悬挂装置形式及断裂分析杨承先内容摘要本文通过对汽车式挖掘机新产品行驶性能试验中出现的钢板悬挂装置断裂的原因进行了分析。

　　在种工况下计算了钢板弹簧承受的应力。分析了钢板弹簧弹性理想弹性及油气悬挂弹性特性，指出了汽车锁间汽车挖掘仉悬挂断裂分析新开发的汽车式挖掘机机重2，1斗容量，最高速度，训为满足驶，度的要求，该机选用了载重量为2的红岩载重汽车的钢板弹簧悬挂形式，前轴7片钢板，后轴9片钢板，每片厚度为121用型螺栓固定，通过支架4挖掘机乍架联接。1在完成柞机试制后，对两台样机进行了5000的行驶可靠性试验。两台样机同时在不同的路面如水泥沥清泥泞凹凸不肀等路面作试验在水泥路他上亍驶，实测最高速度53平均速度41.51；1号样机行驶560时，左右前钢板弹簧断裂；2号样机行驶854.5时，左后钢板弹簧断裂。12号样机钢板弹簧断裂的位置1中部位。

　　1钢板弹簧断裂的似闪分析两台样机钢板弹簧断裂的部位，均在卷耳部位断面，裂口形状也相似。对断裂的钢板弹簧进行了村料金相和强度分析及1艺核，均符合61钢材的指标要求，其许用弯曲应力450，最大变形应力应为，700添因此，钢板弹簧断裂的原因不属于工艺材料的问，从裂口的形状分析可初步认为属于疲劳断裂破坏。

　　1.1定性分析钢板弹簧是直接选用载重量为2，1的红岩汽车用钢板弹，它在载重汽车上使用是安全可靠的，但是在汽车式挖掘机悬挂使用不到501行驶不到10001就出现断裂。因为汽车式挖掘机与载重汽车的工况不同，载重汽车钢板弹簧承受的载荷并不是任何时刻都是满负荷，而汽车式挖掘机的工况较载重汽车工况复杂得多，使用的路面条件工作环境更为恶劣，对钢板弹啻产生的冲七动载荷远比载重汽车大得多，对其钢板弹簧断裂的原因定性分析如下1长期处十满载或超载，使钠板弹簧产生过大的弯曲应力。钢板耐疲劳忭降低而断裂破坏。

　　紧急制动和最大牵引力时，由于制动力和惯性力的作用，使钢板受到弯曲和拉伸，两种应力的综合作用，大大超过钢板的垂直弯曲应力，使钢板的负荷显著增大。

　　垂直振动。由于汽车式挖掘机运行的路面条件差，凹凸不平而产生垂直振魂使钢板弹簧振幅加大，振动频率加快，造成弯曲应力加大而加速疲劳。

　　生侧滑，离心惯性力，大，增加了内侧钢板的负荷，1.2应力汁尊分析对汽车式挖掘机钢板弹簧，应进行强度计算分析。不能直接采用我重汽乍的钢板弹簧设十，1.2.1作用在钢板弹簧纵向力为最大的工况1紧急制动时前钢板弹簧所受载荷最大，汽式挖掘机采用对称式钢板弹簧结构。受力1所小。

　　求得支点5的反力为A作用于钢板弹簧点的水平反力；hc弹簧固定点至路面距离；Mn制动时前轴重新分配系数Gki满载静止时作在前轴9杜的载荷Pr制动力士附着系数。

　　人1此，在紧总制动时。前钢板弹簧前后两段应力为hs钢板弹费总以度b钢板弹黄宽度。

　　2最大牵引力工况时，后钢板弹簧单侧传递此时的户，和水平反作用力与2中所不力尸和的方向相反。

　　同理可得后钢板弹簧的前后两段的应力为M2最大牵弓乃工况，沿轴的增新分配系数。

　　1.22钢板弹费受到垂直载荷时挖掘机通过不平道路时，假设此时纵向力及侧向力均为零，钢板弹簧所受垂直载荷最大值为最大应力位干钢板弹黄邰计算前钢板时=则前轴钢板中部应力为计算后钢板时，=.2，则后轴钢板中部应力为1.23行驶急转时行驶侧滑时边弹簧所受垂直载荷增大，受力到最大载荷时分析方法相同，其作用力为寸丁Ch整机虚心至支座平面的距离；1侧泔附着系数。

　　由上式得左侧弹黉中部应力为，N 1+了则左前钢板弹簧中部应力为1+了左后钢板弹簧中部应力为，丁比较种工况下钢板弹簧的应力计算结果可知，作用在钢板弹簧两端点儿3上的应力最大的工况足纵向力为最人时。根据两台试验样机钢板弹簧断裂的部位均在5两点卷耳处。1乃样机是左右前钢板弹簧断裂。说明这是由于紧急制动和频繁急转行驶的综介影响使卷1处受到最大载荷而断裂。2兮样机是左后钢板弹簧卷1处断裂。则说明是巾于经常处于最人牵引力和左急转行驶状态下综合影响而产生最人应力使钢板断裂。

　　P悬挂承受的载荷；如机械具有以好的平顺性，自山振动频率应不随载荷的变化而变化。

　　设尸，为静载荷，为静烧度，刚度为，为仟载萜，1为相应挠度，刚度为由9式可知频率，不变，挠度也不变，即因此求积分整理得ijP儿。，0=尸，求得，厂，代入整理得尸厂士令尺挠度系数则2钢板弹簧忌挂与油气悬挂的特性分析比较新代汽车式挖掘机的行驶速度是汁非常重要的指标，能否达到设计要求，关键在于能否较好地解决悬挂问。对挖掘机械来说，行驶速度低于35让1时，后轴般不采用悬挂装置，只是在前轴设有两个悬挂油缸，通过悬挂分配阀，制，行驶时悬挂汕缸起作用。保证叫轮沿地，提高行驶的平顺性挖掘作业时，则闭锁悬挂汕缸。用支腿支，使整机保持刚性，例如460型采用，这种形式。在挖掘机上采用的悬挂装置其结构形式有钢板弹簧悬挂扭杆弹簧悬挂油气悬挂。高速挖掘机迪常米用汕气悬挂或钢板弹簧悬挂，而油气悬挂形式的特性最接近理想状态。

　　2.1钢板弹簧悬挂弹性及理想弹性特性分析理想弹性的特性分析为了简化计算，把钢板弹簧悬挂质量作为单自由度振动质量，其振动频率为因此。理想弹性曲线是条指数函数曲线。3中曲线2.

　　1.钢板弹簧弹性直线1理想弹性曲线3.油气悬挂弹性曲线32钢板弹簧的特性分析对钢板弹簧而言山于钢板弹簧的刚度，是常数，所以它的弹性特性是条直线，3中直线1.

　　2.2油气悬挂弹性特性分析油气悬挂装置原理4所小，主要由汕缸下腔活塞阻尼孔和气室组成。活寒移动压缩气室气体。使悬挂产生弹性，其刚性为非线性，随外萄忖曾；而矜1.

　　1.沾宽2.汕腔3.浮动活塞4.阻汜礼5.构膜6.气室设载荷为2气体容积为，相应压力为当载荷为0，气体容积为压力为，充气高度为从。由热力学定律，设活塞断而枳为义充气高度为活塞移动速度快工作过程力视为绝热过程取，1.3.因此油气悬挂弹性特性是条指数曲线，如阁3中曲线3，比较012式可知。这条曲线接近理想状态弹性曲线。

　　汕气悬挂振动频率可山不式给出从13式可知。充气高度和振动频率存关，哉侃越大。充气高度越小。振动频率越高。这种特性正好与钢板弹簧弹性相反而与，想弹性相致。由于路而引起的振动频率大大低于油气悬挂的液压固有频率并13阻尼孔节流，阻尼作用，大。因此1有良好的减振缓冲作用。这个优点是钢板弹簧所没有性，3结论在2，1高速汽车式挖掘机上直接采载重汽乍的钢板弹簧作为总挂装置是种新的尝试，前内挖掘机行1还没有先例。缺乏设计经验和资料，在样机试验中出现钢板弹簧断裂应在情理之中。

　　立接照搬载重汽车的钢板弹簧作为挖掘机悬挂装置足不可取的，应根据挖掘机工况特点进行重新设计。否则会导致钢板断裂。

　　汽车式挖掘机悬挂装置结构形式的选择最好采用汕汽悬挂装置。它能较好地吸收机械高速行驶中的冲击和振动，较好地适应挖掘机在行驶和作业下况下弹性与钢性变化要求。

　　参考i献烈航。工程机械油气悬挂特性研宄。工兵装备研宄，I9S8 2向光等编工程机械底盘。1982年版3陈家瑞主编。汽车结构。吉林工业大学，1997年4韩军等。我国汽车式挖掘机发展前景。建筑机械，1999杨承先。工程兵驻贵阳地区军代室550006贵州省贵阳市中曹路97号收稿日期3000714编辑杨晓光上接58页目补焊加固，要到有关权威部门咨询，以便及时查明原因，减少损失。

　　装载机作业条件复杂。车架在工作中受冲七载你在设计应特别重视局部尖角区和局部厚度突变区的应力改变，避免强烈的应力集中，应1增加板材的弯曲半径，增大倒角半径，采用倾斜曲折焊接考义献1张光裕。工程机械底盘构造与设计。北京中国建筑工业出版社。1986年谷立目1.西安，筑科技大学。7055西安市张优云，西安交通大学710049西安市收稿日期33，056编柬杨晃光

(完)