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叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋應用分析研究

文檔作者：王平孫維乙吳海曙張冬林 ( 文檔來源：安徽叉車集團有限責任公司			點擊數(shù)：
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叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋應用分析研究
王平，孫維乙，吳海曙，張冬林
(安徽叉車集團有限責任公司)
摘要：根據(jù)叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋的組成結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點，結(jié)合某型叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋設(shè)計實踐和試驗結(jié)果，對
比分析鑄造轉(zhuǎn)向橋與焊接轉(zhuǎn)向橋的優(yōu)缺點，采用ANSYSWorkbench 11．0工程CAE分析軟件，對焊接橋橋體和
鑄造橋橋體在最大垂直力工況和最大側(cè)向力下的變形量，以及應力變化進行仿真分析，并在此基礎(chǔ)上對橋體進
行3O萬次的疲勞試驗和橋體應力、應變測量。結(jié)果表明，鑄造轉(zhuǎn)向橋的各項性能均優(yōu)于焊接轉(zhuǎn)向橋，證明所提
出的設(shè)計方案正確可行。
關(guān)鍵詞：叉車；鑄造轉(zhuǎn)向橋；CAE
叉車是一種轉(zhuǎn)向輕便靈活、轉(zhuǎn)彎半徑小、機動
性能好的工業(yè)車輛。這種技術(shù)特點決定了大多數(shù)叉
車與汽車不同，一般均采用前橋驅(qū)動、后橋轉(zhuǎn)向的
布置方案，即叉車后橋一般都是它的轉(zhuǎn)向橋【lj。根據(jù)
叉車轉(zhuǎn)向橋橋體的加工方法不同，可將其分為焊接
轉(zhuǎn)向橋和鑄造轉(zhuǎn)向橋兩種類型。因其加工方便等特
點，早期叉車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大多采用焊接轉(zhuǎn)向橋；隨
著叉車年產(chǎn)量的不斷攀升，以及從轉(zhuǎn)向橋成本和使
用壽命等多方面的綜合因素考慮，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢
是鑄造轉(zhuǎn)向橋已成為一種主流的轉(zhuǎn)向橋。本文根據(jù)
某型3 t平衡重式內(nèi)燃叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計、分
析和試驗結(jié)果，對鑄造轉(zhuǎn)向橋和焊接轉(zhuǎn)向橋的優(yōu)缺
點進行對比分析。
1 鑄造轉(zhuǎn)向橋
叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋主要由橋體、連桿、轉(zhuǎn)向液壓
缸、轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向輪組成，如圖1所示，其中橋體和
左右兩個轉(zhuǎn)向節(jié)采用鑄造方法制成翻。某型3 t內(nèi)燃
叉車的鑄造轉(zhuǎn)向橋和它早期采用的焊接轉(zhuǎn)向橋采
用同樣的轉(zhuǎn)向梯形，轉(zhuǎn)向液壓缸和連桿等機構(gòu)的主
要尺寸沒有發(fā)生變化，所以使用新型鑄造轉(zhuǎn)向橋的
叉車最小轉(zhuǎn)彎半徑等基本參數(shù)沒有改變，這就保證
了鑄造轉(zhuǎn)向橋的應用不涉及到整體車型的改動。
鑄造轉(zhuǎn)向橋的橋體采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，省去了
5
／
I
l7
1．橋體2．連桿3．轉(zhuǎn)向液壓缸4．轉(zhuǎn)向節(jié)5．轉(zhuǎn)向輪
圖1 某型3t叉車鑄造轉(zhuǎn)向橋
繁瑣的焊接工藝，橋體的結(jié)構(gòu)更加緊湊，其中轉(zhuǎn)動、
連接等關(guān)鍵部位容易實現(xiàn)防水和防塵的結(jié)構(gòu)，從而
可以大大提高轉(zhuǎn)動連接件的使用壽命和可靠性。轉(zhuǎn)
向橋橋體的初步設(shè)計尺寸根據(jù)早期焊接轉(zhuǎn)向橋橋
體尺寸而來，通過三維模型的建立和CAE分析技術(shù)
的應用，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和受力情況的不斷優(yōu)化，并可以
適當減輕轉(zhuǎn)向橋總成的總體質(zhì)量[31。
2 橋體結(jié)構(gòu)的CAE仿真分析
2．1 CAE分析軟件的確定
本研究采用ANSYS Workbench 11．0工程分析
軟件，對鑄造轉(zhuǎn)向橋和焊接轉(zhuǎn)向橋橋體的三維模型
進行特殊工況的仿真分析。該款CAE軟件包括
一l5一
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鏖 CAE建模工具Design Modeler、分析工具Design S具im有ulWatinodno和ws優(yōu)風化格分的析友D好es界ign面 E，x以pl及ore與r等CA模D塊的，直而且接 2材．2料確的基定本本C參A數(shù)E數(shù)和分和橋析叉體軟車受件最力以大工后況的，需 受要力對工轉(zhuǎn)況向進橋行橋確體認原。
釜 雙向接口功能，與我公司使用的三維建模軟件 表1所示為鑄造轉(zhuǎn)向橋與焊接轉(zhuǎn)向橋所用原材料
SolidWorks 2008擁有良好的接口。 的各項機械性能對比情況。
表1 鑄造轉(zhuǎn)向橋與焊接轉(zhuǎn)向橋所用材料對比
類別及所用材料 彈性模量 泊松比 屈服強度 抗拉強度 密度 延伸率 ／(％) 許用應力
|< a ，MPa ，MPa ／(kg／m3) ，MPa
鑄造轉(zhuǎn)向橋
180 0．24 31O 450 7 250 12 233
QT450-12
焊接轉(zhuǎn)向橋 210 0
．30 345 470—630 7 850 22 260
Q345(16Mn)
如圖2所示，叉車在路面上行駛時，作用在轉(zhuǎn) (2)最大側(cè)向力工況。叉車空載轉(zhuǎn)向行駛時，在
向車輪上的力一般有：1)地面的垂直反作用力 離心力的作用下，車輪處于臨界側(cè)滑狀態(tài)(假設(shè)向
和 ；2)轉(zhuǎn)彎側(cè)滑時作用在左右轉(zhuǎn)向輪上的橫向力 左側(cè)滑)，這時車輪上的橫向力達到最大值。左右車
。和R：，由于焊接轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)尺寸與鑄造轉(zhuǎn)向橋 輪上的垂直力為：
一致，兩種類型的轉(zhuǎn)向橋相同工況下受力情況大體
： f1+爭 1
一致[ ， 】0 、
B {l一 }
、 一
右查 卜的措rb-I 住用力 ．
I
Rl=T1’ l
，。 、 ， 、 R2= l
1 ． 1 。上 式中： 一叉車重心到地面的高度，ram；
I fl l廠 、l 轉(zhuǎn)向輪的輪距，ram；
Il l丫I lI ——側(cè)滑時的橫向黏著系數(shù)，取值為0．8～1。
T —r-
囊 、IL RI一 ’ R 通過計算得出不同工況的計算載荷如表2所示。 ～ ’ ’ ? ’ ‘ ’ ’ ‘ ?！?‘ ? ’ ’ ’ ’ ’
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r ， ， r
‘ 表2 不同工況下的載荷計算結(jié)果 N
71
1 ‘
圖2 某型 3t叉車轉(zhuǎn)向橋橋體受力分析圖 工況 左轉(zhuǎn)向輪 右轉(zhuǎn)向輪 左轉(zhuǎn)向輪 右轉(zhuǎn)向輪
垂直力 垂直力 橫向力R 橫向力R
從【I又亞 ／J丌 士 I HJh劉：n 灶 南 埡 妊 + 雨 蓐 I亦
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古 俯Il池n4 ^^
最大垂直力 44 1o0 44 100 0 0
，rF)-H，匕仕 且 叫 土賈叉王U墊且／J ¨11I： 謂H
櫧 向力的作 用 最大側(cè)向力 13 831 16188 8 298 9 713
． 存計算轉(zhuǎn)向橋的強度時．可按以下
最大垂直力工況和最大側(cè)向力工況進行分析。
(1)最大垂直力工況。叉車空載通過不平路面
時的動載荷使垂直反力達到最大值，該值與道路不
平度、輪胎彈性及行駛速度有關(guān)。此時地面對車輪
的反作用力為：
T~=T2-GH8／2
式中： 廠一叉車空載時轉(zhuǎn)向橋上的垂直載荷，N；
動載系數(shù)，取 =3。
一l6—
2．3 分析結(jié)果
分別將鑄造轉(zhuǎn)向橋橋體和焊接轉(zhuǎn)向橋橋體的
材料特性、受力情況、基本參數(shù)等輸入CAE分析軟
件以后，經(jīng)過自動計算可以得出如圖3～圖6所示的
最大受力工況下的應力和變形云圖。其中最大側(cè)向
力工況為：整車空載，向左轉(zhuǎn)彎，車速7．32 km／h,內(nèi)
轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角78。及整車處于側(cè)滑臨界狀態(tài)。通
過對CAE分析結(jié)果的對比和分析，得出以下結(jié)論：
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墾 一 ?—- ， Ⅲ，川ⅢⅢ， ? ?一一?? —一? 一?一一械基 一 答 玨
～ ／ l＼ 廠
廈 一 2
丁一 一丌 t=，／
‘ I r 圖8 鑄造橋橋體應力、應變測量點
1．加載裝置2．壓力傳感器3．轉(zhuǎn)向橋 表3 所選取測點的cAE應力分析結(jié)果
MPa
￡—— 支撐間距，即轉(zhuǎn)向橋輪距 測點 綜合應力 折算為所測平面主應力
圖7 鑄造轉(zhuǎn)向橋疲勞試驗示意圖 l 136．4 142．7
位未發(fā)現(xiàn)明顯裂痕，證明該型鑄造轉(zhuǎn)向橋完全滿足 2 121．1 l38．7
使用要求。 3 138I3 —144．3
1' ：t~,61r --!-! 巒 銅iI 4 128．2 128．1
,m -譬
根據(jù)CAE工程分析的結(jié)果，從試驗橋體上選取 分析表3和表4中的數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：
4個應力較大的點(圖8)，這些點由CAE分析后的 有應力、應變測試點的實測綜合應力與其CAE分櫪
應力情況如表3所示。然后，在該點附近用膠水粘 結(jié)果誤差均在10％左右，符合相關(guān)的行業(yè)標準和企
牢若干片應變片以測量橋體的應力和應變。用絕緣 業(yè)標準，可以認為CAE的仿真結(jié)果即為實際應力和
導線將各個應變片與應力、應變測量儀連接起來， 變形量，從而驗證了CAE工程分析結(jié)果對鑄造橋和
在圖7所示的試驗條件下，通過加載裝置對鑄造橋 焊接橋的對比和評價是基本正確、可靠的。
橋體施加90 kN恒定振幅的垂直載荷，應力循環(huán)次 ． 、
數(shù)采用每分鐘30次，在此期間利用應力、應變測量 斗 比
露 結(jié)軟件果在，該計結(jié)算果機經(jīng)上整顯理示后應如力表、4應所變示的。變 化曲線和喜測4 量府 m點．IN-結(jié)，量本據(jù) 文此研分究析了叉鑄車造鑄轉(zhuǎn)造向轉(zhuǎn)橋與向橋焊接的結(jié)轉(zhuǎn)構(gòu)向橋和技的優(yōu)術(shù)特缺
一18～
測量次數(shù) 第 1次 第 2次 第 3次 平均值 折算為所測
平面主應力
通道1 —189 -188 一l9l -189
測點1 通道
(應變花) 2 —l20 —422 —42l —42l l5O．7
通道3 810 807 805 807
通道4 l 294 l 296 1 296 l 295
測點2
(應變花) 通道5 393 390 393 392 145．7
通道6 枷 一2oo -198 -199
測點3 通道7 一l l14 一l 118 一l l22 一l ll8 -151．3
測點4 通道8 594 593 594 594 125．1
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等苧 黧 能進行了分 Ⅲ 吳覦 叉車鑄造 仿真分柵 起重運 。§ ，
一
2009
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(4)：
轉(zhuǎn)
76- 7
影
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。。 A一剮? 川一～
和可靠性確認。
． 鬯孽芝：． 、 、。 [2]罵 ：周齊齊．叉車維修圖解手冊[M]．南京：江蘇科學 I1
(1)焊接橋和鑄造橋相比，變形較大，新設(shè)計的 ‘
， f0 ．一 ‘ ’
古 。 螽 簍 警 墨 通信地址：安徽省合肥市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)臥云路163號安 苧術(shù)和成本優(yōu)勢， 韻主要方向 已成為叉車轉(zhuǎn)向橋發(fā) 暑 至 (A23蜊06 01 )’_
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(收稿日期：2011一o7—12)
輪式裝載機剎車能回收系統(tǒng)研究
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5 摘要：針對循環(huán)作業(yè)工況下輪式裝載機剎車頻率高，能量損失嚴重的問題，對裝載機節(jié)能潛力5
}進行分析計算，設(shè)計不同類型裝載機的剎車能回收方案，并對關(guān)鍵元件的參數(shù)設(shè)置進行探討，驗證所設(shè)i
i- 計口篙的 0 能●量 回● 收0蕾方 0嘲案0 的0可 行0 性●' 。 - 療0M- ● ●0 ’0蕾 0 ●％ ● 0 竹0 ●口0'0 ● ＼ 0 0 ● ●鉦口0售 0營療- 0 ● -嘲0'‘， l 曩
點，車輛的動能轉(zhuǎn)化為熱能損失掉；同時由于制動
頻繁，摩擦片磨損嚴重，增加了維修費用；頻繁加減
速，也導致發(fā)動機經(jīng)常處于低效區(qū)工作，發(fā)出很大
的噪聲，污染環(huán)境。面臨石油、煤等不可再生能源的
緊缺局面，高質(zhì)量、低能耗的工程機械成為中外廠
商研究的重點。液壓蓄能器具有功率密度大，可靠
性好，充放時間快等優(yōu)點，隨著液壓元件質(zhì)量的提
高及液壓技術(shù)的成熟，采用液壓蓄能器對裝載機的
剎車能回收是一個很好的辦法。由于機械傳動已經(jīng)
傳動和全液壓傳動裝載機，本文將進行裝載機節(jié)能
潛力分析計算，并根據(jù)這兩種類型的裝載機分別設(shè)
計剎車能回收方案，對液力機械式裝載機進行典型
元件參數(shù)計算及參數(shù)影響分析。
1 裝載機可回收剎車能量潛力分析及計算
裝載機循環(huán)作業(yè)方式有“V”、“L”、“rI'，，、“I”等4
種形式，作業(yè)過程分為鏟裝、轉(zhuǎn)運、卸料、返回等4
個環(huán)節(jié)，作業(yè)時低速行駛，速度轉(zhuǎn)換快，剎車頻率
作者簡介：韓應飛(1986～)，男，山東鄆城人，在讀碩士，研究方向：工程機械機電液一體化技術(shù)。
一19—

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