履帶式挖掘機(jī)支重輪的結(jié)構(gòu)改進(jìn)探索

張幕偉　禚玉柱

摘 要

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，各種工程施工越來越多，施工的工況多種多樣，對工程機(jī)械設(shè)備有了更高的要求。履帶式液壓挖掘機(jī)在這些工程施工中，發(fā)揮著非常重要的作用。支重輪在履帶式液壓挖掘中是不可或缺的零部件，支重輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在缺陷，對其實(shí)際使用效果造成了不小的影響，有必要對其結(jié)構(gòu)采取改進(jìn)措施。為此，我將要在本文中對履帶式液壓挖掘機(jī)支重輪的結(jié)構(gòu)改進(jìn)進(jìn)行探索，希望對促進(jìn)我國工程事業(yè)的發(fā)展，可以起到有利的作用。

關(guān)鍵詞

履帶式液壓挖掘機(jī);支重輪;結(jié)構(gòu)改進(jìn)

中圖分類號： TU621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.79

0 前言

履帶式液壓挖掘機(jī)在工程中有著非常多的應(yīng)用，由于其工作環(huán)境比較復(fù)雜，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往有著比較高的要求，對底盤的可靠性要求比較高，尤其表現(xiàn)在對引導(dǎo)輪、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動(dòng)輪的耐久性要求比較高。在履帶式液壓挖掘機(jī)運(yùn)行的過程中，支重輪負(fù)責(zé)支撐其質(zhì)量和行走的作用，支重輪在運(yùn)行的過程中，往往需要承受沖擊力，在開展破碎作業(yè)的過程中，承受的沖擊力會(huì)更大。

1 輪體和輪軸強(qiáng)度不足的改進(jìn)措施

履帶式液壓挖掘機(jī)的支重輪系統(tǒng)通常由輪體5、軸合件1、套瓦4、浮封環(huán)3、O型圈2、外蓋6等所組成（如下圖1）。在其實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，對工況的考慮往往較少，沒有考慮到實(shí)際運(yùn)行運(yùn)行中的沖擊載荷，機(jī)身的振動(dòng)會(huì)給支重輪系統(tǒng)帶來非常大的沖擊力。在支重輪實(shí)際運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)輪體和輪軸斷裂情況的發(fā)生，我們有必要借鑒國外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)[1]。

改進(jìn)方法。在支重輪系統(tǒng)實(shí)際改進(jìn)前，由于工藝技術(shù)比較落后，左右輪體通常采用的鑄造的形式。在輪體遭受負(fù)荷沖擊的情況下，如果鑄件質(zhì)量控制效果不好，鑄件的強(qiáng)度達(dá)不到要求，就非常容易產(chǎn)生裂紋，裂紋進(jìn)一步發(fā)生就會(huì)導(dǎo)致輪體斷裂情況的發(fā)生。為了有效解決這個(gè)問題，決定對輪體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。為了提升輪體的強(qiáng)度，采用鍛造工藝，省去了制作鑄造模具的從成本，且輪體經(jīng)過鍛打之后，其強(qiáng)度會(huì)明顯提高，進(jìn)一步提升輪體的受用壽命，比鑄造性能更好。為了保證輪體的使用強(qiáng)度，決定采用AISI4340鋼，直接采用鍛造的方法來鍛造毛坯，工藝的效率也相對比較高。

輪軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。在履帶式液壓挖掘機(jī)的支重輪設(shè)計(jì)中，其輪軸通常采用棒料，然后對軸的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。由于受各種條件限制，我們在做有限元分析時(shí)主要采用靜載、在靜態(tài)狀況下進(jìn)行，與實(shí)際工況差別較大?？紤]履帶式液壓挖掘機(jī)的使用工況比較惡劣，對輪軸工作可靠性，往往有著比較高的要求，理論計(jì)算出的棒料的強(qiáng)度難以滿足實(shí)際使用的要求。為了避免輪軸在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)斷裂的情況，決定使用42CrMo鋼鍛造材料的棒料，同時(shí)把實(shí)際用的棒料規(guī)格略高于理論計(jì)算的。輪軸材料經(jīng)過鍛造處理之后，其強(qiáng)度得到了明顯的提高，輪軸的組織更加致密，能夠進(jìn)一步保證輪軸使用的耐磨性和可靠性。如右圖所示，在某一型號挖掘機(jī)支重輪設(shè)計(jì)中，我們的理論計(jì)算及有限元分析中使用直徑40mm就能夠滿足要求，但在實(shí)際應(yīng)用中我們會(huì)采用直徑44mm的輪軸。

2 支重輪系統(tǒng)漏油問題的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

支重輪潤滑系統(tǒng)主要為支重輪運(yùn)行提供潤滑保證。在本挖掘機(jī)實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)支重輪兩端漏油的故障。支重輪漏油后，會(huì)加劇輪軸磨損，直至不能使用。通過對故障的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，絕大部分支重輪漏油是從浮封環(huán)處滲出。

故障原因分析。通過對故障的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)造成漏油故障的主要原因有：（1）輪軸、軸套、軸座的加工尺寸不合格，各結(jié)構(gòu)的安裝精度無法得到保證。這會(huì)直接導(dǎo)致輪軸與軸套、軸座和軸套之間的磨損情況比較嚴(yán)重，在摩擦部位處經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)比較多的金屬粉末，這些粉末很容易進(jìn)入到潤滑系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而導(dǎo)致潤滑油的品質(zhì)變差。如果其進(jìn)入到浮封環(huán)密封面，還會(huì)直接導(dǎo)致密封面的磨損失效。（2）輪體或者軸座的強(qiáng)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度，導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)在長期沖擊載荷的作用下，很容易發(fā)生變形的情況，浮封環(huán)因此會(huì)產(chǎn)生擠壓變形的情況，最終導(dǎo)致浮封全發(fā)生扭曲、錯(cuò)位的現(xiàn)象，并最終控導(dǎo)致浮封密封的失效。（3）潤滑油選擇不當(dāng)。潤滑油的品質(zhì)對支重輪的潤滑效果，有著非常直接的影響，如果對其選型不當(dāng)，無法滿足使用環(huán)境的要求，就容易導(dǎo)致輪體內(nèi)部不能形成有效的油膜，進(jìn)而無法保證潤滑的效果，潤滑油的溫度相對比較高，這會(huì)對浮動(dòng)封膠圈的應(yīng)用效果，產(chǎn)生非常直接的影響，讓其迅速老化，降低其密封性能。（4）浮封環(huán)組件和浮封槽尺寸設(shè)計(jì)不夠理想，或者浮封全硬度難以滿足使用的具體要求，導(dǎo)致密封面承受的壓力過大，最終導(dǎo)致無法在結(jié)合面出形成有效的油膜，進(jìn)而對密封效果產(chǎn)生影響，最終就會(huì)發(fā)生潤滑油泄漏的情況[2]。（5）O型圈裝入座腔后徑向壓力小，存在扭曲，由于O型圈受座腔徑向壓力小，在挖掘機(jī)行走過程中O型圈與座腔產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，容易造成O型圈扭曲，進(jìn)而引起O型圈與座腔之間滲油[3]。

故障排查。浮封環(huán)的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，浮封環(huán)設(shè)置有兩個(gè)鋼環(huán)，軸座和輪體通過浮封膠圈來對鋼環(huán)施加壓力，浮封膠圈的彈性效果比較好，可以讓浮封環(huán)貼合形成密封帶。在出現(xiàn)潤滑油泄漏的情況之后，維修人員對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拆卸檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輪體、輪軸、軸套、軸座之間并沒有出現(xiàn)異常的磨損。浮封環(huán)尺寸、橡膠環(huán)機(jī)械性能可以滿足支重輪實(shí)際運(yùn)行的需要。并對潤滑油的品質(zhì)進(jìn)行了檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)潤滑油明顯變質(zhì)的情況。

安裝尺寸的檢查。浮封環(huán)配對間隙會(huì)直接決定膠圈的壓縮量，對浮封環(huán)的貼合力有著直接的影響。此外，軸座和輪體浮封槽的傾角和浮封環(huán)上的傾角直接決定了配對間隙對浮封環(huán)端面壓力的影響程度。為了發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的原因，我們利用壓力機(jī)對浮封環(huán)開展了端面壓力測試。在測試過程中，對浮封環(huán)的配對間隙進(jìn)行了逐步的調(diào)整，讓間隙從2毫米逐漸增加到4毫米，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著浮封組件壓力確實(shí)出現(xiàn)了相對偏高的情況，且壓力也出現(xiàn)了波動(dòng)的情況。從試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，如果浮封面的壓力過大，就難以形成有效的油膜，容易導(dǎo)致端面磨損情況比較嚴(yán)重的現(xiàn)象，容易加速橡膠圈的老化，并最終導(dǎo)致密封破壞漏油現(xiàn)象的發(fā)生。

改進(jìn)措施。在浮封環(huán)實(shí)際運(yùn)行過程中，其端面壓力控制效果對密封效果有著非常直接的影響。為了有效對壓力進(jìn)行控制，對浮封件進(jìn)行了改進(jìn)，合理調(diào)整了浮封槽的傾角，將其傾角由15度降低為10度，并和浮封環(huán)傾角產(chǎn)生了角度差。通過這種改進(jìn)措施的應(yīng)用，有效解決惡劣浮封環(huán)壓力過大的現(xiàn)象，避免兩者夾角相同造成浮封膠圈磨損過度的現(xiàn)象。此外，密封圈的材質(zhì)也會(huì)對密封效果有著直接的影響，為了提升密封圈的密封效果，決定將浮封膠圈改成氟橡膠，并對其品質(zhì)嚴(yán)格進(jìn)行控制，將其硬度和永久變形指標(biāo)控制在合理的范圍之內(nèi)，保證其在實(shí)際運(yùn)行過程中，得到足夠的彈性補(bǔ)償。

實(shí)際改進(jìn)效果。在對浮封環(huán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)之后，對其組件端面壓力進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，浮封環(huán)的端面壓力下降到了0.82KN的范圍之內(nèi)，且壓力的波動(dòng)更小，這表明浮封環(huán)配對間隙變化并沒有對端面壓力產(chǎn)生太大的影響。浮封環(huán)在實(shí)際運(yùn)行過程中，不會(huì)由于軸向竄動(dòng)導(dǎo)致太大的壓力波動(dòng)，進(jìn)一步提升了浮封組件運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證實(shí)際改進(jìn)效果，專門進(jìn)行了批量裝機(jī)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，支重輪的可靠性和耐久性確實(shí)得到了明顯的提高，支重輪漏油的問題得到了徹底的解決，進(jìn)一步個(gè)提升了挖掘機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，降低了其維修成本。

3 結(jié)語

支重輪在挖掘機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)揮著非常大的作用。針對其實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，應(yīng)該引起足夠的重視，認(rèn)真分析問題發(fā)生的原因，然后及時(shí)對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提升支重輪運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和壽命，降低其故障率。

參考文獻(xiàn)

[1]王緒橋，高祥.挖掘機(jī)支重輪屬性綜述及損壞原因分析[J].工程機(jī)械與維修，2017（01）：22-23.

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[3]韓廷意，徐公強(qiáng).支重輪浮動(dòng)油封滲油的解決方案[J].工程機(jī)械與維修，2014（05）：152-153.