超大型挖掘機(jī)支重輪的設(shè)計(jì)改進(jìn)

張鵬 劉文順

摘 ?要：超大型挖掘機(jī)主要用于工況比較惡劣的礦山，如內(nèi)陸大型煤礦、銅礦等，根據(jù)超大型挖掘機(jī)的環(huán)境和工況，就可以對(duì)支重輪進(jìn)行針對(duì)性的分析研究，同時(shí)也要對(duì)支重輪的損壞形式進(jìn)行分析，在支重輪結(jié)構(gòu)和材料熱處理等方面進(jìn)行改進(jìn)，再進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：超大型挖掘機(jī);支重輪;設(shè)計(jì)改進(jìn)

超大型挖掘機(jī)支重輪主要由外殼輪、軸、管和支架組成，最初的設(shè)計(jì)如果沒有充分考慮超大型挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量對(duì)支重輪的負(fù)載，將會(huì)導(dǎo)致支重輪輪軸和踏面磨損嚴(yán)重，引起整機(jī)行走故障，無法工作，給生產(chǎn)效率帶來較大的負(fù)面影響。

1超大型挖掘機(jī)支重輪磨損機(jī)理

超大型挖掘機(jī)常用于工作條件惡劣、工作條件困難的礦山，如表面積大的煤礦、銅礦等。其次，超大型挖掘機(jī)支重輪不僅在整體上完成了機(jī)器的承載功能，而且在工作過程中也保持了較高的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，當(dāng)超大型挖掘機(jī)移動(dòng)和傾斜時(shí)，側(cè)向推力會(huì)加大，容易造成支重輪內(nèi)部磨損。支重輪內(nèi)部磨損會(huì)加速襯套、密封件和軸的磨損。本文以特定的超大型挖掘機(jī)和支重輪500c 類作為分析示例，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，支重輪的內(nèi)部在機(jī)械運(yùn)行 1500 小時(shí)后會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，而這尤其體現(xiàn)在側(cè)襯套邊緣和軸座的磨損上。

2超大型挖掘機(jī)支重輪失效的形式分析

（1） 在支重輪平面測(cè)量的直徑（標(biāo)稱 200mm，工廠為主機(jī)確定，取決于型號(hào)）。表 1 顯示了五個(gè)損壞支重輪的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，顯示出缺陷平面支重輪軸套法蘭截面變薄，直徑減小。（2） 輪徑方向軌道高度測(cè)量結(jié)果：左右支撐各5點(diǎn)5誤差測(cè)量，而路面一側(cè)的平均高度為 7.2 毫米。（3）寬邊檢查：寬圓周1/3破損，部分塊體破損，其余面完好，無裂紋、剝落或斷裂，但鋼輪附近嚴(yán)重變形，局部損壞，輪體斷裂。

3超大型挖掘機(jī)故障支重輪檢測(cè)

3.1超大型挖掘機(jī)故障支重輪的相關(guān)尺寸檢測(cè)

測(cè)量損壞的支重輪軸套法蘭截面的厚度（標(biāo)稱尺寸 8 ± 1 mm）。表1顯示了測(cè)量結(jié)果。

由表2可知，支重輪軸座端面到銷孔距離相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值有偏差，以上測(cè)試數(shù)據(jù)表明，缺陷支重輪的內(nèi)部開始磨損，此時(shí)所用材料磨屑均溶解在潤(rùn)滑劑中。

3.2超大型挖掘機(jī)故障支重輪失效部位理化檢測(cè)

對(duì)損壞的座和支重輪軸管進(jìn)行硬、粗測(cè)試。結(jié)果如下：軸座要求的橫截面粗糙度為3.2，實(shí)測(cè)值為3.16（實(shí)際檢查了未使用的零件橫截面磨損），符合項(xiàng)目要求，其次軸座外殼剛度為176HB，其滿足170HB的設(shè)計(jì)要求，而襯套部分的最終表面粗糙度應(yīng)為1.6，實(shí)際尺寸為1.48（未使用的部分因最終表面磨損而實(shí)際測(cè)試），其符合設(shè)計(jì)要求，此外基質(zhì)硬度為210～270HB，實(shí)測(cè)為226HB，符合設(shè)計(jì)要求。另外軸座材料要求是SCMn2B，經(jīng)光譜分析，該化合物的含量（C含量為0.326%，C含量為0.461%，Mn含量為1.243%，P含量為003%，含量為002%），符合其標(biāo)準(zhǔn)。

4超大型挖掘機(jī)故障支重輪失效原因分析

關(guān)于支重輪材料測(cè)量缺陷、硬度和固化深度，以及滿足設(shè)計(jì)要求的其他參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步分析表明：（1） 鍛造后蓋體的第一次熱處理標(biāo)準(zhǔn)化，模具硬度和帶材表面有效載荷降低，但其蓋體殘余強(qiáng)度不足。 （2）軌道表面周圍的材料受到均勻的有效載荷。即單位時(shí)間內(nèi)的打擊次數(shù)大，故有效力大。其次，雖然轉(zhuǎn)向架的剛性較高，但它們也會(huì)在瞬態(tài)受到強(qiáng)制變形。（3）如果用剎車錘驅(qū)動(dòng)機(jī)器，會(huì)使得沖擊力頻繁發(fā)生，且由于其長(zhǎng)時(shí)間與鏈車輪面相匹配，就會(huì)使輪面容易變形、開裂、掉落，甚至在嚴(yán)重的情況下，支重輪胎體會(huì)開裂。（4）損壞的支重輪在內(nèi)側(cè)，胎體外側(cè)適合采用較硬的材料（胎體外側(cè)有棱邊），因?yàn)槠渚哂泻軓?qiáng)的抗干擾作用，另外支重輪胎體具有低固體含量和低耐腐蝕性，故較小的直徑，接近輪的尺寸，可允許可變形導(dǎo)鏈的短端更好地連接到輪罩胎面的切割表面，而且在這些彎曲處，由于短邊很短，所以這會(huì)導(dǎo)致塊體生長(zhǎng)和斷裂。（5）與輪罩接觸并損壞輪罩的零件是皮帶鏈中的環(huán)節(jié)。這是因?yàn)椋ッ娴谋砻嬗捕韧ǔ?52 至 58 HRC。而由于鏈節(jié)數(shù)大于支重輪數(shù)，就使得支重輪路徑的剛度幾乎相同，所以由于支重輪受很多鏈節(jié)的影響，支重輪型槽面的硬度會(huì)使支重輪型剛度略高于斜面（增加了蓋面的剛度敏感性身體）。最后根據(jù)以上分析，支重輪型滾道故障的主要原因是機(jī)器總重量大，輪體超載，因此在支重輪超載的情況下，就會(huì)出現(xiàn)異常磨損。

5超大型挖掘機(jī)支重輪的設(shè)計(jì)改進(jìn)

5.1超大型挖掘機(jī)支重輪的輪體的改進(jìn)

調(diào)整前，支重輪型輪體由左右半體焊接而成，如圖。 1a由于支重輪經(jīng)常受到載荷變化，中間焊縫很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂，故考慮到焊接焊縫缺陷的隱患，決定對(duì)支重輪體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

蓋體的整體設(shè)計(jì)減少了輪體損壞的機(jī)會(huì)，這大大提高了可靠性，同時(shí)也縮短了焊接過程，并使其更經(jīng)濟(jì)。因此，決定用一件式代替焊接形式，由于整體連接可以通過鑄造或鍛造進(jìn)行，鑄造輪體需要進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，將會(huì)增加制造成本，鍛造輪體不需要開模，材料致密性也優(yōu)于鑄造。因此，決定采用一體式鍛造輪體方案，如圖 1b 所示。

5.2超大型挖掘機(jī)支重輪的輪軸的改進(jìn)

最初，支重輪遵循中小型挖掘機(jī)支重輪輪的制造工藝，采用棒材加工制造。因?yàn)橹行⌒屯诰驒C(jī)軸支重輪直徑小，可用棒材制作，且滿足性能要求。超大型挖掘機(jī)用于需要高軸向可靠性的極端操作條件，其主軸直徑為280-300mm，但棒材的力學(xué)性能不能滿足嚴(yán)格的要求。所以最終決定使用 42CrMo 鋼來制造真空，并對(duì)其進(jìn)行加工并制成輪體，此時(shí)鍛造后，主軸設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)整，非常可靠。

6結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)超大型挖掘機(jī)支重輪磨損機(jī)理進(jìn)行了分析，然后對(duì)超大型挖掘機(jī)支重輪失效的形式進(jìn)行了分析，接著從相關(guān)尺寸檢測(cè)以及失效部位理化檢測(cè)等方面對(duì)超大型挖掘機(jī)故障支重輪檢測(cè)進(jìn)行了分析，再然后對(duì)超大型挖掘機(jī)故障支重輪失效原因進(jìn)行了分析，最后從輪體的改進(jìn)以及輪軸的改進(jìn)等方面提出了超大型挖掘機(jī)支重輪的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。在上述實(shí)施之后，這意味著要改進(jìn) 支重輪安裝機(jī)器并將其推向市場(chǎng)。而且據(jù)市場(chǎng)介紹，返修后支重輪型輪殼的變形和增長(zhǎng)減少了90%，同時(shí)沒有裂紋或裂紋，其輪罩的使用壽命變?yōu)?500小時(shí)以上，可滿足用戶需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐公強(qiáng)，張懷強(qiáng).超大型挖掘機(jī)支重輪的設(shè)計(jì)改進(jìn)[J].工程機(jī)械與維修，2020（06）：32-33.

[2] 李乃柱，丁躍進(jìn)，渠立紅，金魚.超大型挖掘機(jī)支重輪的結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].工程機(jī)械與維修，2017（07）：88.