VOLVO A40E鉸卡鉸接銷孔配合失效故障分析及處理

周玉華

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 引言

目前城門山銅礦擁有17輛礦用大型VOLVO A40E鉸接卡車，是采礦場主要運(yùn)輸設(shè)備之一［1］。隨著四班三運(yùn)轉(zhuǎn)高負(fù)荷的惡劣環(huán)境下工作，前車架鉸接銷孔座與銷軸接觸部位受扭矩、彎矩、沖擊、重心疊加等復(fù)合載荷影響，處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，使鉸接銷孔與銷軸之間磨損間隙逐漸加劇。當(dāng)鉸接銷孔磨損量接近1mm時(shí)，在作業(yè)過程中形成一種安全隱患［2］。磨損部位主要體現(xiàn)在鉸接銷孔與銷軸之間，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)安全事故，造成設(shè)備停機(jī)，影響安全生產(chǎn)。為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，延長設(shè)備使用壽命，因此，解決瓶頸難題迫在眉睫，針對鉸接銷孔與銷軸之間磨損間隙故障進(jìn)行分析，消除故障，解決隱患，避免給礦山帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響［3］。

2 故障分析及原因

2.1 故障分析

車輛運(yùn)行10000h左右，鉸接銷孔與銷軸經(jīng)過長期使用，銷孔與銷軸受到磨損出現(xiàn)松曠現(xiàn)象［4］，并陸續(xù)出現(xiàn)鉸接銷軸固定螺絲松動(dòng)，斷裂等故障，嚴(yán)重時(shí)影響正常生產(chǎn)。至2012年底車輛維修次數(shù)明顯增多。通過拆卸和測量17臺(tái)鉸卡鉸接部位數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)鉸接銷孔最大失圓度達(dá)到1.22mm（前后方向磨損量2.2mm，左右方向磨損量0.88mm）。測量數(shù)據(jù)如表1：

表1 VOLVO A40E鉸接卡車故障情況表

2.1.1 銷孔失效分析

之所以出現(xiàn)鉸接銷孔變形，是因?yàn)檐囕v在運(yùn)行過程中受沖擊、彎矩等復(fù)合載荷的影響，加之前后車架的重心疊加，使其應(yīng)力狀態(tài)變得非常復(fù)雜。結(jié)合鉸卡的實(shí)際設(shè)計(jì)，認(rèn)為此處銷孔在設(shè)計(jì)上存在缺陷，最直接判斷，銷孔與銷軸是屬于直接接觸，中間沒有過渡性質(zhì)。因?yàn)殂q接銷軸是自由狀態(tài)，可以方便更換，而與之配合的銷孔是直接加工在前車架上的，一旦出現(xiàn)失效則必須更換前車架總成。首先要將前車架上的部件（發(fā)動(dòng)機(jī)，油箱，駕駛室，前輪，液壓系統(tǒng)等）全部拆下，再換上新的前車架，再進(jìn)行安裝調(diào)試等，因此存在維修不便、工序繁雜、費(fèi)用較高等諸多問題。結(jié)合理論與實(shí)踐，造成上述現(xiàn)象的最主要原因是銷孔與銷軸之間存在相對運(yùn)動(dòng)，所以，研究重點(diǎn)放在了修復(fù)銷軸與銷孔上。而城門山銅礦鉸卡的銷孔、銷軸異常磨損主要表現(xiàn)在前車架的上部銷孔，下部銷孔則相對變形較小。如圖1。

圖1 技改前銷孔示意圖

2.1.2 銷軸的失效分析

銷軸的使用性能除了受其材料的影響之外，還與表面粗糙度、硬度以及與銷套的配合公差有關(guān)，特別是與銷套的硬度配比對銷軸的耐磨性影響很大。通過研究大量工程機(jī)械用銷軸的失效得出結(jié)論，磨損是銷軸的主要失效形式，占80%左右，其次是斷裂失效。而磨損分三個(gè)階段：磨合階段，磨粒磨損階段，粘著磨損階段［5］（如圖2）。

圖2 銷軸磨損階段圖

第一階段的磨合階段主要是微凸體改變自身形狀和材料的冷作硬化，該階段的磨損主要受銷軸表面粗糙度的影響。

第二階段的磨粒磨損是銷軸壽命的主要階段，磨損量小，經(jīng)歷時(shí)間長，該階段的磨損主要受硬度和配合的影響，其中配合是通過影響潤滑狀態(tài)來影響磨損的，另外，表面粗糙度也會(huì)影響這一階段穩(wěn)定后的配合，進(jìn)而影響銷軸的磨損。

第三階段為粘著磨損，到了這一階段銷軸迅速磨損，也就意味著銷軸的壽命也將馬上終結(jié)。由此可見，為了延長銷軸的壽命，避免銷軸提前失效，對銷軸的表面粗糙度、硬度和公差配合進(jìn)行精心設(shè)計(jì)十分必要。

2.2 故障原因探析

車輛在運(yùn)行過程中前車架鉸接銷孔與銷軸屬于直接接觸，受扭矩、彎矩、沖擊、重心疊加等復(fù)合載荷影響處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，中間沒有過渡性質(zhì)措施，存在設(shè)計(jì)缺陷，是造成前車架鉸接銷孔與銷軸直接接觸磨損的原因。

3 采取措施及完成進(jìn)度

到目前為止，前車架上部鉸接銷孔已經(jīng)嚴(yán)重變形，失圓度達(dá)到1.22mm，表面光潔度超差嚴(yán)重，原上鉸接銷孔直徑?110mm，下銷孔直徑?100mm，相對整個(gè)鉸卡工作狀況顯得比較薄弱，要將其加強(qiáng)，解決方案就是將銷孔內(nèi)鑲固定套。因?yàn)殇N孔與前車架為一體，所以在固定套的選材上要考慮強(qiáng)化處理因素，其強(qiáng)度必須高于活動(dòng)銷軸。

圖3 上銷軸套圖紙

圖4 下銷軸套圖紙

圖5 銷軸圖紙

3.1 措施一，銷軸套與銷軸的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)合理的銷軸套與銷軸，避免銷軸直接磨損銷孔座，并完成圖紙繪制和加工材料的選定。針對V13#鉸接式卡車銷孔磨損情況，根據(jù)鉸接銷孔原有技術(shù)參數(shù)，結(jié)合整車性能相關(guān)要求，于2013年2月初設(shè)計(jì)繪制完成上下銷軸套與銷軸圖紙（如圖3、4、5）。根據(jù)銷軸套的相關(guān)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)繪制出銷軸的圖紙（如圖5）。

3.2 措施二，銷軸套與銷軸的材料選擇及熱處理

選材加工銷軸套和銷軸材料。銷軸的材料很多，主要根據(jù)銷軸的工作載荷、潤滑條件、對銷軸的強(qiáng)度和耐磨性要求、熱處理工藝等來選擇合適的材料。選定材料后，擬定其熱處理工藝。由于銷軸安裝到位后與鉸接頭沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)，所以熱處理可采用整體正火、調(diào)質(zhì)加表面淬火處理，如表2。

表2 常用幾種銷軸材料熱處理硬度對應(yīng)表

銷軸的表面淬火處理采用高頻感應(yīng)加熱表面淬火，其優(yōu)點(diǎn)是：提高銷軸疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性，變形小，淬火層深度易于控制，淬火時(shí)不易氧化和脫碳。淬火深度1～2mm。表面淬火后精磨外圓，提高表面光潔度，表面粗糙度不高于0.4。結(jié)合實(shí)際工況，銷軸在選材時(shí)，其強(qiáng)度要略低于固定套，以達(dá)到保護(hù)銷孔的目的，所以選用35CrMo作為活動(dòng)銷軸的材料。根據(jù)前車架本體的材質(zhì)性能和要求，選定了42CrMO鋼為銷軸套的制作材料。于2013年2月中旬加工完成銷軸套與銷軸成品（如圖6）。

圖6 銷軸套與銷軸

3.3 措施三，銷孔的設(shè)計(jì)加工及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)蔫偺?/h3>

2013年2月下旬完成對V13#鉸卡前車架鉸接銷孔磨損進(jìn)行鏜孔工藝處理。首先找到鉸接銷孔定位基準(zhǔn)，找準(zhǔn)中心，用專用鏜床將上銷孔擴(kuò)孔至?125mm，下銷孔擴(kuò)孔至?115mm，表面粗糙度達(dá)到1.6以上，公差等級(jí)為H7（如圖7）。

圖7 定位基準(zhǔn)鏜孔圖

鑲套工藝：在鑲套過程中固定套內(nèi)孔變形是無法避免的，所以在鑲套前內(nèi)孔必須留加工余量，熱處理工藝要考慮其綜合機(jī)械性能，如韌性、硬度、耐磨性等，要進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、淬火處理。再將用液氮冷卻的銷套裝入銷孔內(nèi)，然后將銷套與銷孔本體進(jìn)行焊接固定。如圖8。

圖8 鑲套工藝圖

待消除焊接應(yīng)力后，再對銷套內(nèi)壁進(jìn)行鏜孔校準(zhǔn)。然后用引銷將車架銷孔與鉸接后掛鉤的相對位置鎖定好，最后將液氮冷卻好的銷軸安裝到前車架銷孔中，完成銷軸安裝。如圖9。

圖9 液氮冷安裝圖

通過技改銷軸孔避免磨損，維修方便。技改后銷軸套與銷軸安裝示意圖，如圖10、11。

圖10 技改后銷軸套安裝示意圖

圖11 技改后銷軸安裝示意圖

4 實(shí)施效果

從2013年2月初開始對V13#鉸卡鉸接銷孔第一次技改試用，持續(xù)跟蹤4個(gè)月后未出現(xiàn)固定螺栓松動(dòng)和任何異常現(xiàn)象，效果十分明顯。并逐步擴(kuò)大試驗(yàn)范圍，分別在V17、V8、V4、V12四臺(tái)車上試用，持續(xù)跟蹤，效果良好，再推廣到其余12臺(tái)VOLVO鉸卡車上使用，并繼續(xù)跟蹤，均未出現(xiàn)因前車架鉸接銷孔磨損而引發(fā)的故障，達(dá)到技改的目的。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

因V13#鉸卡前車架鉸接銷孔磨損情況最為嚴(yán)重，如不及時(shí)技改將更換前車架總成件，以V13#鉸卡技改前后經(jīng)濟(jì)效益做一個(gè)對比如下：

技改前更換前車架總成件單價(jià)436734 元，原裝銷軸單價(jià)8080元，技改前的維修次數(shù)9次，銷孔磨損維修費(fèi)用23587元。

技改后前車架總成件鏜孔費(fèi)用37500元。加工國產(chǎn)銷套2430元,加工國產(chǎn)銷軸4000元。

（437634+8080+23587）-（2430+4000+37500）=425371（每臺(tái)車）×17（臺(tái)車）=7231307元。

因此，技改17臺(tái)鉸卡共節(jié)約成本7231307元，降低成本，提高了效益。

4.2 社會(huì)效益

有效杜絕鉸接銷孔磨損所造成的車體分離的安全事故，為安全生產(chǎn)提供了可靠保障；增加了設(shè)備利用率，提高設(shè)備可開動(dòng)率。通過技改廣泛運(yùn)用到舉升缸、翻斗銷等銷孔上，解決銷孔所帶來的安全隱患。

5 結(jié)束語

大型礦用VOLVO A40E鉸接卡車是大型露天礦山的關(guān)鍵設(shè)備。其運(yùn)行是否安全，將直接影響其生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本。因此，針對鉸接銷軸與銷孔之間因設(shè)計(jì)缺陷問題進(jìn)行深入的探究、分析，采取技術(shù)創(chuàng)新手段，解決了生產(chǎn)上的瓶頸難題，延長了設(shè)備使用壽命［6］，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，為確保礦山安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

［1］朱志興. VOLVO鉸接式卡車制動(dòng)異響故障的處理[J]. 銅業(yè)工程，2011(6):63-66.

［2］施柏平, 戴體強(qiáng). 裝載機(jī)機(jī)架鉸接部位磨損后的間隙補(bǔ)償方法[J],工程機(jī)械與維修, 2006(8):144-145.

［3］李勇, 楊耀東, 馬飛. 礦用電動(dòng)輪自卸車的概況及未來發(fā)展趨勢[J].礦山機(jī)械, 2010(14):52-54.

［4］谷彥中. 鉸接式裝載機(jī)鉸接部位的現(xiàn)場修理[J], 工程機(jī)械與維修,1994(1):34.

［5］張麗， 王國安， 蒙秋紅. 鉸接銷軸磨損失效分析及改進(jìn)[J]. 失效分析與預(yù)防, 2010(15):15-16.

［6］周玉華. 730E型礦用自卸卡車輪胎移位故障處理[J]. 礦山機(jī)械,2013(11):139-140.