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叉车铸造转向桥应用分析研究

文档作者：王平孙维乙吴海曙张冬林 ( 文档来源：安徽叉车集团有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年04月07日
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叉车铸造转向桥应用分析研究
王平，孙维乙，吴海曙，张冬林
(安徽叉车集团有限责任公司)
摘要：根据叉车铸造转向桥的组成结构和技术特点，结合某型叉车铸造转向桥设计实践和试验结果，对
比分析铸造转向桥与焊接转向桥的优缺点，采用ANSYSWorkbench 11．0工程CAE分析软件，对焊接桥桥体和
铸造桥桥体在最大垂直力工况和最大侧向力下的变形量，以及应力变化进行仿真分析，并在此基础上对桥体进
行3O万次的疲劳试验和桥体应力、应变测量。结果表明，铸造转向桥的各项性能均优于焊接转向桥，证明所提
出的设计方案正确可行。
关键词：叉车；铸造转向桥；CAE
叉车是一种转向轻便灵活、转弯半径小、机动
性能好的工业车辆。这种技术特点决定了大多数叉
车与汽车不同，一般均采用前桥驱动、后桥转向的
布置方案，即叉车后桥一般都是它的转向桥【lj。根据
叉车转向桥桥体的加工方法不同，可将其分为焊接
转向桥和铸造转向桥两种类型。因其加工方便等特
点，早期叉车的转向系统大多采用焊接转向桥；随
着叉车年产量的不断攀升，以及从转向桥成本和使
用寿命等多方面的综合因素考虑，现在的发展趋势
是铸造转向桥已成为一种主流的转向桥。本文根据
某型3 t平衡重式内燃叉车铸造转向桥的设计、分
析和试验结果，对铸造转向桥和焊接转向桥的优缺
点进行对比分析。
1 铸造转向桥
叉车铸造转向桥主要由桥体、连杆、转向液压
缸、转向节和转向轮组成，如图1所示，其中桥体和
左右两个转向节采用铸造方法制成翻。某型3 t内燃
叉车的铸造转向桥和它早期采用的焊接转向桥采
用同样的转向梯形，转向液压缸和连杆等机构的主
要尺寸没有发生变化，所以使用新型铸造转向桥的
叉车最小转弯半径等基本参数没有改变，这就保证
了铸造转向桥的应用不涉及到整体车型的改动。
铸造转向桥的桥体采用整体铸造结构，省去了
5
／
I
l7
1．桥体2．连杆3．转向液压缸4．转向节5．转向轮
图1 某型3t叉车铸造转向桥
繁琐的焊接工艺，桥体的结构更加紧凑，其中转动、
连接等关键部位容易实现防水和防尘的结构，从而
可以大大提高转动连接件的使用寿命和可靠性。转
向桥桥体的初步设计尺寸根据早期焊接转向桥桥
体尺寸而来，通过三维模型的建立和CAE分析技术
的应用，实现结构和受力情况的不断优化，并可以
适当减轻转向桥总成的总体质量[31。
2 桥体结构的CAE仿真分析
2．1 CAE分析软件的确定
本研究采用ANSYS Workbench 11．0工程分析
软件，对铸造转向桥和焊接转向桥桥体的三维模型
进行特殊工况的仿真分析。该款CAE软件包括
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优风化格分的析友D好es界ign面 E，x以pl及ore与r等CA模D块的，直而且接 2材．2料确的基定本本C参A数E数和分和桥析叉体软车受件最力以大工后况的，需 受要力对工转况向进桥行桥确体认原。
釜 双向接口功能，与我公司使用的三维建模软件 表1所示为铸造转向桥与焊接转向桥所用原材料
SolidWorks 2008拥有良好的接口。 的各项机械性能对比情况。
表1 铸造转向桥与焊接转向桥所用材料对比
类别及所用材料 弹性模量 泊松比 屈服强度 抗拉强度 密度 延伸率 ／(％) 许用应力
|< a ，MPa ，MPa ／(kg／m3) ，MPa
铸造转向桥
180 0．24 31O 450 7 250 12 233
QT450-12
焊接转向桥 210 0
．30 345 470—630 7 850 22 260
Q345(16Mn)
如图2所示，叉车在路面上行驶时，作用在转 (2)最大侧向力工况。叉车空载转向行驶时，在
向车轮上的力一般有：1)地面的垂直反作用力 离心力的作用下，车轮处于临界侧滑状态(假设向
和 ；2)转弯侧滑时作用在左右转向轮上的横向力 左侧滑)，这时车轮上的横向力达到最大值。左右车
。和R：，由于焊接转向桥的结构尺寸与铸造转向桥 轮上的垂直力为：
一致，两种类型的转向桥相同工况下受力情况大体
： f1+争 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： 一叉车重心到地面的高度，ram；
I fl l厂 、l 转向轮的轮距，ram；
Il l丫I lI ——侧滑时的横向黏着系数，取值为0．8～1。
T —r-
囊 、IL RI一 ’ R 通过计算得出不同工况的计算载荷如表2所示。 ～ ’ ’ ⋯ ’ ‘ ’ ’ ‘ 。‘ ‘ ⋯ ’ ’ ’ ’ ’
t
r ， ， r
‘ 表2 不同工况下的载荷计算结果 N
71
1 ‘
图2 某型 3t叉车转向桥桥体受力分析图 工况 左转向轮 右转向轮 左转向轮 右转向轮
垂直力 垂直力 横向力R 横向力R
从【I又亚 ／J丌 士 I HJh刘：n 灶 南 垭 妊 + 雨 蓐 I亦
， ：F lⅡJ r I 怦土贾 到弓趔H、J
古 俯Il池n4 ^^
最大垂直力 44 1o0 44 100 0 0
，rF)-H，匕仕 且 叫 土贾叉王U垫且／J ¨11I： 谓H
槠 向力的作 用 最大侧向力 13 831 16188 8 298 9 713
． 存计算转向桥的强度时．可按以下
最大垂直力工况和最大侧向力工况进行分析。
(1)最大垂直力工况。叉车空载通过不平路面
时的动载荷使垂直反力达到最大值，该值与道路不
平度、轮胎弹性及行驶速度有关。此时地面对车轮
的反作用力为：
T~=T2-GH8／2
式中： 厂一叉车空载时转向桥上的垂直载荷，N；
动载系数，取 =3。
一l6—
2．3 分析结果
分别将铸造转向桥桥体和焊接转向桥桥体的
材料特性、受力情况、基本参数等输入CAE分析软
件以后，经过自动计算可以得出如图3～图6所示的
最大受力工况下的应力和变形云图。其中最大侧向
力工况为：整车空载，向左转弯，车速7．32 km／h,内
转向轮最大转角78。及整车处于侧滑临界状态。通
过对CAE分析结果的对比和分析，得出以下结论：
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垦 一 ⋯—- ， Ⅲ，川ⅢⅢ， ⋯ ⋯一一⋯⋯ —一⋯ 一⋯一一械基 一 答 珏
～ ／ l＼ 厂
厦 一 2
丁一 一丌 t=，／
‘ I r 图8 铸造桥桥体应力、应变测量点
1．加载装置2．压力传感器3．转向桥 表3 所选取测点的cAE应力分析结果
MPa
￡—— 支撑间距，即转向桥轮距 测点 综合应力 折算为所测平面主应力
图7 铸造转向桥疲劳试验示意图 l 136．4 142．7
位未发现明显裂痕，证明该型铸造转向桥完全满足 2 121．1 l38．7
使用要求。 3 138I3 —144．3
1' ：t~,61r --!-! 峦 铜iI 4 128．2 128．1
,m -譬
根据CAE工程分析的结果，从试验桥体上选取 分析表3和表4中的数据，可以得出结论：
4个应力较大的点(图8)，这些点由CAE分析后的 有应力、应变测试点的实测综合应力与其CAE分枥
应力情况如表3所示。然后，在该点附近用胶水粘 结果误差均在10％左右，符合相关的行业标准和企
牢若干片应变片以测量桥体的应力和应变。用绝缘 业标准，可以认为CAE的仿真结果即为实际应力和
导线将各个应变片与应力、应变测量仪连接起来， 变形量，从而验证了CAE工程分析结果对铸造桥和
在图7所示的试验条件下，通过加载装置对铸造桥 焊接桥的对比和评价是基本正确、可靠的。
桥体施加90 kN恒定振幅的垂直载荷，应力循环次 ． 、
数采用每分钟30次，在此期间利用应力、应变测量 斗 比
露 结软件果在，该计结算果机经上整显理示后应如力表、4应所变示的。变 化曲线和喜测4 量府 m点．IN-结，量本据 文此研分究析了叉铸车造铸转造向转桥与向桥焊接的结转构向桥和技的优术特缺
一18～
测量次数 第 1次 第 2次 第 3次 平均值 折算为所测
平面主应力
通道1 —189 -188 一l9l -189
测点1 通道
(应变花) 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
测点2
(应变花) 通道5 393 390 393 392 145．7
通道6 枷 一2oo -198 -199
测点3 通道7 一l l14 一l 118 一l l22 一l ll8 -151．3
测点4 通道8 594 593 594 594 125．1
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和可靠性确认。
． 鬯孽芝：． 、 、。 [2]骂 ：周齐齐．叉车维修图解手册[M]．南京：江苏科学 I1
(1)焊接桥和铸造桥相比，变形较大，新设计的 ‘
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古 。 螽 篓 警 墨 通信地址：安徽省合肥市经济技术开发区卧云路163号安 苎术和成本优势， 韵主要方向 已成为叉车转向桥发 暑 至 (A23蜊06 01 )’_
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(收稿日期：2011一o7—12)
轮式装载机刹车能回收系统研究
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5 摘要：针对循环作业工况下轮式装载机刹车频率高，能量损失严重的问题，对装载机节能潜力5
}进行分析计算，设计不同类型装载机的刹车能回收方案，并对关键元件的参数设置进行探讨，验证所设i
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点，车辆的动能转化为热能损失掉；同时由于制动
频繁，摩擦片磨损严重，增加了维修费用；频繁加减
速，也导致发动机经常处于低效区工作，发出很大
的噪声，污染环境。面临石油、煤等不可再生能源的
紧缺局面，高质量、低能耗的工程机械成为中外厂
商研究的重点。液压蓄能器具有功率密度大，可靠
性好，充放时间快等优点，随着液压元件质量的提
高及液压技术的成熟，采用液压蓄能器对装载机的
刹车能回收是一个很好的办法。由于机械传动已经
传动和全液压传动装载机，本文将进行装载机节能
潜力分析计算，并根据这两种类型的装载机分别设
计刹车能回收方案，对液力机械式装载机进行典型
元件参数计算及参数影响分析。
1 装载机可回收刹车能量潜力分析及计算
装载机循环作业方式有“V”、“L”、“rI'，，、“I”等4
种形式，作业过程分为铲装、转运、卸料、返回等4
个环节，作业时低速行驶，速度转换快，刹车频率
作者简介：韩应飞(1986～)，男，山东郓城人，在读硕士，研究方向：工程机械机电液一体化技术。
一19—

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