矿用自卸车前轮外倾1度与外倾2度的对比研究

王林

【摘 要】 前轮外倾的主要作用是提高前轮工作的安全性和转向操纵轻便性。外倾角太小，作用不明显；外倾角太大，又会导致吃胎、油耗增加的问题的发生。目前市场上主流的矿用车桥外倾角度主要有2°和1°，本文从理论分析和实际测量两个角度分析研究了究竟前轮外倾2°还是外倾1°更合适矿用自卸车。

【关键词】 前轮外倾 吃胎 外倾角

目前，矿用自卸车广泛应用于冶金、矿山、水利水电等行业，具有载重量大、作业工况恶劣等特点。车辆经常行驶在泥泞、颠簸的崎岖路面上，当转向轮在偶遇外力作用发生偏转时，在外力消失后，要求车辆应当立即自动回到直线行驶的位置上，保证车辆安全；为了保持汽车直线行驶的稳定性，减少轮胎磨损，前轮需要外倾一定的角度。

目前市场上主流的矿用车桥外倾角度主要有2°和1°，且两种车桥市场保有量相当。但是对于矿用自卸车，究竟是前轮外倾2°还是外倾1°更合适矿用自卸车，本文从理论CAE分析和实际测量两个角度进行了分析研究。

1 前轮外倾角的作用

前轮外倾的作用是提高前轮工作的安全性和转向操纵轻便性。由于主销和衬套之间存在有间隙，若空车时前轮垂直地面，则满载后，上述间隙将发生变化，可能引起车轮上部向内倾斜，另外，前轮满载时也将产生变形，使车轮上部向内倾斜，这就会出现前轮内倾后，对外轴承及其锁紧螺母寿命产生影响较大，严重时使前轮脱出。

前轮外倾角大小的确定，各专业桥厂有不同的见解。外倾角太小，其作用不明显。前轮外倾角过大，虽然对安全和操纵有利，但是过大的外倾角将使轮胎横向偏磨增加，出现吃胎、油耗增多等现象（对应图1）。

2 前桥轴体CAE理论计算

基于HyperMesh软件对某款额定载荷为19吨的矿用车前转向桥轴体进行CAE建模分析：将前轴两端主销施加约束固定，依据车桥额定载荷，在两端板簧座处各施加9.5吨垂直载荷。加载示意图如图2。

当总载荷加载至19吨时，前轴中心最大变形量约为3.6mm。

通过二维模拟演示（如图3），前轴变形3.6mm时，外倾角减小了0.15°。即由于前轴变形导致外倾角由2°变小为1.85°。

3 前桥外倾角实测数据（见表1）对比

测量仪器：三坐标测量仪

测量方法：测量前板簧面与轮边轮辋结合面之间的角度α

测量车辆：满载86吨，配19吨转向前桥

判定标准：前轮外倾角=|α-90°|

通过分析以上数据发现，在车桥装车后（见图4），车辆空载情况下，前轮外倾角由2°减小到1.9°，也就是说前桥在施加约9.4吨的载荷下，由于前轴变形和主销与衬套之间的间隙变化，使外倾角减小了1°。当前桥施加至15吨载荷时，外倾角减小了0.3°。

4 结语

通过CAE计算结果可以得出以下结论：前轴刚度大，满载时变形量较小，因此前轮外倾角不易过大。通过实际载荷试验也可以相同的结论，并且CAE理论计算结果与实测数值基本吻合。因此得出结论，矿用自卸车转向前桥，用外倾角为1°比外倾角为2°更合适。

参考文献：

[1]丁开平.HyperMesh从入门到精通[M].北京：科学出版社，2005.

[2]QC/T 494-1999 QICHE 汽车前轴刚度试验方法.