挖掘裝載機駕駛室玻璃破碎原因分析和優化改進

周良稷，唐思梅

（1.江蘇柳工機械有限公司，江蘇鎮江 212003；2.鎮江無危安防技術有限公司，江蘇鎮江 212003）

0 引言

為迎合用戶對外觀和視野的要求，對挖掘裝載機駕駛室進行較大面積的玻璃設計使用。然而隨著大面積玻璃的使用，生產和銷售初期，玻璃碎裂問題也日益顯現。分析挖掘裝載機駕駛室前擋和門玻璃的碎裂原因，對其安裝結構形式等進行優化改進，降低駕駛室玻璃的破碎率，提高了用戶滿意度，為后續整機大批量生產銷售提供了保障。

1 駕駛室玻璃碎裂原因分析

玻璃破碎的主要原因可分為玻璃本身自爆和受到外力產生的破碎。下面從玻璃本身缺陷、駕駛室玻璃的設計，以及制造安裝和使用過程，分析挖掘裝載機駕駛室前擋和門玻璃的碎裂原因。

1.1 玻璃本身缺陷

鋼化玻璃的自爆是指鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發生的自動性炸裂。自爆是鋼化玻璃固有的特性之一，國內玻璃廠家的自爆率在0.3%～3%。主要原因是玻璃原片中包含有結石、硫化鎳結晶體等雜質。玻璃中有雜質是鋼化玻璃的薄弱點，也是應力集中處，特別是結石若處在鋼化玻璃的張應力區是導致炸裂的重要因素。結石存在于玻璃中，與玻璃體有著不同的膨脹系數，玻璃鋼化后結石周圍裂紋區域的應力集中成倍增加，當結石膨脹系數小于玻璃，結石周圍的切向應力處于受拉狀態，伴隨結石而存在的裂紋擴展極易發生。玻璃中含有硫化鎳結晶物，如果這些雜質在鋼化玻璃中晶相組織發生轉變，則體積膨脹會引起自發炸裂，玻璃本身的雜質在國內先進生產企業，即使完全按照標準生產也無法完全避免。因此無法徹底解決玻璃自爆問題，作為玻璃使用企業只能在供方選擇時選擇制造水平更高的企業生產的玻璃，這樣可以盡可能從原材料本身降低玻璃碎裂的概率。

1.2 駕駛室玻璃的設計問題

挖掘裝載機前擋玻璃根據相關標準要求需采用夾膠玻璃，前擋玻璃因外觀使用要求設計呈弧形，安裝板厚度為4 mm，從反饋的前擋玻璃碎裂的機器來看，兩臺開裂點都處在雨刮安裝右邊上的圓角處，如圖1 所示。此處的圓角為R34，從樣機開裂點都在圓角處來看，此處容易引起應力集中，分析可能原因為玻璃的過渡圓角偏小，粘接的安裝板強度不足等。

挖掘裝載機門玻璃目前采用厚度為6 mm 的鋼化玻璃，采用雙曲結構形式，因駕駛室采用圓弧形設計，門如果有框制造難度很大，且國外和國內農機都有成功使用經驗，且無框全玻璃門外觀和視野好，因此采用無框門結構。門的安裝采用上鉸鏈一個點和門架及玻璃連接，下鉸鏈兩個點與門架玻璃連接，門架還分別在上、中、下三點和玻璃連接，其中，中間點和門鎖連接，如圖2 所示。

圖1 玻璃碎裂點

圖2 玻璃門

目前，門玻璃上開有10 個大小不同的孔，其中，中間開了直徑45 mm 的碰鎖安裝孔，最小的鎖安裝孔為8 mm。玻璃和門架、鉸鏈、螺栓之間通過橡膠墊隔離，目前膠墊厚度為4 mm，裝配緊后只有3～3.5 mm，嵌入孔內的單邊厚度只有2 mm，門鎖處的膠墊為3 mm，另安裝鎖的孔沒有膠墊。從門玻璃使用來說，上面孔開得越多，增加了玻璃破碎的概率。玻璃和金屬之間如果沒有橡膠墊隔開或膠墊厚度不足，一旦安裝使用時玻璃與金屬碰撞在一起極易導致玻璃破碎。

1.3 玻璃、駕駛室的制造安裝過程

現在玻璃切割開孔都是水刀完成，有的割邊并不齊整，孔不光，割后有的也沒有磨邊（圖紙要求磨邊圓角為R1～R2），如圖3 所示。

鋼化玻璃的鋼化過度，玻璃破碎后碎片過細，導致玻璃表面應力過大，易引起玻璃自爆。國內先進的生產企業都有比國標更嚴格的碎片數量范圍值，以控制玻璃自爆率。玻璃鋼化時玻璃受熱分布不均，導致玻璃表面應力分布不均，后續使用過程易引起玻璃破碎。

圖3 門玻璃開孔缺陷

雖然駕駛室供方裝配這種門有一定經驗，但由于駕駛室、門架，玻璃等制造誤差，導致裝配時配合不好，存在野蠻裝配。其中在供方發生的玻璃碎裂主要還是因門和駕駛室配合不好，強行安裝造成。裝配工人裝配挖掘裝載機駕駛室并不成熟，工藝不一定完全適用，導致裝配質量沒有拖拉機駕駛室好，后續使用過程會引起局部受力過大，導致玻璃碎裂。

駕駛室供方的前立柱彎管成型質量一直沒有控制好，焊接后粘接面平面度不太好，玻璃本身制造也有誤差，駕駛室玻璃粘接的膠量完全由工人經驗控制，導致玻璃粘貼過程中玻璃膠的量涂不均勻，造成配合誤差較大產生內應力，從入庫的駕駛室來看，在雨刮安裝板的上圓角處打的膠明顯比下邊少。

1.4 玻璃在使用過程中引起的破裂

玻璃在使用過程中由于受石子飛濺或其他外物撞擊；或運輸行駛過程中的碰撞；或操作者開門作業引起門振動加劇等，導致玻璃局部受力過大最終碎裂。

2 優化改進

（1）針對玻璃本身缺陷，由玻璃供方優化生產工藝，對玻璃進行均質處理，讓后續可能自爆的玻璃提前在廠內破碎。

（2）針對設計問題，將雨刮處玻璃開口圓角由R34 改為R85，安裝板的厚度增加為5 mm，后面增焊兩條加強筋，門玻璃開孔盡量以少開為原則，數量由10 個減少到7 個，橡膠隔墊由4 mm 改為5 mm，增加安裝門鎖的橡膠隔墊，避免玻璃與金屬直接接觸風險。

（3）針對制造安裝問題，玻璃廠優化生產工藝，嚴格控制開孔質量和磨邊質量；嚴格控制鋼化玻璃的加熱溫度和鋼化風壓等工藝參數；制造玻璃檢具確保出廠玻璃的質量穩定性；駕駛室供方投入工裝夾具等對前立柱、前風擋骨架、門骨架的成形質量進行嚴格控制，使其變形量在合理范圍內；完善安裝工藝文件，裝配時確保裝配人員的固定性并嚴格按照安裝工藝要求進行，確保裝配質量的穩定性，在出廠前嚴格按出廠檢驗要求檢查。

（4）針對使用過程的問題，加強對操作者、售后服務人員和經銷商的培訓，使相關使用人員清楚在特殊作業如破碎工況需增加防護設備、開門作業時注意把門與側窗鎖在一塊；轉場運輸或作業時注意門窗的關閉和防磕碰等注意事項，減少玻璃破碎風險。

3 效果驗證

實施上述各種改善措施后，對改進后的整機進行市場跟蹤調查，在生產裝配、用戶使用過程中玻璃破碎反饋率逐年降低，提高了用戶滿意度。

4 結束語

挖掘裝載機乃至整個工程機械駕駛室玻璃破碎問題長期存在，分析玻璃破碎原因并制定實施相應優化改進措施，玻璃破碎概率大幅降低，提高了客戶對整機的性能評價和后續的購買欲望。企業應從設計、生產制造、裝配各環節都要對其引起重視，這樣才能贏得客戶和市場，企業才能長遠發展。