35噸整體式渣罐車前橋結構優化

陳宗鑫 金 焰 劉華祥

（中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 200941）

35噸整體式渣罐車前橋結構優化

陳宗鑫 金 焰 劉華祥

（中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 200941）

本文針對35噸整體式渣罐車前橋設計結構強度較低，前橋羊角及橋體易斷裂，轉向油缸排量小造成轉向吃力，主銷軸易松動造成側傾角移位問題，對前橋結構進行材料疲勞應力分析，找到癥結，并對前橋結構成功進行了優化，從機械本質安全的角度使35噸整體式渣罐車渣罐運輸作業安全得到保障，該成果在鋼廠鋼渣運輸工藝中極具推廣價值。

35噸渣罐車；前橋；結構優化

1 概述

35噸渣罐車的前橋故障一直是重要的檢修作業難點和生產作業的安全隱患。其前橋的使用到目前為止共發展了兩種規格，即鑄造圓形橋和方形橋。目前由于車型為單前橋負重及轉向，但因為前橋設計結構強度較低，前橋羊角易斷及橋體易斷裂，轉向油缸排量小造成轉向吃力，主銷軸易松動造成側傾角移位，以上問題給安全生產帶來了較大的隱患。

2 35噸渣罐車前橋結構優化步驟與內容

2.1 35噸渣罐車前橋破壞位置及鑄鋼軸架結構應力分析

經過現場生產調研分析：發生破壞的前橋構件為鑄鋼件，其破壞位置多發生在軸架中多個直角過渡處。

前橋現場工作條件：罐車上的罐體重量為20噸，分兩處位置施加在前橋主軸上，再傳遞到軸架上。

通過對鑄鋼前橋的有限元分析，鑄鋼前橋構件軸架結構平面與圓柱連接處由于過渡過于突兀，產生了大范圍的應力集中；同時前橋構件軸架結構內部直角處由于過渡過于突兀，有兩個較大的區域產生了明顯的應力集中，對結構的使用壽命產生了極為不利的影響。

2.2 鍛造軸架應力分析

針對鑄鋼軸架結構中兩個直角位置發生應力破壞的情況，結合前述應力分析中發現的兩處有明顯的應力集中情況，特此將其結構做了較大的改進，由鑄鋼成型改為鍛造成型。軸架內部的直角位置改為平緩的圓角過度，外部的直角過度增加了一個圓臺過度，以期減少應力集中，提高軸架的壽命。

鍛造前橋構件軸架結構由于進行了改進，只有一個較小的區域產生了一定程度的應力集中，應力值也有較大的下降。

2.3 鑄鋼實心主軸應力分析

在破壞發生時，前橋主軸為實心鑄鋼件；前橋構件中，主軸為均勻的圓形，其應力均處于較低的水平，最大應力為100MPa左右，遠低于鋼材的強度，其應力最大值出現于兩邊的支撐環。由此可以看出，鑄造過程中的晶粒粗大﹑縮孔等組織缺陷對主軸的壽命影響更為明顯。

2.4 鍛造空心主軸應力分析

針對在破壞發生時，前橋主軸為實心鑄鋼件，鑄造過程中容易發生晶粒粗大，出現縮孔﹑夾雜等組織缺陷，對主軸的壽命影響較為不利。在新設計中，改用鍛造成型，可以細化晶粒，改善組織，提高材料的性能。同時，鑒于主軸的應力水平較低，改為空心管狀結構，以節省材料，減輕自重。

鍛造前橋構件中，主軸是均勻的圓形，不管是實心改為空心，其應力仍處于較低的水平，沒有明顯的增加，中心位置最大應力為120MPa左右，遠低于鋼材的強度，其應力最大值出現于兩邊的支撐環。由此可見，主軸結構的改變并沒有對主軸的應力水平產生明顯的改變，而其組織的改善，自重的減輕，對其使用壽命有極為有利的影響。

2.5 制定35噸渣罐車前橋結構優化方案

根據上述前橋結構有限元的分析，對前橋結構制定如下改進方案：一是前橋材料由原來的鑄造成型變成鍛造成型，由原來的鑄鋼件變成42CrMo鍛件；二是軸架內部的直角位置改為平緩的圓角過度，外部的直角過度增加了一個圓臺過度，以期減少應力集中，提高軸架的壽命；三是增大前橋羊角尺寸，將前橋羊角的倒角半徑由原來的5mm增加到10mm；四是增大羊角安裝孔的開孔尺寸，立軸銅套加厚；五是將轉向油缸由2個縮減至1個，使轉向角達到更為理想的狀態，使渣罐車車輪在轉向時更為輕便﹑靈敏，降低操作人員的操作強度見圖1。

圖1 前橋主軸及其羊角設計圖

3 35噸渣罐車前橋結構優化后應用效果

通過裝配和調試，并進行實際應用，新型前橋在如下幾個方面取得了成功：

（1）車輛轉彎時各轉向輪無滑動和滾動，轉彎半徑較小；

（2）車輛在轉向時方向盤操縱輕便，轉向靈敏,回轉圈數少,同時轉向時轉向輪所受的側向力適當地反饋到方向盤上，避免了“打手”現象的發生；

（3）該新型前橋應用后調整﹑維修方便。從渣罐車修理備件費用來看，前橋備件費用降為原來的1/3，一年每臺渣罐車省去前橋備件費用1.08萬元，取得良好的經濟效益；

（4）前橋使用壽命從原來的8個月增加至12個月。

當然，前橋改進在取得上述成功的同時，也存在一些負面的影響，主要是由于轉向油缸由兩個縮減至一個，在方向盤轉彎時需轉向閥開啟不同的角度。

[1]趙金龍, 孫昌旺, 徐偉剛． 重型汽車雙前橋轉向系統分析優化研究[J]． 重型汽車, 2010, （3）．

U46

A