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1、矿用自卸车车架材料选型及应用内蒙古霍林郭勒市 029200摘要：矿用自卸车是运输矿石或土方的专业设备，具有载重大、运距短、工 作效率高的特点。车架作为矿用自卸车的主体，主要起支撑、安装和固定的作用 承担着运载货物和布置其他系统部件的功能。由于整车重量大、载重重，车架需 要承受较重的疲劳载荷。此外，恶劣的矿山环境和复杂的路况容易导致车架开裂 降低车架的使用寿命。目前，矿用自卸车正朝着大型化、轻量化方向发展。在保 证车架结构强度和刚度的基础上，减轻了车架本身的重量。为了解决框架结构的 开裂问题，提高框架的抗疲劳荷载能力，对框架材料的选择具有重要意义。关键词：矿用自卸车；车架材料；选型；应用；可靠性
2、；矿用自卸车作业环境较为恶劣，车架作为整车的基体，需要承载各个系统部 件和货物的重量，这就需要车架选择合理的材料，提高车架的结构强度和使用寿 命。详细阐述了矿用自卸车车架材料应用情况，为车架材料选型指明了方向，以 此提高车架的可靠性。一、中国矿用自卸车车架材料应用分析我国对非公路（矿用）自卸车长期依赖进口，从 20 世纪70 年代开始研制这 种产品，直到 90年代才形成一定规模，国内生产厂家主要有湘电、天业通联、 中冶京城、北重、同力、临工、徐工矿机、徐工汽车、鹏翔、宇通等。同力车架 材料主要选用特高强度汽车用钢T700，屈服强度在620MPa以上，抗拉强度在 700MPa 以上，应用在车架大
3、梁腹板及上下翼板，焊接性能较差；临工及徐工汽车 车架材质为汽车大梁用热轧钢610L，屈服强度510MPa到525MPa，临工宽体自卸 车从2013年开始到 2020年，市场份额已经接近三分之一，其与同力宽体车产品 基本代表了宽体自卸车的最高水平；鹏翔矿车选用低合金高强钢460D，在低碳当 量的基础上，适当增加了微合金元素的含量，具有良好的焊接性和强度；宇通车 架材质为510L+Q345,在低载荷焊接区选用Q345，优化焊接工艺；徐工矿机矿车 为焊接车架，选用Q345作为车架主要材质，在疲劳载荷较大区域使用铸件，兼 顾焊接性和结构强度。二、国外矿用自卸车车架材料应用分析矿用自卸车最早起源于国外，
4、技术成熟的品牌主要有卡特彼勒、特雷克斯、 利勃海尔、小松、日立建机、尤尼瑞格等。根据技术路线的不同，在选择车架材 料方面可以分为两个流派：（1）低强材料一美标A572 Grade50/Grade40，厂家 有小松、卡特。（2）高强材料一美标A656, A710/A514，厂家有尤尼瑞格，利勃 海尔，日立。其中，HG7OE/Q550 （特雷克斯）或者Q690 （日立R190/R170，小松 630E等）。尤克里德是最早的矿用自卸车厂家（始于1936年），拥有非公路自 卸车的基因，由于1960年之前，其统治了整个非公路自卸车市场，因此其它厂 家或多或少都会有一些参考了尤克里德的矿车，虽然矿车行业经
5、历了数次变革， 但实践已经无数次证明了尤克里德技术的迷人之处；尤尼瑞格始于1958年，是 最早的电动轮矿用自卸车厂家，最初选材屈服强度为690MPa，经历一番事情后， 改成了 550MPa并沿用至今，性能非常类似于美标ASTM A656； WABCO是小松的前 身，生产自卸车的历史可以追溯到1956年；别拉兹是白俄罗斯的国有企业，其 自卸车的发展独立于其它厂家。小松早期的矿车车架均为全钢板焊接结构，从 1987年首次推出铸板焊接结构的830E开始，“以铸代焊”逐渐成为小松矿车底 盘设计的技术发展趋势，铸件重量从占车架重量的20%，一步步增加到50%，焊 接用铸件抗拉强度约为620MPa；但从公
6、开的资料看，小松矿车材料近30年一直 没有做过改变，其车架材料为A572的Grade50,垫板材料为A36, A572对应国产 材料Q345, A36对应国产材料Q235。卡特车架有其独特的风格，通过大量使用铸 件来尽量减少焊接量，板材用的很少，铸件屈服强度为241MPa，钢板屈服强度为 290MPa。目前，日立200吨级以下的矿车用的是不易焊接修复的材料，其屈服强 度为690MPa, 200吨级以上的矿车车架用材为A572 Grade50，材料屈服强度为 350MPa左右。日立有在车架上用690MPa材料的经验，由于小吨位产品在市场上 运行了有几十年时间，性能一直不错，因此没有在小吨位矿车上
7、进行材料的替换 2000年之前，矿业公司对矿车车架的寿命要求为40000h，而目前对矿车车架的 寿命要求为 60000h，A572 材料的疲劳强度和矿车车架焊缝的预期寿命是一致的 从等寿命设计理念出发，日立大吨位的新设计车型强度等级选择了低强度的材料 而没有继续选用 690MPa 屈服强度的材料。利勃海尔矿车的创始人来自尤尼瑞格， 因此其设计理念有很多的相似，车架的强度等级也相同，均为屈服强度550MPa 的ASTM A710材料，A710标准是美标老牌号，目前并不先进，ZG18CrMo+QT是利 勃海尔的专用材料，焊接性与力学性能均非常好。三、矿用自卸车车架材料选型矿用自卸车车架材料选型要兼
8、顾性能和强度，包括屈服强度、抗拉强度、焊 接性能等，为减轻车架自身重量，降低整车成本，要选择合理的钢板材料，以此 提高车架的可靠性和易维修性。在载荷一定的情况下，结构刚度取决于结构的构 造形式与材料类型，反映在计算中，整体刚度矩阵与弹性模量，对于铁基材料（铁素体钢、奥氏体钢及铁基超合金）来说，弹性模量极为接近，约200GPa，由 于当前的自卸车覆盖件材料均为铁基材料，结构形式便成为影响结构刚度的主要 因素。矿用自卸车的车架材料究竟是应该选择高强钢，还是普通钢，不同的厂家 有不同的做法，高强钢可以在很大程度上实现矿车减重的目的，这也是日立、利 勃海尔依然在很多车型上使用高强钢的原因。可以看到高强
9、钢带来的自重的减轻， 作为后入市场者，如果将550MPa的材料改成345MPa的材料，矿车自重将大大增 加，造成竞争力的大幅下降。更何况利勃海尔和日立在矿车车架上应用高强度钢 已经有近40年的历史，虽该种钢材具有高边缘敏感度，焊接相对困难，但在车 架强度比耐久性更重要的情况下，倾向于选择使用该材料，使用这类钢材需要额 外当心焊接接头，焊接后使用打磨或者增强疲劳寿命的技术处理时，表现良好。 实践证明，屈服强度在550MPa到690MPa的高强度钢用在矿车上是合理的。尤尼 瑞格的车架材料虽类似于美标A656-80，但属于定制牌号，降低了硫含量，并由 “可控轧制”制造，具有很好的焊接性和耐疲劳特性。
10、国内宽体自卸车大多为铆 接车架，主要是借鉴重卡行业的铆接式结构，采用铆钉和螺栓连接，焊接量少， 材料选用 510L、610L、T700 等低合金高强钢，虽焊接性能较差，焊接工艺严格， 但质量轻并具有较高的强韧性和良好的塑性；国内刚性自卸车大多为焊接车架， 车架材料主要选用Q345，其属性一般可通过热轧过程，使其脱氧、晶粒细化获得, 例如ASTM A572等级50和60, ASTM A607，他们与世界各地生产的钢匹配良好， 其典型的机械性能往往会比指定的最小值高10-20%，他们提供良好的抗冲击性和 低的缺口敏感性，此种钢材往往加工硬化，并且非常容易焊接，此种钢材的疲劳 寿命和通常用在运输卡车车架焊缝的预期寿命更紧密地一致，这可以给予我们很 重要的启发。总之，通过对国外和国内矿用自卸车材料选型分析，低强钢和高强钢各有优 势，低强钢可带来良好的焊接性，高强钢易实现车架减重，在矿车车架不同载荷 区段要选择合适的材料，这对提高车架结构强度、实现轻量化具有实质性的指导 意义。参考文献：1 刘晋铁.关于矿用自卸车车架材料选型及应用.2020.2 裴来平.浅析非公路（矿用）自卸车概况及标准综述.2019.3 张小洁，浅析矿用自卸车车架材料选型及应用.2020.
