一種銑刨機行走減速機故障分析

李偉 任增斌 欒彩強

摘要：銑刨機行走減速機是路面銑刨機的減速機構，液壓馬達通過減速機減速后驅動輪胎前進，而減速機的密封結構是影響減速機故障和銑刨機性能的重要因素。影響減速機密封性的主要因素包括制動器活塞密封件、制動器進油口處密封件、制動器進油口液壓油壓力大小，其中制動器活塞密封件要承受高壓，因此此處密封也是最容易損壞的地方。針對密封兩個部件之間O型圈因止口密封膠的影響而出現(xiàn)漏油的情況，通過對制動器活塞與制動器液壓油壓力大小的合理匹配、選型以及密封兩個部件之間O型圈與止口密封膠的合理處理，避免了減速機出現(xiàn)漏油的情況。

關鍵詞：銑刨機；減速機；制動器；活塞；密封

中圖分類號：TH132.46? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）17-0066-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.018

0? ? 引言

銑刨機行走減速機所匹配的銑刨機采用后置輸料，行走實心膠輪、全液壓四輪獨立驅動以及皮帶驅動銑刨轂等結構形式[1]，此結構銑刨機與同類銑刨機相比具有配置先進等優(yōu)點。但是其用來驅動行走實心膠輪的行走減速機在使用過程中容易發(fā)生漏油現(xiàn)象，該行走減速機由液壓馬達驅動，同時由液壓系統(tǒng)提供減速機的制動器進油口壓力。為此，找到漏油原因并加以改進顯得尤為重要，本文將對該過程進行介紹。首先，根據(jù)用戶反饋信息，公司派技術人員到客戶使用現(xiàn)場進行調研，同時結合有關試驗進行驗證，最終找到了漏油原因，解決了銑刨機行走減速機在使用過程中出現(xiàn)的漏油問題。

1? ? 減速機故障情況

1.1? ? 減速機故障現(xiàn)象

根據(jù)客戶的幾次反饋可以知道，減速機故障主要表現(xiàn)形式是減速機在行走過程中突然單個輪胎抱死不轉，被動地拖拽行走，此時將銑刨機停車，然后將減速機后蓋上的加放油塞轉到最高位置，打開油塞后會發(fā)現(xiàn)油塞里面有一定壓力的液壓油流出來（圖1）。

1.2? ? 減速機臨時維修方案

售后人員到達現(xiàn)場后將減速機內帶有一定壓力的潤滑油放掉后，將后蓋拆卸下來，檢查減速機內部齒輪和軸承是否出現(xiàn)故障。拆開后蓋并檢查齒輪和軸承沒有損傷，然后運轉減速機，發(fā)現(xiàn)減速機可以正常轉動，證明減速機內的齒輪和軸承是完好無損的（圖2）。然后將后蓋再裝回減速機上，向減速機內加油至油位并擰緊油塞，發(fā)動銑刨機車輛，此時原來抱死不轉的減速機正常工作。當銑刨機正常工作約一周后，原來抱死的減速機又出現(xiàn)了抱死現(xiàn)象，對應的實心輪胎又開始被其他輪胎拖拽行走?，F(xiàn)場工人打開油塞后又發(fā)現(xiàn)有一定壓力的潤滑油流出，將減速機內部的油放出一部分至油位后，將油塞擰緊在減速機后蓋上，發(fā)動車輛，減速機又開始正常工作。此后一直有規(guī)律地出現(xiàn)上述情況，最終給客戶更換了新的減速機。

2? ? 銑刨機行走減速機故障原因查找及分析

2.1? ? 減速機主要技術參數(shù)

輸出扭矩：3 000 N·m；輸出轉速：85 r/min；速比：20.8；制動力矩：290 N·m；開啟壓力：1.8～2.2 MPa。

2.2? ? 減速機結構

銑刨機行走減速機結構如圖3所示，主要由輸入軸1、小彈簧2、大彈簧3、活塞4、O型圈5、馬達座6、O型圈7、殼體8、密封圈組9、密封圈組10、靜摩擦片11、動摩擦片12、齒圈13、油塞14、后蓋15以及齒輪部件等組成。

2.3? ? 減速機故障分析

針對減速機突然抱死不轉（對應實心膠輪拖拽行走）的情況，首先考慮減速機內部齒輪或軸承損壞或制動器出現(xiàn)故障問題。由前文1.2可知，減速機內的齒輪和軸承是完好無損的，因此考慮制動器部分出現(xiàn)漏油情況。在不拆開減速機的前提下，用手動打壓泵連接馬達座6上的制動器進油口，然后向減速機內注入5 MPa的壓力并做保壓試驗3 h，發(fā)現(xiàn)手動泵壓力沒有明顯下降，證明減速機制動器部分不漏油。為進一步驗證減速機制動器部分是否漏油，將減速機整體放入齒輪油中，然后向減速機馬達座6的制動器進油口連接0.7 MPa的空氣，發(fā)現(xiàn)減速機周圍沒有氣泡出現(xiàn)（圖4），進一步證明減速機制動器部分密封效果良好。

但是在減速機抱死后，通過擰開后蓋15上的油塞放油可知，減速機內部齒輪油增加了。由圖3中的減速機結構可以知道，減速機內多余的齒輪油應該是由制動器進油口進入到減速機內的液壓油，也就是說當減速機抱死后，液壓油已經進入到減速機內部了，進而導致減速機內油量增加，故上述所做的減速機制動器部分的密封試驗只能證明當活塞靜止不動時，制動器部分是密封完好的，但是在活塞工作過程中，減速機制動器部分是否完好目前還不知道，但大概率是漏油的。為此，開始拆卸減速機并查找原因。

首先拆下馬達座6，發(fā)現(xiàn)安裝在馬達座6和殼體8之間的O型圈7發(fā)生了變形，導致制動器液壓油有可能從該處漏油（本案此處沒有漏油），O型圈7發(fā)生變形的原因是安裝O型圈5的地方用止口密封膠替代了O型圈5，當馬達座6和殼體8結合在一起后，多余的止口密封膠被擠壓并占用了原來安裝O型圈7的沉孔（圖5）。

繼續(xù)拆卸減速機，把活塞4取出后檢查密封圈組9的完整性（密封圈組10在殼體8的內孔，在不拆卸密封圈組10的前提下無法觀察其完整性），如圖6所示，密封圈組9的黑色圈上出現(xiàn)了細微的傷痕，結合減速機在使用過程中內部齒輪油增加的情況可推斷，密封圈組9和10存在漏油的可能性。再找來第二臺出現(xiàn)同樣故障的減速機，用手動打壓泵連接馬達座6上的制動器進油口，并不斷打壓泄壓，使得活塞4不斷上下移動，當試驗做到超7 h的時候，密封圈組9和10的地方出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，進而證實了前面的推斷，即密封圈組9和10存在漏油的可能性。

3? ? 銑刨機行走減速機改進措施

3.1? ? 減速機故障時密封圈組9和10細微損傷原因分析

針對密封圈組9和10在活塞4靜止的時候密封效果良好，無漏油現(xiàn)象，而當活塞4做上下往復運動很多次后（試驗超7 h的時候）才發(fā)生漏油現(xiàn)象，結合密封圈組9上有細微的傷痕，可以推斷密封圈組9和10是在受輕微損傷后才出現(xiàn)輕微漏油現(xiàn)象。而密封圈組9和10出現(xiàn)受輕微傷的原因可能是減速機在裝機過程中零部件清洗不干凈或是齒輪在運轉過程中產生的粉末雜質，其中后者無法避免，或是減速機制動器開啟壓力和銑刨機給的開啟壓力差太小，導致活塞4在上下往復運動中更容易將雜質帶到密封圈組9和10上。結合出現(xiàn)這種漏油現(xiàn)象的比例不是很大，因此懷疑密封圈組9有輕微損傷是由于銑刨機給予減速機的制動器開啟壓力和減速機自身的開啟壓力差過小，由客戶所給信息可知，銑刨機給減速機的制動器開啟壓力為2.6 MPa，而減速機制動器開啟壓力為1.8～2.2 MPa，為了精確計算數(shù)值，需要計算出減速機制動器開啟壓力的大小。

3.2? ? 減速機開啟壓力計算

已知活塞安裝彈簧數(shù)量為12組，大彈簧和小彈簧原始長度為37 mm，彈簧壓縮后長度為26.5 mm，大彈簧彈力系數(shù)38 N/mm，小彈簧彈力系數(shù)20.6 N/mm，活塞密封腔體大外圓直徑118.9 mm，小外圓直徑98.2 mm。當彈簧被壓緊時，根據(jù)公式F=kx[2]（k為彈簧的彈力系數(shù)，單位為N/mm；x為彈簧的壓縮量，單位為mm），可以求得彈簧對活塞產生的總彈力：

其中：

將n=12，k1=38，k2=20.6，x=37-26.5=10.5 mm代入公式（2）和（3）中，可以求得F1=4 788 N，F(xiàn)2=2 596 N。將F1和F2的值代入公式（1）得到彈簧對活塞產生的總彈力F0=7 384 N。

活塞密封腔體面積為：

將D=118.9 mm，d=98.2 mm代入公式（4），得到活塞密封腔體面積A≈3 529 mm2。

活塞密封腔體壓力公式為：

將F0=7 384 N，A=3 529 mm2代入公式（5），得到P≈2.1 MPa。

3.3? ? 減速機故障改進措施

針對銑刨機行走減速機的制動器開啟壓力和減速機自身開啟壓力差過小這一原因，考慮到提高銑刨機整車的系統(tǒng)壓力成本更高，因此首先考慮降低減速機的制動器開啟壓力（在確保減速機制動力矩達到使用要求的前提下）。為此，可以減少安裝在活塞上的彈簧數(shù)量，以降低減速機制動器的開啟壓力。通過計算可以得知，當大彈簧數(shù)量為8個、小彈簧數(shù)量為4個時，減速機開啟壓力為1.2～1.4 MPa，與銑刨機制動器的系統(tǒng)壓力2.6 MPa相差比較大，因此理論上是符合設計要求的。針對馬達座6和殼體8之間的O型圈7發(fā)生變形的問題，解決方案是將O型圈5安裝處的止口密封膠去掉，然后增加O型圈5。通過上述方案的優(yōu)化，公司后續(xù)的減速機產品再沒出現(xiàn)過上述問題。

4? ? 結束語

目前基于銑刨機行走減速機故障分析的相關研究比較少，隨著銑刨機零部件的不斷國產化，針對銑刨機行走減速機的研究也將不斷完善。本文針對目前銑刨機行走減速機國產化后出現(xiàn)的問題進行了詳細總結，本文對減速機故障的分析，有利于推動銑刨機行走減速機的國產化進程。

[參考文獻]

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[3] 成大先.機械設計手冊 第1卷[M].5版.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

收稿日期：2023-06-01

作者簡介：李偉（1984—），男，山東人，高級工程師，研究方向：齒輪傳動系統(tǒng)。