攪拌車滾道與托輪常見故障與解決方法

王會會，饒偉強

（徐州徐工施維英機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

混凝土攪拌車是一種用于攪拌和運輸混凝土的專用設(shè)備，攪拌筒前端與減速機連接，攪拌筒后錐處焊接有滾道，通過與滾道滾動接觸的兩個托輪支撐，滾道與托輪接觸組成“運動副”，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。通過對混凝土攪拌車的使用情況進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)攪拌筒滾道與托輪之間的“運動副”故障的頻率較高，其常見故障有三類：一是滾道焊縫開裂、二是托輪轉(zhuǎn)動異響、三是表面劃傷[1-3]。

圖1 滾道與托輪

1 滾道焊縫開裂

滾道與筒體焊接時，比較常見的結(jié)構(gòu)是滾道套焊在攪拌筒后錐段上，兩側(cè)用角焊縫焊接，內(nèi)側(cè)與筒體上若干長圓孔焊接。攪拌筒在使用過程中，滾道與托輪處的集中載荷以及滾道與筒體的變形都會使焊接承受較大的交變應(yīng)力。此外筒體卷圓效果不盡人意，導(dǎo)致滾道與筒體貼合不緊密，需采用外力強制貼合焊接，焊縫本身存在內(nèi)預(yù)應(yīng)力隱患，更易開裂[4-5]。

解決方法：改進滾道的結(jié)構(gòu)，將后錐段筒體分為前、后兩段，通過滾道焊接形成一個整體，如圖 2 所示。具體連接方法為：（1）滾道兩側(cè)面有凹槽，把攪拌筒后錐前段和后錐后段分別插入凹槽內(nèi)進行焊接，降低了對滾道定位及筒體卷圓精度的要求。（2）滾道與筒體的焊接，除了外側(cè)角焊縫外，內(nèi)側(cè)增加了 2 條焊縫，焊縫強度得到了極大加強。改進后的滾道結(jié)構(gòu)雖然減少了筒體與滾道的接觸面積，但能使筒體外表面與滾道內(nèi)表面的貼合更緊密，有利于提高焊接質(zhì)量。

圖2 攪拌筒滾道結(jié)構(gòu)改進前后對比

2 托輪轉(zhuǎn)動異響

通常托輪在滾道帶動下做均勻轉(zhuǎn)動，當發(fā)生異常時，托輪會產(chǎn)生的異響，其原因如下：

（1）沒有對攪拌車做正常保養(yǎng)，如果托輪表面沒有加注充足的潤滑脂，與滾道表面產(chǎn)生干摩擦?xí)r會發(fā)生異響。此外，當托輪發(fā)生異常，轉(zhuǎn)不動時，托輪與滾道的運動副由滾動摩擦轉(zhuǎn)為滑動摩擦?xí)r也會產(chǎn)生異響。

（2）托輪位于攪拌筒的進出料口下方，混凝土砂、石等雜物極易進入軸承內(nèi)部，雜物在滾動體帶動下轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致軸承內(nèi)部損壞，產(chǎn)生異響。

解決方法：應(yīng)避免托輪與滾道間的干摩擦。按混凝土攪拌運輸車使用說明書要求定期對滾道及托輪表面加注潤滑脂，保證表面有效潤滑，以達到接觸面最佳磨合效果。規(guī)范托輪裝配過程中的調(diào)試工序，防止托輪轉(zhuǎn)動不靈活。

同時要防止雜物進入軸承。設(shè)計時要選用合理的密封結(jié)構(gòu)，并加裝密封罩，盡量將密封圈和旋轉(zhuǎn)類零件固定。在托輪安裝過程中盡量避免將污染物質(zhì)帶入軸承內(nèi)部[6-7]。

3 表面劃傷

混凝土攪拌車投入使用后，攪拌筒滾道與托輪的理想狀態(tài)是：在使用 5～7 天后，經(jīng)過冷作硬化，滾道與托輪摩擦面形成光亮的表面。但由于用戶對攪拌車使用操作不規(guī)范，加之制造過程中的缺陷，使得滾道與托輪這對運動副在使用過程中達不到理想狀態(tài)，表面會出現(xiàn)起皮、劃傷、溝槽等現(xiàn)象。其可能的原因如下：

（1）設(shè)計的因素。若攪拌車滾道與托輪本身設(shè)計不合理，會造成滾道表面出現(xiàn)非正常磨損現(xiàn)象，因此需要重新校核滾道與托輪間的接觸應(yīng)力。此外，若是滾道與托輪的硬度匹配不合適，無論哪個先磨損，都會造成運動副損壞，工作時也容易出現(xiàn)表面劃傷等問題。

解決方法：計算滾道與托輪間的接觸應(yīng)力，以某混凝土攪拌運輸車為例，滿載時混凝土加攪拌筒自重約為 21t，攪拌筒安裝角度為 13.5°，根據(jù)攪拌筒受力分析（見圖 3），經(jīng)計算可知滾道處的作用力約為 9.68t，即滾道處的總受力 P=95kN。由圖 1 可知，作用于托輪的力 F=58kN。根據(jù)彈性力學(xué)可知，當兩個軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓時，其接觸面是一狹長矩形，最大接觸應(yīng)力發(fā)生在接觸區(qū)中線上，其值為：

σmax=0.418[FE/b×(R1+R2)/(R1R2)]1/2=522(MPa)

式中：σmax——最大接觸應(yīng)力，kN；

b——滾道寬度，b=0.08m；

F——托輪處的作用力，F(xiàn)=58kN；

R1——滾道半徑，R1=0.87m；

R2——托輪半徑，R2=0.108m；

E——彈性模量，E=2.06×108kN/m2（滾道材料為鍛鋼，托輪材料為 45 鋼）。

查機械設(shè)計手冊可知，干濕摩擦的鋼件許用接觸應(yīng)力 [σ]=570MPa。

同時要合理選擇滾道與托輪的硬度，強化硬度檢查，以保證滾道與托輪硬度達到合理匹配。

圖3 攪拌筒及其受力

（2）制造的因素。若攪拌筒滾道軸線與托輪軸線不平行，則在托輪上轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生軸向擺動，導(dǎo)致摩擦面拉傷。

解決方法：改進攪拌筒與副車架的焊接工藝，減少裝配累計偏差。攪拌筒滾道軸線是由攪拌筒工裝精度及筒體圓度決定的，托輪軸線是由副車架上蓋板的角度決定的。在攪拌筒與滾道組對前，應(yīng)校正攪拌筒工裝，確保滾道組對精度；應(yīng)加強筒體卷圓過程控制，避免筒體失圓。在焊接副車架前，應(yīng)校正其焊接工裝、控制焊接變形。焊接時，應(yīng)控制好電流、電壓，減少焊接變形，以保證攪拌筒滾道軸線與托輪軸線平行度。

4 結(jié)論

本文對混凝土攪拌車滾道與托輪的常見故障進行了原因分析，并提出了行之有效的解決方法，以保證攪拌車滾道和托輪接觸處于最佳狀態(tài)，延長滾道與托輪的使用壽命。關(guān)于混凝土攪拌車滾道與托輪的故障，可能還有其他方面的原因，還有待于業(yè)內(nèi)的設(shè)計及工藝人員去分析、解決。