拖拉機轉向節斷裂原因淺析

宣兆海

【摘 要】本文就拖拉機轉向節斷裂的原因進行分析，認為其主要原因來源于操作不當、設計不合理、鑄造缺陷以及材料強度不夠等造成轉向節斷裂事故。

【關鍵詞】拖拉機；轉向節；斷裂；原因

[Abstract] This paper analyzes the causes of the tractor steering knuckle fracture， don't think the main reason is derived from the improper operation， design reasonable， the casting defects and material strength is not enough causes which steering knuckle fracture accidents.

[Key words] tractor； knuckle； breakage； reasons

近年來，輪式拖拉機轉向節（以下簡稱轉向節）斷裂事故屢有發生，帶來的后果往往是災難性的，不是車毀就是人亡，給用戶帶來了巨大的人身傷害和財產損失。轉向節斷裂的原因很多，很難用一種簡單的模式去進行分析，必須進行斷裂分析，只有通過這種綜合性的分析才能確定造成轉向節斷裂的原因。我們認為其主要原因來源于操作不當、設計不合理、鑄造缺陷以及材料強度不夠等造成轉向節斷裂事故。

1 操作不當

我們在幾例轉向節斷裂分析工作中發現，這些斷口附近都有明顯的塑性變形，斷件拼合后，密合程度差。對斷口進行仔細觀察，通過金相、化學分析和機械性能檢驗，讓人出乎意料的是轉向節未發現任何瑕疵，這就排除了轉向節本身產品質量存在問題而導致斷裂的可能。通過進一步現場調查取證，我們了解到，轉向節斷裂時，拖拉機不是在凸凹不平的路面上快速行駛時突然斷裂；就是在過橫壟地、田埂時行駛速度過快產生斷裂；有的是在快速行駛過程中，突然發生交通事故，把轉向節當場撞斷。通過我們綜合分析，斷定其斷裂原因只有一種可能性，即：轉向節所承受的沖擊力超過了材料的屈服強度，使轉向節產生了顯著的塑性變形，瞬間沖擊力的進一步增大，最終導致轉向節塑性斷裂。

2 設計不合理

2004年的一例斷裂的小四輪拖拉機轉向節事例顯示該轉向節是在前輪軸的內軸承頸過度圓角處齊根斷裂。對斷口處作仔細觀察，其斷口宏觀外貌較平直，沒有發生肉眼可見的塑性變形。斷口處不存在氣孔、疏松、夾雜等缺陷，但通過金相分析，斷口周邊（即過度圓角處）發現了疲勞裂紋。在排除了其它因素導致轉向節斷裂的可能性后，我們發現，這個部位的圓角過分尖銳，因此，我們對該轉向節的其它部位的過度圓角（與斷裂位置的加工方法相同）進行檢測，結果發現，不僅過度圓角半徑設計值要求的過小，而且實測值還遠小于設計值。這就造成了轉向節過度圓角處應力過于集中，在使用中難免會產生疲勞裂紋。這些不利因素都大大降低了材料的強度，而長期行駛過程中，在連續較大的交變沖擊力作用下，必然會導致轉向節脆性斷裂。

3 材料強度不夠

轉向節在拖拉機工作中承載著各種動態的載荷和復合的應力，例如：拖拉機自重產生的彎曲力及剪切力、轉向臂產生的扭力、轉向時產生的拉力及摩擦力、行駛時產生的沖擊力等。轉向節特有的工作條件，就對其材料的綜合力學性能有了很高的要求，行業標準JB/T5182規定，要采用高強度、高韌性和具有良好耐磨性能（高硬度）的合金結構鋼或碳素結構鋼制造。而在斷裂實例中，我們居然發現以次充好、以鐵代鋼的現象。設計要求的抗拉強度在735MPa以上；硬度在HB241～331的范圍內。若是灰鑄鐵的機械性能根本達不到轉向節技術要求的機械性能，遠遠低于合金結構鋼和碳素結構鋼的綜合性能，強度低、塑性差，脆性較大。而長期受到較大的動態沖擊力時，就導致了轉向節在最薄弱的部位（應力集中處）產生了脆性斷裂（即疲勞斷裂）。

4 鑄造缺陷

4.1 氣孔、疏松、縮孔等缺陷引起的轉向節斷裂

在所有的斷裂案例中，因這種缺陷導致轉向節斷裂的例子比較多。在這些斷口外觀，我們直接發現了氣孔、疏松及縮孔等。該缺陷需要綜合檢驗分析材料的金相組織、化學成分、機械性能等各項指標是否符合技術要求。

4.2 夾雜物引起的轉向節斷裂

在外力作用下，硫化物就與其周圍金屬基體的界面產生開裂，形成疲勞裂紋，長期受到動態沖擊力時，就加快了裂紋的擴展，直至斷裂。

其實，導致轉向節斷裂的原因很多，還需我們不斷地研究，通過斷裂分析，積累經驗，找出造成轉向節斷裂的原因及影響因素，確定要改進的問題，提高產品質量，以防重大事故的重復發生，減少經濟損失。