ji ，Liu Pan
Abstract ： 
T he 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 ： 
b alanced suspension, I-rod, fastening property, friction coefficient, heavy dump truck 城市道路，部分路段车辆会穿越市区，为保证道路其他车辆及行人安全，对车辆安全可靠性要求相对高，需要做紧固连接安全冗余设计。

因此关键受力部位紧固性能研究是非常必要的。

3　紧固性能影响因素分析
基于螺纹紧固件的基本原理可知，对于螺纹联接最重要的指标是轴向预紧力[2]。

轴向预紧力与紧固力矩、联接件、被联接件之间的关系及影响是提升性能研究的关键。

本文研究思路是从综合分析联接件、被联接件制造、工艺、装配质量等对紧固性能的影响，而后针对性提出防松措施提升紧固性能。

3.1　推力杆联接件螺栓、螺母预紧力、摩擦系数检测
针对不同品牌推力杆联接螺母、螺栓样本进行预紧力与摩擦系数检测，见表1、表2。

从检测结果说明螺纹副的摩擦系数是质量关键控制点，紧固件本身质量存在品牌差异，摩擦系数应该作为重点质量检测项目之一。

3.2　被联接件漆膜厚度影响分析结合被联接件支承面油漆处理，对不同漆膜厚度样品，基于横向振动测试初始轴力、
残余轴力。

从检测数据表3可得出，随着漆膜厚度越厚，轴力损失越大，轴力残余值越小，说明漆膜厚度是影响推力杆螺栓紧固的因素，
图1　重载自卸车平衡悬架结构
U 型螺栓钢板弹簧总成
上I 型推力杆
下I 型推力杆
平衡轴总成驱动桥
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表1　螺母样本试验
表2　螺栓样本试验
表3　被联接件支承面漆膜厚度与轴力试验
针对紧固性能提升，提出优化方案一为
防松楔形垫片，见图2，该防松楔形垫片不是利用传统的摩擦力，而是一种机械结构锁紧；由一对相互咬合的齿面垫圈构成，相互咬合
的角度α大于螺纹升角β，有效阻止螺丝的松动。

优化方案二为增加被联接件夹紧厚度即增加加厚套筒，见图3，使用加厚套筒的同时紧固螺栓长度加长。

螺栓受力产生的弹性
变量与其所承受的预紧力成正比；相比普通结构加厚套筒长度增加刚度减小，装配时需多拧转螺纹副产生足够的弹性变形量，消耗更多螺栓变形量，预紧力才会与不加套筒时相等[3]；
外载荷作用时需多做功抵消螺栓变形能螺栓才
会松动。

两种紧固性能优化方案摩擦系数试验数据及设备见下图4、图5、图6、图7。

从优化方案试验结果分析表4可知，两种
优化方案平均轴力、平均总摩擦系数、平均断面摩擦系数、平均扭矩系数均相当；相比普通结构，平均轴力提升40%-50%，均能起到很好
的防松作用。

从经济性分析，加厚套筒采用成型圆钢即可，加工工艺简单，制造效率高；而楔形垫片从结构机理需要具备一定的硬度，材料一般选用合金钢，加工时需精准的保证楔形角
度，制造工艺相对复杂，成本相比加厚套筒高30%-50%。

综合分析加厚套筒使用性价比更高。

5　结语
通过试验分析研究得出影响紧固性能的重
要因素有摩擦系数，被联接件表面漆膜厚度，以及紧固时被联接件夹紧厚度，螺栓防松的关
键在于控制摩擦系数及紧固件和被联接件的质
应该作为重点质量检测项目之一。

4　紧固性能提升方案
从紧固性能的影响因素试验测试的数据分析，可知被联接件漆膜厚度是可以通过表
面处理工艺控制，零部件供应商和主机厂加以关注重视便可控制质量一致性。

而对于紧
固件本身而言，摩擦系数要求的达成和一致性的保证，对于可靠性要求高及需要安全冗余设计的关键部位则需要设计改善。

图3　加厚套筒方案
图2　防松楔形垫圈方案
β
α
α＞β
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时代汽车 表4　优化方案试验
图5　防松楔形垫圈试验设备
图7　加厚套筒试验设备
图4　防松楔形垫圈摩擦系数试验
图6　加厚套筒摩擦系数试验
量一致性。

以上所述重要因素均应列为质量控
制的关键点。

结合现有的加工制造水平及经济
性分析加厚套筒是优先推荐方案。

紧固件在汽
车底盘系统中起着至关重要的作用，通过本次
推力杆连接螺栓防松的研究，不仅可以有效的
解决推力杆螺栓松动的实际性问题，而且积累
了紧固件连接防松相关数据和经验，对底盘关
键部位紧固性能的提升有了设计依据。

参考文献:
[1]王霄锋.汽车底盘设计. 北京：清华大学出
版社，2010.
[2]酒井智次.螺纹紧固件联接工程.北京：机
械工业出版社，2016.
[3]沈锐华.螺纹联接厚垫圈结构的设计原理
[M].工程机械，2012.43（12）.
动，保障了临时集会、人员突击检查等重点
区域的安全。

参考文献：
[1]成大先.机械设计手册[M]. 北京：化学工
业出版社，2016.3.
[2]刘茜.专用车结构与设计（第2版）[M].
北京：机械工业出版社，2019.8.
[3]张耀.材料力学[M].北京：清华大学出版社，
2015.9.
[4]贾铭新.液压传动与控制（第4版）[M].
北京：电子工业出版社，2017.11.
通讯作者：李铭图15　双通道安检系统展开状态
1.传送带；
2.安检机辅助支腿；
3.安检机；
4.拓展箱辅助支腿；
5.接物盘
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