【正文】 低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用來制造機器零件和金屬工程結(jié)構(gòu)的鋼材，同時具有良好的綜合性能和焊接性能。北京安期生公司所生產(chǎn)AJK20型地下礦運卡車的擺動架選用的是徐州羅特艾德回轉(zhuǎn)支承，因此在重新選取回轉(zhuǎn)支承時，同樣以徐州羅特艾德為樣本。那么首先要對原來的擺動架機構(gòu)要有一個完整的認(rèn)識，從而才能明確該機構(gòu)的富余情況和進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的方向及目標(biāo)。系統(tǒng)加入慣性力后，仍是靜平衡系統(tǒng)，于是可以得到滿載全速制動時的各關(guān)鍵部位的受力，下圖為受力分析圖。 工況一受力分析計算結(jié)果力學(xué)符號數(shù)值（N）力學(xué)符號數(shù)值（N）力學(xué)符號數(shù)值（mm）G1223800RX50L1600G2126200RX60L22665G21363500RX70L33530G2286500RX80L4R1397200RY186700L54771R1X0RY286700L61410R2402800RY386700L71125R2X0RY486700h1186RX192962RY5173400H100RX292962RY6173400RX392962RY7173400RX492962RY8173400力矩（Nm）M160834M260834M343494M443494 回轉(zhuǎn)支承動態(tài)壽命和靜載能力表額定壽命（h）工況轉(zhuǎn)速n（rpm）靜載能力C0P0S工況一2400020~ 固定螺栓組最大應(yīng)力表M2/ NmRX6/NFmax/Nσmax/MPa工況一608340677 緊急制動工況卡車在行駛過程中由于行駛工況的改變，車輛常常會經(jīng)歷加速或減速的情況，而導(dǎo)致慣性力的產(chǎn)生。由于這些因素很復(fù)雜，使動載荷系數(shù)難以用數(shù)學(xué)分析方法確定。 前車架受力分析由于前車架主要載荷是發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、油箱、液壓系統(tǒng)及車架自身的重量，前車架相對來說比較安全。 l=rsinα ； ?S=rdrdα ；在面積為ΔS的面上所承受的力和力矩分別為： ?F=k1?Sl ； ?M=?Fl=k1?Sl2 ；上半部分的合力和合力矩分別為： F1=?F=k1lds 化解為下 k1lds=k1r2sinαdrdα=k1R2R1r2dr0πsinαdα （3） M1=?M=k1l2ds 化解為下式 k1l2ds=k1r3sin2αdrdα=k1R2R1r3dr0πsin2αdα （4），螺栓所受到的拉力簡化為若干個集中力Fi ，各個集中力的力臂長為Li 。受力大小、受力情況基本一樣。=339411 （N）計及軌道表面硬度對靜載能影響后的額定靜負(fù)荷為： C0H=fHC0 ，式中，fH為硬度影響系數(shù)， 。根據(jù)此式可分別求出套圈A和B 的當(dāng)量動負(fù)荷PFA 和PFB 。 。時）或向心推力球軸承（α 45176。軸承內(nèi)的滾珠和軸承圈內(nèi)部相接觸，在實際使用過程中，它會變成兩點接觸，即3 點接觸，或者4 點接觸， 所示。 單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)軸承回轉(zhuǎn)支承的特殊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了前、后車架間的相對擺動，從而增加輪胎與地面的附著能力。由以上方程可求得MR X 5 、R Y 5 。下圖為擺動架與回轉(zhuǎn)支承的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖： 擺動架與回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖 中的擺動機構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承處分解，分成三部分進(jìn)行受力分析： 擺動機構(gòu)分解圖在圖 中，前車架軸承板屬于前車架，因此在下一節(jié)的前車架受力分析中進(jìn)行分析，下面重點分析回轉(zhuǎn)支承和擺動架。R Y1 、R Y 2 分別為后車架與擺動架相連接處的上下兩個接觸對上的兩個等效集中力。GG2 、G21 、G22 的大小和作用點均為已知， R1 、R2 的作用點也為已知量，因此可求出平衡方程中的R1 、R2 的大小。即： F 39。本文中為了使運動著的卡車的受力分析仍然能采用動態(tài)靜力分析求解，將卡車加上一個方向與加速度方向相反、大小相等的慣性力，表示為ma 。自卸車的前后車體都要求具有較強的剛度和強度，以支撐發(fā)動機、驅(qū)動裝置、懸架和散熱器等，并承受各方向各種載荷作用，所以前、后車架結(jié)構(gòu)的安全性直接決定著自卸車的使用壽命。（3）選用濕式多盤全封閉彈簧制動器。另外在一般的工程問題中，構(gòu)件還應(yīng)通過材料特性的分析，進(jìn)而確定其使用壽命，最大可承受載荷，滿足安全系數(shù)等等參數(shù)要求。為保證工程機構(gòu)或機械的正常工作，構(gòu)件應(yīng)有足夠的能力負(fù)擔(dān)棋應(yīng)當(dāng)承受的載荷。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時間的變化非常緩慢。以大型型鋼作為骨架再覆以鋼板而成的結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)實踐中的問題是復(fù)雜的，不是一些零散的感性知識能解決的，理論力學(xué)成功地運用邏輯推理和數(shù)學(xué)演繹的方法，由少量最基本得規(guī)律出發(fā)，得到了從多方面揭示機械運動規(guī)律的定理、定律和公式，建立了嚴(yán)密而完整的理論體系。（5）由所求得的結(jié)果，對中央擺動架的相應(yīng)零件進(jìn)行合適的重新選型，按照相關(guān)要求和規(guī)定確定優(yōu)化結(jié)構(gòu)和優(yōu)化尺寸。節(jié)省了不必要的材料，讓整車在結(jié)構(gòu)上更加完善。并且傳統(tǒng)的經(jīng)驗分析設(shè)計方法，具有簡單易行的優(yōu)點。中央擺動架是車架的關(guān)鍵部件，而車架在裝載、運輸和卸載中承受主要的載荷。整車結(jié)構(gòu)由前車體、后車體與車箱組成。這些研制產(chǎn)品整體品質(zhì)較好，性能穩(wěn)定可靠，且價格僅為國外同類產(chǎn)品的l／2～2／3，已經(jīng)逐步占領(lǐng)了國內(nèi)市場。這些公司地下汽車技術(shù)發(fā)展快、品種多、規(guī)格全、技術(shù)先進(jìn)，這對國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)帶來巨大的競爭壓力。當(dāng)?shù)叵聼o軌礦運卡車在凹凸不平的地面上運輸時，假設(shè)此時后橋左輪著地，右輪騰空，左輪此時受到地面對它的作用力N并延伸到擺動架上，加上后機架作用在后橋上的重力G作用在擺動架上，使得擺動架產(chǎn)生一力矩M，這個力矩使得擺動架繞著擺動架回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并且?guī)雍髽蛴逸喼?。地下無軌礦運卡車的工作環(huán)境及工作條件非常惡劣。地下卡車的應(yīng)用不但可以提高地下礦山的勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)能，促進(jìn)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，而且還改變該類礦山的回采工藝、采礦方法和掘進(jìn)運輸系統(tǒng)，促進(jìn)地下礦山朝著無軌開采的綜合機械化方向發(fā)展。當(dāng)?shù)叵聼o軌礦運卡車在平坦的路面上運輸時，由于四個車輪子同時著地，這時擺動架不工作。國外對無軌礦運設(shè)備的研究也比較早，到目前已取得顯著成就，其中對無軌礦運卡車研究較有名氣的公司主要有芬蘭的Tamrock公司、美國Wagner公司、德國G．H．H公司等，這些公司在不斷的研究開發(fā)后都形成了自己的系列產(chǎn)品。90年代中期，北京科技大學(xué)、金川有色金屬公司第二機械廠、太原礦山機器廠、長沙礦山研究院、北京礦冶研究院等單位在引進(jìn)國外礦用汽車設(shè)計技術(shù)的條件下，分別研制開發(fā)出符合我國礦山實際的JKQ一2JKQ一jzclo、UK12礦運卡車。也可以在鐵路、公路以及水利工程的隧道內(nèi)進(jìn)行運輸作業(yè)，可實現(xiàn)運載、自卸、牽引等功能，是井下無軌開采的主要設(shè)備。圖 AJK20型自卸卡車外形圖 AJK20型自卸卡車視圖一 AJK20型自卸卡車視圖二 車架研究現(xiàn)狀自卸車是現(xiàn)代礦山的重要運輸設(shè)備，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用條件惡劣。五六十年代，我國對于一般車架的設(shè)計及強度校核是依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗及方法，即依靠經(jīng)典的材料力學(xué)、彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的經(jīng)驗公式，對車架的結(jié)構(gòu)作大量的簡化進(jìn)行分析設(shè)計，設(shè)計的結(jié)果依靠試驗來驗證，該法具有一定的可靠性和科學(xué)性。對AJK20K井下礦運卡車擺動架的優(yōu)化設(shè)計，可以使其在滿足強度應(yīng)力和安全要求的情況下，使得其對于整車布置更加合理，外觀更加和諧。（4）按照理論計算得出，主銷、回轉(zhuǎn)支承、固定螺栓組的最大應(yīng)力。而一些復(fù)雜的工程問題則常常需要以理論力學(xué)分析為基礎(chǔ)，或者與理論力學(xué)相結(jié)合才能更好的進(jìn)行分析求解。（2）板架結(jié)構(gòu)。靜力分析用于計算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。構(gòu)件一般由固體制成，在外力作用下，構(gòu)件有抵抗破壞的能力，但是這種能力又是有限度的。指構(gòu)件應(yīng)有足夠的保持原有平衡狀態(tài)的能力。在空載或是小負(fù)荷工況下變矩器閉鎖呈現(xiàn)機械傳遞工況，提高傳動效率。前后車體采用中央鉸接式結(jié)構(gòu)，由后車架與擺動架通過主銷連接來實現(xiàn)；前車體鉸接處采用回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，這樣就能實現(xiàn)了前后車體的相對擺動。根據(jù)理論力學(xué)達(dá)朗貝爾原理，將慣性力和慣性力矩附加入靜力平衡方程，來求出為平衡靜載荷和動載荷而需在原動件上施加的力和力矩，這種分析方法稱為動態(tài)靜力分析。R 和對任意點的主矩Mo均等于零。 G21L21=G22L22即可求得G 2G22 數(shù)值。對于R Y1 與R Y 2 ，我們?nèi)∠嗟鹊闹怠?中央擺動架與回轉(zhuǎn)支承受力分析擺動架與回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成聯(lián)接在前、后車架之間的擺動機構(gòu)，形成了前后車架的相對擺動，是整車車架中受力最為復(fù)雜的一個部件，也是卡車使用過程中最容易失效的部件。這樣做基本不會影響到計算結(jié)果的精度，故在此處G3 取零值。本車采用的回轉(zhuǎn)支承型號是010—40—1120，軸承的外圈通過36 個M20150 的螺栓同擺動架相連；軸承內(nèi)圈也由36 個圓形均布螺栓與前車架固定。（二） 軸承內(nèi)滾動體的受力分析。由此可見，一套四點接觸球軸承之所以能同時承受軸向力、徑向力和傾覆力矩，就在于它可以等效為兩套相對安裝的推力向心球軸承（α ≥ 45176。對四點接觸球軸承，當(dāng)主要受軸向力和徑向力相近時，取α 為45176。所以， C H = 429955 = 343964（N ）根據(jù)已知的推力向心球軸承、向心推力球軸承和推力向心滾子軸承的試驗和分析的結(jié)論，可推得四點接觸球軸承當(dāng)量動負(fù)荷P 的計算公式，如下： P=XFr+YFa （N）式中，F(xiàn)r為軸承支反力的徑向分量，即徑向載荷； Fa為軸承支反力的軸向分量； X為動態(tài)徑向系數(shù)，； Y為動態(tài)軸向系數(shù)，；故工況一時： PA = PB = 27158 + 27158 = 48070 （N）計及實際外負(fù)荷沖擊特性影響后的當(dāng)量動負(fù)荷為P F = fF P（N ），式中fF 為負(fù)荷特性系數(shù)，在中等沖擊力下， f F =~。 C0=560402sin45176?；剞D(zhuǎn)支承由兩組螺栓分別與前車架、中央擺動架相連。某處所受的力和它到中性層的距離成正比，令上下兩部分的比例系數(shù)分別為k1 、k2 。 。動載荷系數(shù)主要決定于三個因素：道路條件，卡車行駛狀況(如車速)和卡車的結(jié)構(gòu)參數(shù)(如懸架彈性元件的剛度，輪胎剛度，卡車的質(zhì)量分布等)。工況二中a 為零，ma 也為零，故不予考慮。在分析滿載制動工況時采用慣性力法，將慣性力疊加到滿載勻速振動沖擊（動載系數(shù)K=）運行工況。4擺動架部件的重新選型與優(yōu)化 擺動架結(jié)構(gòu)形式的認(rèn)識和確定依據(jù)本課題的要求，是要對AJK20型礦運卡車的原擺動架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。對于AJK20地下礦運卡車擺動架上的回轉(zhuǎn)軸承，雖然它在工作當(dāng)中同時承受以上三種載荷，但較大的載荷是軸向力Fa以及傾覆力矩M，因此的選取合適的回轉(zhuǎn)支承時，這兩個因素才是最基本的依據(jù)。特別要指出的是出于擺動架受力情況的考慮，加厚鉸接板的厚度，由原來的30mm改為40mm，而各個焊接點的切割角連接全部給位圓角連接，這對加強危險截面將非常有效。參 考 文 獻(xiàn)[1] ：， 2007[2] ：北京航空航天大學(xué)出版社，2008[3] 遲可偉，孫建，馮茂林. 地下鏟運機工作裝置有限元參數(shù)化建模，2006（3）[4] ，2006（9）[5] ：，2009[6] ：機械工業(yè)出版社，2010[7] 劉瑩， ：機械工業(yè)出版社，2009[8] 遲可偉，孫建，馮茂林. ，2006（03）[9] ——結(jié)構(gòu)、：冶金工業(yè)出版社,，2002[10] 黃瓊，2003（6）[11] 戰(zhàn)凱．國內(nèi)外地下汽車研究現(xiàn)狀評述及今后發(fā)展趨勢．采礦技術(shù)，2007(4)[12] 戰(zhàn)凱．地下礦山無軌采礦設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)．有色金屬，2004(6)[13] 王建學(xué)，徐秉業(yè)等著．彈性力學(xué)．北京：清華大學(xué)出版社，1997[14] 龔振邦．特大型四點接觸球軸承和交叉滾子軸承的動態(tài)壽命和靜載能力．1976（3）[15] 盧立群．自卸車車架結(jié)構(gòu)分析：， 2008[16] 任少英．12T 鉸接式自卸卡車強度分析：， 2007[17] 萬長森著．滾動軸承的分析方法．北京：機械工業(yè)出版社，1987[18] 李紅霞，楊忠炯．井下運礦卡車的設(shè)計原則．礦業(yè)研究與開發(fā)，1999(06)[19] 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