側鏟電動叉車驅動橋連接螺栓斷裂原因和改進措施

摘要：針對側鏟電動叉車在市場使用過程中出現驅動橋連接螺栓松動或斷裂的情況，經調研分析出驅動橋連接板存在滑移、車架右側存在焊接變形等問題。進一步分析出車架焊接變形、車架左、右兩側的剛度懸殊較大、螺栓孔位置存在偏差等具體原因，提出并實施了改進車架結構、改進車架前橋板螺栓孔布設方法等措施，大幅度減小了車架變形量和驅動橋連接部位的滑移量。改進后的樣機經過長期使用，驅動橋連接螺栓沒有發生松動或斷裂現象，實現了改進目標。

關鍵詞：叉車驅動橋；連接螺栓斷裂；原因分析；改進措施；螺栓孔鴨蹼形布置

1" "故障現象

側鏟電動叉車在使用過程中，常出現左側或右側驅動橋連接螺栓松動或斷裂的情況。經調查發現，發生這類故障的叉車配置了實心輪胎，其作業場合存在工作強度大、路面不平整及高位晃動等現象，主要發生在陶瓷、面粉、租賃和物流等行業。

分析認為，實心輪胎對整車減震效果較差，在作業過程中突變的動態載荷會造成車架前橋板與驅動橋扇形連接板之間增加連接螺栓受力變化的頻次，再加上路面不平整及貨物高位晃動，會加劇這種受力的波動性，最終導致連接螺栓松動或斷裂。驅動橋連接螺栓斷裂情況如圖1所示，驅動橋殼體結構如圖2所示。

2" "原因分析

2.1" "驅動橋扇形連接板存在滑移現象

針對側鏟電動叉車驅動橋連接螺栓松動、斷裂的問題，按照驅動橋與車架連接部位的結構，采用ANSYS仿真軟件分析故障原因。分析結果顯示，側鏟電動叉車驅動橋扇形連接板與車架前橋板之間的最大滑移量可達2.9mm，并且靠近下側位置的螺栓受力變形更大。驅動橋左側扇形連接板與車架前橋板最大滑移量如圖3所示。

2.2" "叉車車架右側存在焊接變形問題

經過測量側鏟電動叉車車架的相關尺寸，發現其右側開放式結構焊接后的位置尺寸變形很大，右側開放式結構的開口尺寸比設計尺寸向內收縮變形量約10mm，造成前橋連接板安裝孔位置誤差偏大。盡管在生產組裝時會對其進行矯正，但很難做到驅動橋扇形連接板與車架前橋板相對應的螺栓孔同心。這種錯位狀態，會造成螺栓緊固后承受扭轉剪切力、增加了單條螺栓受力狀態，導致大幅度降低連接螺栓的使用壽命。車架開放式結構示意如圖4所示，錯位的螺栓孔如圖5所示。

2.3" "故障主要原因歸納

經過進一步分析，歸納出故障的主要原因如下：一是車架焊接變形，造成驅動橋扇形連接板與車架前橋板間隙無法消除，結合面正壓力不夠，在動態應力作用下的滑移量偏大，導致螺栓松動或斷裂；二是車架左、右兩側的剛度懸殊較大，造成受載后變形差距較大、兩側螺栓受力不對稱，導致單側螺栓受力過大產生斷裂；三是螺栓孔位置存在偏差，造成安裝時螺栓承受扭轉剪切力，導致初始安裝時螺栓緊固扭矩不足且難于被發現。

3" "改進措施

3.1" "改進車架結構

增加車架底部和腰部強度，減小焊接及動載變形量。利用ANSYS分析車架應力集中點，在應力集中點增設加強筋，并優化調整現有筋板位置，以降低應力、減小車架變形量。

3.2" "改進車架前橋板螺栓孔布設方法

針對側鏟車架結構左側因剛度大，螺栓預緊力表現不足、易松動問題改進設計方案，將車架前橋板的螺栓孔設計為鴨蹼形布置，增加前橋板局部撓度，以利于螺栓緊固時接觸面產生足夠的正壓力。同時增加連接螺栓數量，由原來的4只增加到6只，螺栓緊固覆蓋包絡面角度由原來的54°擴展為84°，包絡面范圍增大55%。改進后的車架前橋板螺栓孔鴨蹼形布置如圖6所示。

3.3" "其他改進措施

強化連接螺栓安裝扭矩值復核手段，即采用二次附扭的舉措，確保初始安裝每個螺栓達到足夠的預緊力。采用防松墊圈代替普通墊片，提升螺栓防松能力。該防松墊圈由兩片組成，每片的外側帶有放射狀凸紋面，內側為斜齒面。利用兩墊片之間的張力來達到防松和制緊的雙重效果。對接觸面進行油漆屏蔽處理增加接觸面摩擦系數，提升惡劣工況的適應能力。

4" "改進效果

改進后的驅動橋連接結構如圖7所示。對比分析改進前后的車架變形及相對滑移情況。改進前車架最大變形量達11.7～13.3mm，改進后車架最大變形量降低至3.3～4.3mm，變形量減小了63%以上；驅動橋與車架前橋板接觸面的相對滑移量減小到0.31mm，相對滑移量至少下降了89%，改進效果顯著。

5" "改進效果驗證

經過改進的樣機分別投放在工況惡劣的陶瓷市場進行跟蹤驗證。跟蹤使用超過4000h后，驅動橋連接螺栓沒有發生松動或斷裂現象，滿足惡劣工況下高強度負荷的場合作業，徹底解決了故障問題。

6" "結束語

側鏟叉車驅動橋連接板與車架前橋板的連接螺栓，采用了一種鴨蹼形布置的創新技術方案，大幅度減小了局部剛度，在螺栓按照緊固力矩安裝時，會在前橋板與驅動橋扇形板接觸面上產生足夠的正壓力。同時通過增加螺栓數量、增大螺栓包絡面，緩解了單條連接螺栓的承載力。優化了車架的筋板后，增強了車架的穩定性、減小了車架的動態變形。實施上述改進措施，避免了連接螺栓的松動和斷裂。相關研究成果已推廣應用到其他產品，為相關工程技術人員提供了有價值的參考。

參考文獻

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