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装载机轴头断裂故障的分析及其对策

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qikan012 发表于 2018-8-30 19:43:40 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
摘  要: 装载机在现代生产活动当中广泛应用,个体业者拥有量较大,由于其价格相对较贵,出现诸如焊接、结构设计方面的问题,尤其是象驱动桥出现轴头断裂或轴管断裂的问题,整个驱动桥就要报废,这会给业主造成较大的经济损失。文中就生产实际中遇到的两种故障进行分析并提出对策,以便生产厂家注重产品质量问题,改进工艺;同时也提醒使用者注意机械的正确使用和维护。
关键词:  装载机驱动桥轴头  断裂  故障分析  对策
装载机驱动桥在使用过程当中往往会出现轴头断裂或轴管断裂的问题,出现该种故障时不仅会造成安全事故,还会造成客户的重大经济损失。造成故障的原因既有驱动桥生产厂家的产品质量问题及设计方面的问题,也有使用者的使用、维护问题。现以我们生产实际中遇到的两种故障进行分析并提出对策,以便生产厂家注重产品质量问题,改进工艺;同时也提醒使用者注意机械的正确使用和维护。
1  故障之一——轴管焊接不良,导致轴管断裂
1.1  故障现象
某型30装载机驱动桥轴管和桥壳焊接处由于轴管焊接不良,出现断裂问题(图1)。      
   
(1)桥包侧断面                             (2)桥包侧断裂面放大图
图1  轴管焊接处断裂图
1.2  故障原因分析
该型装载机采用的是半轴套管经加工后焊接在驱动桥轴管上的组合式轴头。从市场退回故障件的断裂面进行仔细观察,断裂面成片车刀加工纹明显(图2),出现严重的未熔合现象,这是造成驱动桥轴头断裂的主要原因。从供应商知,该厂操作者采用手工焊接,操作时极易出现焊把摆动不均匀,摆幅小,极易使桥某处焊接未熔结,从此可证明上述判断正确。
未熔合属于面状缺陷,易造成应力集中,危害性很大(类同于裂纹),焊接技术条件中不允许焊缝存在未熔合。未熔合缺陷的端部和缺口是应力集中的地方,在交变载荷作用下很可能生成裂纹甚至断裂,如轮边减速器由于轴头锁紧螺帽松脱,造成圆锥磙子轴承损坏(滚柱脱落后散落在轮毂和轴头之间),轮毂极易产生冲击载荷,使得轮毂与齿毂相互摩擦(见图3齿毂摩擦印痕及制动盘偏磨印痕),由于齿毂通过花键套在半轴套管上,半轴套管必然受到冲击交变载荷作用,从而使得驱动桥轴管断裂,而该型装载机的焊接部位正好出现未熔合缺陷,所以在该处必然会出现断裂。
另外,由断裂面焊缝处可以看出存在气孔(图4),这样就减少了焊缝的有效截面积,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度,还会引起齿轮油的泄漏。从此处也可以看出存在严重的焊接质量问题。
















     
(1)桥包侧断面                      (2)轮边减速器侧断面
图2  焊接面车刀加工纹
            
(1)齿毂摩擦印痕                      (2)制动盘偏磨印痕
图3  齿毂摩擦印痕及制动盘偏磨印痕
   
(1)轮边减速器侧断面                     (2)轮边减速器侧焊缝气孔
图4  断裂面焊缝存在气孔
2  故障之二——热处理漏工序等原因造成轴头断裂
2.1  故障现象
某型50装载机驱动桥的轴头在花键联接处断裂,并有塑性变形,如图5所示。



















图5  轴头从花键联接处断裂,并有塑性变形
2.2  故障原因分析
出现此种故障往往先怀疑轴头材料是否有问题。
首先我们对驱动桥断裂侧轴头的硬度进行检测,经检测:断裂端轴头大端、中部、小端部的硬度分别为25HRC、47.2HRC、168HB;而另一侧则为24.5HRC、59.1 HRC、29.2 HRC,两端轴头小端硬度差别较大,说明轴头一端进行了调质处理,而另一端未进行调质处理,断裂端轴头小端硬度为168HB,按常规(168HB)达不到使用要求。同时我们也对断裂端的轴头材质进行检验。经对断裂件进行材质、金相化验,断裂件材质合格;而金相组织为珠光体+网状铁素体,组织晶粒粗大,晶粒度为2级,这说明该端材质就是没有进行调质处理(调质后金相组织应为:晶粒度≧5级的回火索氏体),是制造厂家热处理漏工序——未进行调质处理造成的结果,也是造成该种故障的主要原因。
再者我们根据该型驱动桥的齿圈毂固定方式中存在锥面套与齿圈毂锥孔的锥角匹配不良的问题。经检测锥面套的外圆锥度为31°40′,而齿圈毂锥面孔的锥度为30°20′,相差1°20′,这样锥面套与齿圈毂的接触面减小,呈线接触状态,使锥面套内、外圈出现局部性咬合、烧伤,破坏了正常的装配状态,这在旧件磨痕上可以得到验证(图6),这也会使得轮毂轴承紧度发生较大变化,以至造成半轴套管受到冲击交变载荷作用,从而易出现驱动桥轴管断裂现象。
另外,由市场退回的驱动桥中锁紧垫片与轴头配合的止舌出现断裂(图7)现象发现,轴头螺母组合锁紧失效,造成锁紧螺母中间的锁紧垫片严重挤伤、旋断,螺母螺纹牙型磨损,工作中锁止螺母松动,止动垫片承受驱动扭矩,轴头螺母组合向外退出,造成轴承间隙变大(从制动盘出现深磨痕也可看出),造成半轴套管受到冲击交变载荷作用。










            
     (1)齿圈毂侧                         (2)锥面套侧
图6   齿圈毂与锥面套磨痕










                  
图7   锁紧垫片止舌折断
3   预防及改进措施
针对以上两个故障我们采取以下预防及改进措施:
(1)对由于半轴套管焊接方法和焊接工艺方面存在问题引起轴头断裂的问题,需要生产厂家在半轴套管焊接的方法和焊接工艺方面进行改进,加强焊后焊接部位内部缺陷的检测,避免出厂产品在出现类似问题。如仔细清除每层焊道和坡口侧壁的熔渣;正确选择焊接电流,改进运条技巧,注意焊条摆动。
(2)对于驱动桥生产厂家要加强质量的检验,避免漏检、漏工序影响产品质量。
(3)提高锥面套与齿圈毂锥面配合精度,提高轴管螺纹部分的强度硬度,保证螺母组合预紧力。另外,尽可能的增加锁紧螺母的有效牙数并提高其强度,特别是外端螺母承担工作载荷和锁紧载荷的双重功能,螺母应加厚。
(4)使用者,经常检查轮毂是否由于轴头锁紧螺母松动(或轴承损坏)出现摆动而产生交变冲击载荷,造成轴头的断裂。其简单方法,如将驱动桥支起后,用手来回摆动轮胎即可判断轮毂轴承松紧度是否合适,轴头螺母是否松动或轴承磨损程度,以便紧固轴头螺母或更换轴承。
(5)维修者,在装配时要检查轴头锁紧螺母螺纹是否完好,锁紧垫片止舌是否完好并按规定力矩拧紧两锁紧螺母。
4  结束语
装载机在现代生活当中应用相当广泛,个体业者拥有量较大,由于其价格相对较贵,出现诸如焊接、结构设计方面的问题,往往不是用户能够解决的,一旦出现生产质量问题,不仅影响工期,还会给业主造成较大的经济损失,因此提醒生产厂家一定要注重产品质量问题,提高设计、制造水平,加强产品质量管理,用户要加强维护观念,防止机械出现早期故障。


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