VOLVO鉸卡前車架鉸接銷孔襯板故障分析與處理

鐘軍明，郭 軍，周玉華，夏興華，鄒建軍

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

1 引言

目前，城門山銅礦擁有VOLVO 鉸接式卡車（以下簡(jiǎn)稱：鉸卡汽車）二十臺(tái)，鉸卡汽車屬于6 X 6三車軸液壓裝載運(yùn)輸機(jī)，配備鉸接式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向，配有4 輪及6 輪驅(qū)動(dòng)裝置，可掛接或斷開，分別由前車架和后車架等部件組成。隨著城門山銅礦露天礦山開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鉸卡汽車在生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備中起著舉足輕重的作用。鉸卡汽車在極其惡劣高負(fù)荷環(huán)境下工作，不可避免地會(huì)出現(xiàn)前車架鉸接銷孔襯板變形，開裂引發(fā)多處故障頻發(fā)，造成停機(jī)維修周期長(zhǎng)的損失，甚至引發(fā)安全事故。為了加快礦山的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和安全發(fā)展步伐，提高設(shè)備生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)使用壽命，針對(duì)鉸接孔襯板變形，開裂等故障進(jìn)行探究、分析，并采取技術(shù)創(chuàng)新解決安全隱患，給礦山帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 鉸卡汽車基本結(jié)構(gòu)介紹

鉸卡汽車由前后兩個(gè)部分組成，每一部分都有自己的車架。鉸卡汽車前車架布置發(fā)動(dòng)機(jī)及其操作系統(tǒng)、駕駛室；后車架布置車斗和自卸裝置，通過(guò)鉸鏈接頭將汽車的動(dòng)力部分與載貨部分連接起來(lái)，直接與鉸卡汽車前車架和后車架相連，接入垂直鉸鏈和水平鉸鏈后使車輛具有良好的行駛性能；鉸卡汽車的后車架相對(duì)前車架上可以實(shí)現(xiàn)向左或向右回轉(zhuǎn)成45°角，還可以進(jìn)行“折疊”；另外，前后車架都可以在垂直于公共縱軸的平面內(nèi)繞公共縱軸作獨(dú)立的無(wú)限制轉(zhuǎn)動(dòng)，完全消除了作用在車架上的扭轉(zhuǎn)載荷，因此可以提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠性，不像普通汽車在無(wú)路條件下工作時(shí)，車架要承受較大的載荷；特殊的懸掛裝置以及獨(dú)特的轉(zhuǎn)向架可以使卡車在路面差、氣候惡劣的條件下正常行駛，使得車輛能夠在崎嶇地帶行駛而不會(huì)對(duì)懸架裝置有過(guò)高的要求。

3 鉸接銷孔襯板的組成及性能特點(diǎn)

3.1 鉸接銷孔襯板結(jié)構(gòu)組成

大型礦用鉸卡汽車屬于重型運(yùn)輸卡車，裝載量大，其鉸接銷孔襯板焊接在前車架上銷孔架與下銷孔架之間，并有上部上下銷孔和下部上下銷孔部件等組成（如圖1）。

圖1 前車架鉸接銷孔結(jié)構(gòu)圖

3.2 鉸接襯板主要性能特點(diǎn)

鉸卡汽車是城門山銅礦的主力運(yùn)輸設(shè)備，其鉸接銷孔襯板主要支撐上下銷孔座在受到外力撞擊下能保持在同一個(gè)水平面上，使前車架受力處于平衡和安全狀態(tài)。由于鉸卡汽車常年處于極其惡劣高負(fù)荷環(huán)境下四班三運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)，前車架鉸接銷孔座與銷軸接觸部位受到后車架所帶來(lái)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，導(dǎo)致鉸接銷孔襯板開裂，變形，從而使鉸卡汽車牽引單元與掛車單元重要連接部位存在安全隱患，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成鉸接銷軸脫落，使?fàn)恳龁卧c掛車單元分離，引發(fā)安全事故，影響設(shè)備使用壽命及生產(chǎn)安全，增加生產(chǎn)成本和降低生產(chǎn)效益［2］。

4 鉸接襯板故障原因分析

鉸接襯板故障主要表現(xiàn)在VOLVO 鉸卡汽車長(zhǎng)時(shí)間投入運(yùn)行，由于鉸接銷孔襯板受到前車架鉸接銷孔座與銷軸接觸部位受到后車架所帶來(lái)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)力作用下。自2007 年初起，VOLVO 鉸卡汽車開始不同程度出現(xiàn)銷孔襯板開裂，變形，引發(fā)鉸接器處銷軸螺絲松動(dòng)、銷軸外串等故障頻發(fā)，使停機(jī)維修頻次增加（如表1），從而影響設(shè)備正常運(yùn)行。

表1 鉸接銷孔襯板故障報(bào)修表

4.1 鉸接銷軸與銷孔受力分析

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、硬度以及與銷孔套配合公差有關(guān)，尤其是與銷孔套的硬度配比對(duì)銷軸的耐磨性影響較大。通過(guò)研究大量工程機(jī)械用銷軸與銷孔的配合失效得出結(jié)論，磨損對(duì)銷軸的主要失效形式占80%左右，其次是斷裂失效。因此，銷軸的失效是受到各種應(yīng)力增加，銷孔的應(yīng)力也隨著逐漸增加。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［3］（如圖2）。

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(zhǎng)，該階段的磨損主要受硬度和配合的影響，其中配合是通過(guò)影響潤(rùn)滑狀態(tài)來(lái)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即將終結(jié)。由此可見(jiàn)，為了延長(zhǎng)銷軸的壽命，避免銷軸提前失效，對(duì)銷軸的表面粗糙度、硬度和公差配合進(jìn)行重新設(shè)計(jì)十分必要。

圖2 銷軸磨損階段圖

4.2 鉸接銷孔襯板受力分析

通過(guò)對(duì)鉸接銷軸與銷孔受力分析，發(fā)現(xiàn)鉸接銷孔襯板不能承受后車架產(chǎn)生的扭矩、沖擊、重心疊加、復(fù)合載荷等各種復(fù)雜外力影響，使整個(gè)銷孔襯板在外力的應(yīng)力下出現(xiàn)變形、開裂等故障（如圖3、圖4）。

圖3 銷孔向后受力圖

圖4 銷孔向前受力圖

5 鉸接銷孔襯板工藝改進(jìn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬受力分析，需要原銷孔襯板增加受力面積，把原襯板厚度增加15mm 才能滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)最佳設(shè)計(jì)增加一塊相同厚度的襯板來(lái)抵制外力的沖擊力。

5.1 銷孔襯板設(shè)計(jì)與選材

根據(jù)現(xiàn)有的銷孔襯板參數(shù)，完成圖紙繪制，并選擇抗疲勞強(qiáng)度，能抵制外力的沖擊力鋼板材質(zhì)來(lái)增加受力面積，通過(guò)對(duì)鋼板材質(zhì)的強(qiáng)度分析，最終選定15mm 高強(qiáng)度的錳鋼板加工成相同尺寸的銷孔襯板。

5.2 銷孔襯板焊接工藝

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬受力分析，得出左側(cè)銷孔襯板外側(cè)上下連接部位和右側(cè)銷孔襯板內(nèi)側(cè)上下連接部位極易導(dǎo)致開裂，變形。根據(jù)現(xiàn)狀將改進(jìn)好的銷孔襯板焊接在左側(cè)銷孔左側(cè)和右側(cè)銷孔襯板內(nèi)側(cè)作為固定襯板。焊接前將原有銷孔襯板進(jìn)行校正焊接牢固，再將改進(jìn)好的襯板按照設(shè)定好的部位進(jìn)行加固焊接，焊接時(shí)必須在受力部位進(jìn)行加熱焊接，已達(dá)到焊接最佳效果（如圖5）。

6 實(shí)施效果

2007 年7 月份，將改進(jìn)后的銷孔襯板焊接在V1、 V2、 V3 鉸卡汽車上進(jìn)行試用跟蹤，跟蹤4 個(gè)月后未發(fā)現(xiàn)銷孔襯板變形、開裂等現(xiàn)象，效果十分明顯。2013 年逐步推廣到 V4 、V5、 V6、 V7、 V8、 V9、 V10 等鉸卡汽車上再次試用，持續(xù)跟蹤。經(jīng)過(guò)6 個(gè)月持續(xù)試用、試用情況良好，并全面推廣所有鉸卡汽車，實(shí)施后未發(fā)現(xiàn)銷孔襯板變形、開裂等現(xiàn)象，有效解決了銷孔襯板故障所帶來(lái)的其他安全隱患，避免了因停機(jī)維修周期長(zhǎng)而影響設(shè)備可開動(dòng)率的現(xiàn)象發(fā)生，提高了生產(chǎn)效率，降低了維修成本，為安全生提供了強(qiáng)有力的保障。

圖5 改造后的銷孔襯板圖

7 結(jié)束語(yǔ)

大型礦用鉸卡汽車作為城門山銅礦露天采礦場(chǎng)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)行是否安全，將直接影響礦山生產(chǎn)安全。為了解決設(shè)備上的瓶頸難題，通過(guò)對(duì)銷孔襯板進(jìn)行長(zhǎng)期、深人的技術(shù)探究及處理，能確保礦山的安全生產(chǎn)，大幅提高生產(chǎn)效率，有效地延長(zhǎng)了鉸卡汽車的使用壽命，提高設(shè)備可開動(dòng)率，大幅降低生產(chǎn)成本，可為提高礦山的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障［4］。