料斗侧向倾翻事故原因分析

孙鉴 梁永春 王东

（大连市产品质量监督检验所，辽宁 大连  116021）

摘要：本文通过对重型自卸汽车在施工卸载过程中突然发生料斗侧向倾翻事故原因分析，断定该重型自卸汽车料斗和副车架结构设计和制造方面的质量问题，副车架和举升机构稳定性差、承载能力不足，而导致该自卸车料斗突然侧向倾翻。并针对该事故原因存在的问题，提出一点改进建议。

1前言

自卸汽车作为工程用车常常运行在复杂的工况条件下，因此，除了其载重量大的特点之外，它还具有耐颠簸，抗冲击、抗疲劳、稳定可靠等特性。以适应恶劣多变的作业环境。所以，对自卸工程车的设计、制造要求应非常严格。本文就一期重型自卸汽车在举升卸载作业中发生料斗突然倾翻事故的分析，从重型自卸车举升工作环境因素、举升机构受力分析及举升工作过程中的动态稳定性几方面分析车辆在举升工作中造成侧倾的机理，给出汽车设计中解决此类问题的一点建议。

2事故发生情况

事发一填海工地，工地现场作业面新填土石方进行了简单的平整，但应是凹凸不平、松实不一。该重型自卸汽车满载土石方进行举升卸料作业。当举升机构使料斗前底边距离副车架垂直高度约为1.6米时，突然发生倾翻（见图1），致使车架严重扭曲，举升机构严重损坏。现场勘验发现：汽车驾驶室及车架立于正常位置，料半箱翻倒在右侧。左侧副车架与汽车底盘的固定螺栓全部剪断，副车架已严重扭曲变形（见图2）举升架液压柱塞右侧底部轴承的6个M16强度等级标志为8.8级的固定螺栓和后侧定位档板补举升架失稳冲击力剪断。轴承座与副画架之间、轴承座与螺丝帽之间均无松动痕迹。举升架结构严重扭曲变形（见照片3）。车两后轮地面水平高度差约50mm，汽车后轮轮距约为1900mm。

3事故原因分析

3．1地面倾斜时自卸汽车举升受力分析

由于工地复杂的作业面，汽车在斜度为α（本案为arctg≈15°）的地面上进行举升卸载作业（参见图1），此时汽车重心与汽车垂直中轴线形成α角。其数学表达式：

α＝arctg　　　　　　　　（1）

式中：B为后轮距平均值；H为自卸汽车重心高度

           图1自卸汽车料斗倾翻

          图2副车架严重扭曲变形

随着料斗提升，载荷重心也随着升高（料斗与汽车副架之间的角度β增加）。其重力G对汽车整体（尤其是对料斗的支承架）产生的侧向力矩随着增大。其数学表达式：

W=Gsinα          （2）

其中：G为汽车总重量； L为料斗重心距料斗下支承点距离；α为汽车倾斜角;λ为料斗举升角度。H为料斗支承点距离地面高度。

图3地面倾斜使汽车重心倾斜α角

另外，当汽车装载时由于货物的形态各异、货物的质量不同、装载作业时各种随机性，客观上造成料斗的偏载，使汽车料斗中的物料重心发生偏移，使货物重心相对汽车几何中心发生了一个初始横向偏移量X0，贷物的偏载使汽车左右支承板簧发生不同的变形，其偏差为（hy-hx）(参见图)，此时汽车料斗随车架发生β角度的差移,当举升机构进行举升作业,此时随着料斗的升高,使自卸汽车偏移量增加。式（3）可以非量化的反映偏转角β

　　　　　　　（3）

B为板簧中心宽度

图4 料斗货物偏载使重心偏离汽车几何重心

货物偏载重心偏移对汽车上非刚性组件及组件结构都将产生一定的影响。

在一般情况下，无论是工作场地倾斜还是货物偏载，对于尚未开始举升工作的自卸汽车都不会直接造成车辆的很大的侧向力，但是当料斗举升作业过程，使车辆重心逐渐升高接，当车架发生前述倾斜和偏载时并发生在一侧时，其产生的侧向力及力矩发生叠加，此时对车架而言，承受拉力、侧向力矩及弯矩等多项受力情况，所以，将出现如下两种情况：

a、若汽车举升结构与车架有良的刚型联接，则势必使整车稳定性受到严重的影响，甚至发生整车倾倒。

b、若汽车举升机构与车架之间或汽车其它部位的设计、制造存在薄弱环节。则在其薄弱处一旦被破坏，将发生雪崩式的损坏。

本期案例属第 b种结果，所以发生图1现象。

3．2汽车结构件的分析

3.2.1举升机构不合理的设计

1、该自卸汽车料斗的下支承点（料斗与车架铰接处）的副车架与汽车底盘无牢固联接，其最近固定点距转轴支承点为580mm（见图5），且该处副车架与汽车底盘固定方式仅用一个M18的U形螺栓固定（见图6）。当汽车卸载作业时偏载现象的发生及举升高度的提高，左侧支承点在料斗作用力下带动副车架施加受着向上的分力，而这个力又通过580mm力臂施加在第一联接点上，终因该点承受不住此时拉力而发生损坏。

图5固定点距转轴支承点为580mm

图6 U形螺栓固定拉板

2、该自卸汽车底盘与副车架之间垫有橡胶垫（4400×75×14）（见图7）设计上是为了在自卸料斗回位是起缓冲减振的作用。但是，该橡胶垫的存在，使汽车底盘与副车架之间存在相对运动，而增加了料斗偏移量。该偏移量是加剧自卸过程中的侧载力，使汽车偏载或侧倾过程中增大偏移量，从而，增加侧向力矩。

图7 汽车底盘与副车架之间的橡胶垫

3.2.2汽车结构件质量缺陷

1、副车架上所设有的U形螺栓的固定拉板，其板厚为6mm，并且拉板螺栓开孔过大，使固定拉板强度大大降低，螺栓固定时未安装垫圈和弹簧垫，由于地面的倾斜、装载的偏心、举升油缸的侧向推力，当料斗举高时产生侧向作用力及力矩等叠加，使固定螺栓拉板承受不了螺栓的拉力而被拉穿（见图8）。

图8 被拉坏的U形固定拉板

2、该自卸车副车架采用6mm厚低碳钢板制成的槽形钢（见图象），其刚性、抗弯和抗扭等机械强度差。尤其在作业环境恶劣的条件下，在施工工地复杂的作业面上，在车架受力多变复杂情况中，该种槽钢是不能满足要求的。

图9 扭曲变形的副车架槽钢

4结论

该重型自卸汽车货箱与副车架结构设计不合理，制造存在质量问题，副车架和举升机构稳定性差。致使自卸作业是车架结构承受不了偏载载荷的作用力，而发生料斗倾翻。

5 建议

由于重型自卸汽车是工程施工的主要运输机械，其载荷多变，作业工况环境恶劣复杂，所以，对重型自卸汽车抗倾翻的稳定性，汽车结构的强度、刚性、抗疲劳等机械性能的要求更加严格。

重型自卸汽车结构牢固、工作稳定可靠是保证人机安全的前提。通过以上对重型自卸汽车举升作业中料斗倾翻事故原因分析。应注重以下几个方面：

1、科学设计，合理布置受力结构，减小受力件的作用力，避免作用力集中在一个结构件上。尤其在汽车发生偏载或异常情况时，如副车架U型螺栓固定处，此处受力集中，并且又有580 mm力臂，增加了该处的作用力矩。

2、对受力大的结构件应增加其机械强度，从选材、加工、安装等严格按照设计图纸要求进行。如副车架机械强度低、固定拉板开孔过大、安装未有垫圈等。

3、应采取刚性联接，以减少结构件的间隙造成的偏移量，使偏重加大。

4、利用电子平衡控制系统，控制汽车偏载或倾斜的极限问题，以避免侧翻事故的发生。

参考文献

［1］《重型汽车结构现代设计》于长吉 于学兵 著

［2］《 重型自卸汽车举升工作中侧倾机理的研究》陈文潮 装备制造技术》2004，3

［3］QB/T222-1997《自卸汽车通用技术条件》

Analyzed the failure reason of the heavy-duty truck’s hopper rollover during the lifting operations process

SUN Jian   LIANG Yong chun

(Dalian institute of product quality supervision & inspection, Dalian, 116021, China)

Abstract: The paper analyzed the failure reason of the heavy-duty truck’s  hopper rollover suddenly during the unloading construction process, the results indicated that the heavy-duty truck’s hopper and vice-frame have quality problems in the structural design and manufacturing. The vice-frame and lifting mechanism stability are poorly、the carrying capacity insufficient, thus result that the heavy-duty truck’s hopper rollover suddenly. And according to the cause of the accident, advance the proposal for improvement to raise.下载本文