非公路自卸车车架工装设计

非公路自卸车车架工装设计

【摘要】非公路自卸车车架的工装设计是针对中小型矿山车的焊接结构车架，文中重点介绍了载重为50吨的矿山车车架工装的设计过程。设计围绕矿山车工作的核心部件（发动机和减速器）来展开，以六点定位原理为基本的设计准则。零部件的夹具设计过程中，定位特征多采用平面，目的是充分利用平面定位的优势来满足高精度装配尺寸的要求。

【关键词】非公路自卸车工装车架制造

0 引言

非公路自卸车包括两大类：铰接式自卸车和刚性自卸车。刚性自卸汽车按传动方式又分为液力机械传动和电力机械传动自卸车两种[1]。对非公路自卸车而言，车架部分的制造是整台车的核心部分。车架的寿命决定了整车的寿命，因为车架会一直伴随整车直至报废。车架工装设计的主要目的一方面是为了保证车架制造的精度要求，另一方面是为了提高生产效率，改善工人的作业环境。

1 设计基准方案的选择确定

方案一、以过前悬挂中心且与传动系中心线平行的直线为水平基准线，以过前悬挂中心且垂直于传动系中心线的直线作为竖直方向的基准线，两直线的交点为设计中心。

方案二、以后悬挂上侧的工艺孔中心线和圆心分别作为设计基准线和设计中心。

方案三、以后尾座上的连接管件的孔中心线和圆心分别作为设计基准线和设计中心。

方案一严格遵守了设计中心提供图纸中关于传动系水平中心线的设计初衷。该方案可以在车架的前悬挂上准确的定位出其基准的位置，只是前悬挂通常由铸件焊接成型，铸件毛坯在后续焊接过程中产生的焊接应力会对基准定位产生影响，不过这种影响可以通过时效处理[3]和机械加工来辅正。

方案二和方案三分别以铸造工艺孔定位，在经过初步的粗加工和开坡口后即进行焊接组合，孔的内壁加工精度很低甚至不加工。另外，经过机加的孔会导致后悬挂或者后尾座承受冲击载荷[4]的能力下降，这在工程机械的设计中是不允许的。

经比较，确定为方案一。

2 TTM50车架工装详细设计

2.1 前悬挂部分

前悬挂包括左前悬挂、右前悬挂和小横梁。组焊施工的思想是以小横梁的某一粗加工侧面为基准面与部件工装的基板接触，同时在已经过粗加工的矩形端面上开止口，来完成小横梁与左右前悬挂的组焊。

定位特征选取过前悬挂中心的斜键槽和周边的4个定位孔。即以前悬挂端面定位，配合4个边缘孔来实现夹紧，前悬挂上的斜键槽（旋转2°）可由与其相配合的键来保证。左右前悬挂与小横梁的夹紧则在定位板的下侧设计夹紧丝杠[5]，保证前悬挂与小横梁之间止口的吻合。为了实现夹紧和便于推动较重的侧定位板，在侧定位板的底部设计有滑动导轨[6]，以外圆柱沉孔螺钉与部件底板连接，与之相配合的是在滑动导轨上钻台阶孔。两侧定位板的固定除了开坡口焊接之外，还分别在左右定位板外侧附有加强筋板和在两板之间设计有拉板。

2.2 保险杠部分

保险杠大致为箱型结构，保险杠工装设计主要是解决保险杠与前纵梁的高度差及前后左右的定位问题。为此，保险杠底部采用箱式结构来缩小与前纵梁的高度差，用薄垫片来实现组焊时的竖直方向微调，左右和前后的定位采用小型定位块实现。

2.3 前纵梁高度方向调整装置

前纵梁为组焊件，其一端与前悬挂的止口相接，另一端与保险杠连接。为了保证前纵梁与前悬挂之间止口的相对位置在最佳的焊接高度，避免止口配合时损伤或者产生组焊应力，故需对前纵梁高度进行微调。对工装的要求为，可以实现前纵梁在铅垂面内的小角度旋转，可以调整承重件的高度，组焊施工完成后便于拆卸和车架的吊出。

设计前纵梁高度方向调整装置的核心部件为铰接部件和定位面，铰接部件解决小角度旋转问题，定位面主要用于托举前纵梁的下表面。满足设计要求的铰接形式有球铰和普通铰接[7]两种方式。采用普通铰接会使得铰接轴孔在吊装时承受较大的剪切应力，不能满足工装的使用寿命要求，故决定采取球铰连接形式。

为解决球铰加工困难的问题，现采取非正常生产措施来实现球铰的正常功能。即以定位球水平半球面边缘为分界线，其上的托板底端加工出半球凹槽，然后在球铰的伸出部位串入球铰的另外半球部分来包裹球铰，鉴于球铰伸出部位的直径限制，串入部分表现在紧固板上其实是半球面和某一直径通孔的组合形式（通孔直径小于球铰的直径）。高度方向的微调利用球铰伸出部分上的螺纹来实现。

如图1所示，球铰的正确装配过程为：托板-球铰-紧固板-螺母，其中螺母与螺栓尾端的连接方式为焊接。该球铰可微调的角度大小取决于紧固板与螺母最后

在螺栓上所固定的位置。

2.4 前纵梁夹紧

前纵梁的装焊与X轴的正方向具有一定的角度，决定了前纵梁夹紧装置必须是与其同样吻合的斜面定位。夹紧方式采用螺栓紧固。为了减小前纵梁夹紧装置的外形，给现场操作人员留有充分的工作空间，现将前纵梁高度方向调整装置和夹紧装置合二为一，采用综合式的结构[8]。

中段纵梁和后纵梁的高度方向调整和夹紧装置与前纵梁具有相同的结构形式，只是定位尺寸有少许变动，夹紧装置由原来的斜面-螺栓夹紧改为两螺栓夹紧。

2.5 后悬挂部分

后悬挂分别由左右后悬挂和后抗扭支座组焊成型。后悬挂部分的工装设计围绕该部分上侧的铸造工艺孔和连接管展开，组焊之前首先粗加工连接管的外圆柱面，然后以V型槽定位[9]该管。沿X方向的装焊尺寸微调通过夹紧装置推动滑座来实现。后抗扭支座上的两个法兰盘借助于过法兰一端的孔和与之配合的销轴在平面上定位，平面的下侧以类箱式结构[10]完成支撑。

2.6 后尾座部分

后尾座部分的工装设计理念与后悬挂完全相同，有所变动的只是相应定位侧板的尺寸。

2.7 球铰装置承重能力计算及校核

工装设计中的纵梁高度调节装置采用球铰来完成，现对球铰的相关参数进行计算和校核。已知前纵梁的总质量为168.5Kg，45#钢的许用压应力为230Mpa.选择球铰外延的螺纹部分为M20，螺纹尾部退刀槽的最小直径为φ16.天车吊举前纵梁下降到指定位置后由球铰上端的托板和前悬挂的止口来承接，为保证球铰的绝对安全，现将前纵梁的总重量完全放到球铰上来进行校核计算。校核计算的关键部位为退刀槽部分，若此部分所承受的压应力在许用压应力范围之内，则该尺寸设计合适。