VOLVO A40E鉸卡鉸接銷孔配合失效故障分析及處理

周玉華

（江西銅業集團公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 引言

目前城門山銅礦擁有17輛礦用大型VOLVO A40E鉸接卡車，是采礦場主要運輸設備之一［1］。隨著四班三運轉高負荷的惡劣環境下工作，前車架鉸接銷孔座與銷軸接觸部位受扭矩、彎矩、沖擊、重心疊加等復合載荷影響，處于復雜的應力狀態下，使鉸接銷孔與銷軸之間磨損間隙逐漸加劇。當鉸接銷孔磨損量接近1mm時，在作業過程中形成一種安全隱患［2］。磨損部位主要體現在鉸接銷孔與銷軸之間，嚴重時引發安全事故，造成設備停機，影響安全生產。為了提高生產效率，降低生產成本，延長設備使用壽命，因此，解決瓶頸難題迫在眉睫，針對鉸接銷孔與銷軸之間磨損間隙故障進行分析，消除故障，解決隱患，避免給礦山帶來巨大的經濟損失和不良的社會影響［3］。

2 故障分析及原因

2.1 故障分析

車輛運行10000h左右，鉸接銷孔與銷軸經過長期使用，銷孔與銷軸受到磨損出現松曠現象［4］，并陸續出現鉸接銷軸固定螺絲松動，斷裂等故障，嚴重時影響正常生產。至2012年底車輛維修次數明顯增多。通過拆卸和測量17臺鉸卡鉸接部位數據，發現鉸接銷孔最大失圓度達到1.22mm（前后方向磨損量2.2mm，左右方向磨損量0.88mm）。測量數據如表1：

表1 VOLVO A40E鉸接卡車故障情況表

2.1.1 銷孔失效分析

之所以出現鉸接銷孔變形，是因為車輛在運行過程中受沖擊、彎矩等復合載荷的影響，加之前后車架的重心疊加，使其應力狀態變得非常復雜。結合鉸卡的實際設計，認為此處銷孔在設計上存在缺陷，最直接判斷，銷孔與銷軸是屬于直接接觸，中間沒有過渡性質。因為鉸接銷軸是自由狀態，可以方便更換，而與之配合的銷孔是直接加工在前車架上的，一旦出現失效則必須更換前車架總成。首先要將前車架上的部件（發動機，油箱，駕駛室，前輪，液壓系統等）全部拆下，再換上新的前車架，再進行安裝調試等，因此存在維修不便、工序繁雜、費用較高等諸多問題。結合理論與實踐，造成上述現象的最主要原因是銷孔與銷軸之間存在相對運動，所以，研究重點放在了修復銷軸與銷孔上。而城門山銅礦鉸卡的銷孔、銷軸異常磨損主要表現在前車架的上部銷孔，下部銷孔則相對變形較小。如圖1。

圖1 技改前銷孔示意圖

2.1.2 銷軸的失效分析

銷軸的使用性能除了受其材料的影響之外，還與表面粗糙度、硬度以及與銷套的配合公差有關，特別是與銷套的硬度配比對銷軸的耐磨性影響很大。通過研究大量工程機械用銷軸的失效得出結論，磨損是銷軸的主要失效形式，占80%左右，其次是斷裂失效。而磨損分三個階段：磨合階段，磨粒磨損階段，粘著磨損階段［5］（如圖2）。

圖2 銷軸磨損階段圖

第一階段的磨合階段主要是微凸體改變自身形狀和材料的冷作硬化，該階段的磨損主要受銷軸表面粗糙度的影響。

第二階段的磨粒磨損是銷軸壽命的主要階段，磨損量小，經歷時間長，該階段的磨損主要受硬度和配合的影響，其中配合是通過影響潤滑狀態來影響磨損的，另外，表面粗糙度也會影響這一階段穩定后的配合，進而影響銷軸的磨損。

第三階段為粘著磨損，到了這一階段銷軸迅速磨損，也就意味著銷軸的壽命也將馬上終結。由此可見，為了延長銷軸的壽命，避免銷軸提前失效，對銷軸的表面粗糙度、硬度和公差配合進行精心設計十分必要。

2.2 故障原因探析

車輛在運行過程中前車架鉸接銷孔與銷軸屬于直接接觸，受扭矩、彎矩、沖擊、重心疊加等復合載荷影響處于復雜的應力狀態，中間沒有過渡性質措施，存在設計缺陷，是造成前車架鉸接銷孔與銷軸直接接觸磨損的原因。

3 采取措施及完成進度

到目前為止，前車架上部鉸接銷孔已經嚴重變形，失圓度達到1.22mm，表面光潔度超差嚴重，原上鉸接銷孔直徑?110mm，下銷孔直徑?100mm，相對整個鉸卡工作狀況顯得比較薄弱，要將其加強，解決方案就是將銷孔內鑲固定套。因為銷孔與前車架為一體，所以在固定套的選材上要考慮強化處理因素，其強度必須高于活動銷軸。

圖3 上銷軸套圖紙

圖4 下銷軸套圖紙

圖5 銷軸圖紙

3.1 措施一，銷軸套與銷軸的設計

設計合理的銷軸套與銷軸，避免銷軸直接磨損銷孔座，并完成圖紙繪制和加工材料的選定。針對V13#鉸接式卡車銷孔磨損情況，根據鉸接銷孔原有技術參數，結合整車性能相關要求，于2013年2月初設計繪制完成上下銷軸套與銷軸圖紙（如圖3、4、5）。根據銷軸套的相關技術參數設計繪制出銷軸的圖紙（如圖5）。

3.2 措施二，銷軸套與銷軸的材料選擇及熱處理

選材加工銷軸套和銷軸材料。銷軸的材料很多，主要根據銷軸的工作載荷、潤滑條件、對銷軸的強度和耐磨性要求、熱處理工藝等來選擇合適的材料。選定材料后，擬定其熱處理工藝。由于銷軸安裝到位后與鉸接頭沒有相對轉動，所以熱處理可采用整體正火、調質加表面淬火處理，如表2。

表2 常用幾種銷軸材料熱處理硬度對應表

銷軸的表面淬火處理采用高頻感應加熱表面淬火，其優點是：提高銷軸疲勞強度和沖擊韌性，變形小，淬火層深度易于控制，淬火時不易氧化和脫碳。淬火深度1～2mm。表面淬火后精磨外圓，提高表面光潔度，表面粗糙度不高于0.4。結合實際工況，銷軸在選材時，其強度要略低于固定套，以達到保護銷孔的目的，所以選用35CrMo作為活動銷軸的材料。根據前車架本體的材質性能和要求，選定了42CrMO鋼為銷軸套的制作材料。于2013年2月中旬加工完成銷軸套與銷軸成品（如圖6）。

圖6 銷軸套與銷軸

3.3 措施三，銷孔的設計加工及嚴謹的鑲套

2013年2月下旬完成對V13#鉸卡前車架鉸接銷孔磨損進行鏜孔工藝處理。首先找到鉸接銷孔定位基準，找準中心，用專用鏜床將上銷孔擴孔至?125mm，下銷孔擴孔至?115mm，表面粗糙度達到1.6以上，公差等級為H7（如圖7）。

圖7 定位基準鏜孔圖

鑲套工藝：在鑲套過程中固定套內孔變形是無法避免的，所以在鑲套前內孔必須留加工余量，熱處理工藝要考慮其綜合機械性能，如韌性、硬度、耐磨性等，要進行正火、調質、淬火處理。再將用液氮冷卻的銷套裝入銷孔內，然后將銷套與銷孔本體進行焊接固定。如圖8。

圖8 鑲套工藝圖

待消除焊接應力后，再對銷套內壁進行鏜孔校準。然后用引銷將車架銷孔與鉸接后掛鉤的相對位置鎖定好，最后將液氮冷卻好的銷軸安裝到前車架銷孔中，完成銷軸安裝。如圖9。

圖9 液氮冷安裝圖

通過技改銷軸孔避免磨損，維修方便。技改后銷軸套與銷軸安裝示意圖，如圖10、11。

圖10 技改后銷軸套安裝示意圖

圖11 技改后銷軸安裝示意圖

4 實施效果

從2013年2月初開始對V13#鉸卡鉸接銷孔第一次技改試用，持續跟蹤4個月后未出現固定螺栓松動和任何異常現象，效果十分明顯。并逐步擴大試驗范圍，分別在V17、V8、V4、V12四臺車上試用，持續跟蹤，效果良好，再推廣到其余12臺VOLVO鉸卡車上使用，并繼續跟蹤，均未出現因前車架鉸接銷孔磨損而引發的故障，達到技改的目的。

4.1 經濟效益

因V13#鉸卡前車架鉸接銷孔磨損情況最為嚴重，如不及時技改將更換前車架總成件，以V13#鉸卡技改前后經濟效益做一個對比如下：

技改前更換前車架總成件單價436734 元，原裝銷軸單價8080元，技改前的維修次數9次，銷孔磨損維修費用23587元。

技改后前車架總成件鏜孔費用37500元。加工國產銷套2430元,加工國產銷軸4000元。

（437634+8080+23587）-（2430+4000+37500）=425371（每臺車）×17（臺車）=7231307元。

因此，技改17臺鉸卡共節約成本7231307元，降低成本，提高了效益。

4.2 社會效益

有效杜絕鉸接銷孔磨損所造成的車體分離的安全事故，為安全生產提供了可靠保障；增加了設備利用率，提高設備可開動率。通過技改廣泛運用到舉升缸、翻斗銷等銷孔上，解決銷孔所帶來的安全隱患。

5 結束語

大型礦用VOLVO A40E鉸接卡車是大型露天礦山的關鍵設備。其運行是否安全，將直接影響其生產效率、生產成本。因此，針對鉸接銷軸與銷孔之間因設計缺陷問題進行深入的探究、分析，采取技術創新手段，解決了生產上的瓶頸難題，延長了設備使用壽命［6］，提高了生產效率，降低了生產成本，為確保礦山安全運行提供強有力的技術保障。

［1］朱志興. VOLVO鉸接式卡車制動異響故障的處理[J]. 銅業工程，2011(6):63-66.

［2］施柏平, 戴體強. 裝載機機架鉸接部位磨損后的間隙補償方法[J],工程機械與維修, 2006(8):144-145.

［3］李勇, 楊耀東, 馬飛. 礦用電動輪自卸車的概況及未來發展趨勢[J].礦山機械, 2010(14):52-54.

［4］谷彥中. 鉸接式裝載機鉸接部位的現場修理[J], 工程機械與維修,1994(1):34.

［5］張麗， 王國安， 蒙秋紅. 鉸接銷軸磨損失效分析及改進[J]. 失效分析與預防, 2010(15):15-16.

［6］周玉華. 730E型礦用自卸卡車輪胎移位故障處理[J]. 礦山機械,2013(11):139-140.