礦用卡車MT5500 電動(dòng)輪密封漏油分析

吳海濱

（國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

特雷克斯MT5500 有效載荷為360 t，車輛總質(zhì)量為598 t，車長(zhǎng)14.87 m、寬7.67 m、高9.05 m。特雷克斯MT5500 搭載1 臺(tái)16 缸4 沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用交流[1]電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，最高速度達(dá)102.99 km/h。MT5500 電動(dòng)輪自卸卡車迄今為止一直是哈爾烏素露天煤礦主要的剝離和巖土運(yùn)輸設(shè)備之一，由于設(shè)備整體載重大，工作周期長(zhǎng)，電動(dòng)輪問題日漸嚴(yán)重，特別電動(dòng)輪漏油的故障一直困繞著整個(gè)車間，降低了設(shè)備使用壽命，縮短了總成件的周轉(zhuǎn)周期，增加了人力和財(cái)力的損耗。為此，通過對(duì)影響礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪密封漏油現(xiàn)象的各種因素的分析，分別從電動(dòng)輪的各個(gè)階段切入，分析影響礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪主密封漏油的主要因素，電動(dòng)輪在維修過程中存在的人、機(jī)、料、環(huán)等方面的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而加深對(duì)效果控制因素的認(rèn)識(shí)，為下一步對(duì)具體問題進(jìn)行分析、制定對(duì)策、實(shí)施整改、效果驗(yàn)證等打下基礎(chǔ)，同時(shí)培養(yǎng)自查找問題的能力。

1 MT5500 卡車電動(dòng)輪機(jī)械結(jié)構(gòu)和密封組成

MT5500 卡車是全部潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，而630E 與MT4400 卡車電動(dòng)輪大軸承是潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，主密封在電動(dòng)輪腰部固定密封，礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪的2 道主密封固定在電動(dòng)輪的最頂端和最底部，所以礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪的2 道主密封作用距離較長(zhǎng)，封油壓力較大，對(duì)電動(dòng)輪整體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定影響。

MT5500 卡車電動(dòng)輪密封組成如下：

1）由主密封為Garlock 57858/57859 型號(hào)金屬骨架密封，油封唇口在與軸頸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)接合過程中，產(chǎn)生了1 個(gè)徑向載荷，即徑向壓力。這個(gè)壓力對(duì)油封唇口的磨損率和密封性都有著很大的影響。如果該徑向壓力過小，其摩擦力大為降低，雖可減輕二者的磨損，但油封的密封性能嚴(yán)重下降，造成漏油或嚴(yán)重漏油。如果該徑向壓力過大，雖有利于增強(qiáng)油封唇口的密封性能，但二者之間的摩擦力增加，二者接觸的環(huán)面難以形成良好的油膜，所以會(huì)加劇二者的磨損，使油封在較短使用期內(nèi)唇口就遭受損壞并禍及軸頸，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

2）由軸承壓圈上的直徑為3.64 mm 的線緊密封，是1 個(gè)電動(dòng)輪是否有漏油現(xiàn)象的最后一道防線，如若改密封出現(xiàn)不能封油那么電動(dòng)輪隨著運(yùn)行的溫度，速度很快將齒油浸染整個(gè)電動(dòng)輪前端蓋，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起火災(zāi)事故。

2 MT5500 卡車電動(dòng)輪密封漏油分析

從電動(dòng)輪本身出發(fā)，對(duì)檢修過程逐一進(jìn)行核實(shí)，特別是一些對(duì)技術(shù)要求比較嚴(yán)格的地方，更要嚴(yán)格確保在標(biāo)準(zhǔn)檢修范圍內(nèi)，比如說軸承的間隙，密封膠涂抹的均勻程度，齒輪油注入量。2019 年—2020（上半年）電修車間MT5500 電動(dòng)輪總成進(jìn)出廠統(tǒng)計(jì)分析見表1。

表1 2019 年—2020（上半年）電修車間MT5500 電動(dòng)輪總成進(jìn)出廠統(tǒng)計(jì)分析

由表1 發(fā)現(xiàn)，礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪主密封漏油嚴(yán)重現(xiàn)象調(diào)查前，編制了調(diào)查計(jì)劃，收集哈礦汽修車間和輪胎車間一線工人對(duì)礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪故障的綜合評(píng)價(jià)[2]，結(jié)合電修車間2020年的進(jìn)出廠記錄，發(fā)現(xiàn)80%的故障為漏油。

2.1 電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)方面

1）主軸的偏心量和加工精度。隨著電動(dòng)輪重復(fù)地檢修磨損，加上不同外委廠家的不同標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致現(xiàn)在大部分的主軸的同軸度基本都失去了原有的同軸度[3]，很難找到標(biāo)準(zhǔn)值。主軸的偏心量，當(dāng)偏心量大于規(guī)定值時(shí)，軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的提高而增大。使密封唇口受到?jīng)_擊和不正常的擠壓，最終使密封損壞；假如即使保證了主軸的同軸度，也很難保證精度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，軸的表面粗糙度太大，軸面易粘附鐵屑、灰塵等顆粒，侵入密封唇口與軸摩擦，磨損唇口導(dǎo)致漏油。軸的表面過于光滑，潤(rùn)滑油難以形成油膜或保持，會(huì)使密封干摩擦。與主密封接觸件的表面粗糙度控制在0.4～1.6 μm，表面的硬度HRC 32～42，增加旋轉(zhuǎn)件鍍洛工藝[4]。

2）O 環(huán)密封的位置。MT5500 電動(dòng)輪的2 道主密封固定在在電動(dòng)輪的最頂端和最底部，所以相比之下礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪的2 道主密封作用距離較長(zhǎng)，封油壓力較大。而O 環(huán)密封位于主密封上部，最后1 道封油密封，額定功率為2 014 kW，額定載荷為326 t，如此強(qiáng)大的作用之下，僅靠最外端的密封進(jìn)行封油，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生很大的故障率，這也是電動(dòng)輪本身系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的不合理之處。

2.2 主密封受力方面

1）油脂的潤(rùn)滑不同。礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪的基本結(jié)構(gòu)各機(jī)械部分全部是潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，而礦用大型卡車630E 與礦用大型卡車MT4400 等電動(dòng)輪大軸承是潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，主密封在電動(dòng)輪腰部固定密封，而礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪的2 道主密封固定在在電動(dòng)輪的最頂端和最底部。

2）潤(rùn)滑油與潤(rùn)滑脂全部都是潤(rùn)滑系統(tǒng)常用的潤(rùn)滑劑[5]，潤(rùn)滑油常指黏度系數(shù)較小的油脂，常溫下為液態(tài)；潤(rùn)滑脂常指黏度系數(shù)稍大的油脂，常溫下常為膏狀。潤(rùn)滑油與潤(rùn)滑脂都用于潤(rùn)滑，但是適用的范圍稍有差異。潤(rùn)滑油的流動(dòng)性強(qiáng)，揮發(fā)性稍高，在一些摩擦溫升比較大，需用潤(rùn)滑與降溫的運(yùn)用場(chǎng)合采用較多。潤(rùn)滑脂是因?yàn)檩^大的黏度，在設(shè)備摩擦面黏附性更好，還可以附著在設(shè)備潤(rùn)滑點(diǎn)而不流失；潤(rùn)滑脂可以在設(shè)備摩擦面周圍形成一個(gè)相對(duì)密閉的油脂圈，避免異物入侵；同時(shí)潤(rùn)滑脂具備比潤(rùn)滑油更好的承載力與減震實(shí)際效果。

3）密封壓力不同。O 環(huán)油封在與軸頸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)接合過程中，產(chǎn)生了一個(gè)徑向載荷，即徑向壓力。這個(gè)壓力對(duì)密封的接觸面的磨損率和密封性都有著很大的影響。如果該徑向壓力過小，其摩擦力大為降低，雖可減輕二者的磨損，但油封的密封性能嚴(yán)重下降，造成漏油或嚴(yán)重漏油。如果該徑向壓力過大，雖有利于增強(qiáng)油封唇口的密封性能，但二者之間的摩擦力增加，二者接觸的環(huán)面難以形成良好的油膜，所以會(huì)加劇二者的磨損，使油封在較短使用期內(nèi)接觸面就遭受損壞并禍及軸頸，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

2.3 配件質(zhì)量及運(yùn)行環(huán)境方面

影響油封密封性能的除了徑向壓力外，還有與油封面接合的軸頸表面粗糙度、軸頸跳動(dòng)量、旋轉(zhuǎn)表面的線速度以及唇口的光滑程度、橡膠材質(zhì)等因素有關(guān)。另外，軸承缺油或油質(zhì)過臟及泥沙等雜物侵入，都會(huì)加劇接觸面磨損并使其與軸頸松曠接觸，造成油封密封失效。

由于露天礦的特殊環(huán)境原因，電動(dòng)輪運(yùn)行在高溫，干燥，高塵土的惡劣條件下，電動(dòng)輪的各項(xiàng)指標(biāo)都接近極限值，那么電動(dòng)輪的防塵尤為重要，是保證主密封不漏油的第一道防線。

3 解決方案

1）O 環(huán)的材質(zhì)方面。選擇綜合性能較好的氟橡膠（FKM）[6]作為旋轉(zhuǎn)骨架密封的材料，其耐高溫、耐低溫、回彈性、扯斷強(qiáng)度、增加生長(zhǎng)率都較好，使用溫度范圍為-70～200 ℃，可有效地提高密封件的使用壽命。

2）裝配過程。裝配過程如下：①首先裝MT5500電機(jī)部分，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求，在電機(jī)與主軸基座將有一個(gè)高度差[7]，這是通過深度尺進(jìn)行進(jìn)準(zhǔn)測(cè)量該高度差，調(diào)整好調(diào)間隙片，用軸承壓蓋通過52 道M18 螺栓扭矩為220 N·m 進(jìn)行壓緊，使電機(jī)部分在軸向不能有任何的移位；②將輪轂上軸承加熱到120 ℃，用機(jī)械磁鐵將軸承平穩(wěn)地吊運(yùn)到主軸上軸承位上，同時(shí)保證軸承位上無任何雜質(zhì)，因?yàn)檩S承與軸承位之間是過盈配合，然后將軸承壓圈下面放入630～700 mm的調(diào)間隙片，通過42 道M18 螺栓扭矩為220 N·m 將軸承壓緊，目的是保證輪轂上軸承的間隙在0.45～0.55 mm 之間，這個(gè)范圍內(nèi)的間隙是軸承運(yùn)行最佳區(qū)間，既保證軸承正常運(yùn)行性能要求又提高了軸承的散熱性能；③軸承壓圈內(nèi)側(cè)面與主軸接觸的部分有一個(gè)能放入O 環(huán)槽，必須提前0.5 d 用密封膠將O 環(huán)進(jìn)行固定，這個(gè)也是最關(guān)鍵的一步，密封膠不能太多，也不能太少，太多會(huì)增加O 環(huán)密封整體厚度，使O 環(huán)在裝配時(shí)與主軸進(jìn)行直接的剪切，損壞O 環(huán)密封；密封膠太少，又起不到固定O 環(huán)的作用，直接是O 環(huán)脫落，而且在裝配時(shí)不能是O 環(huán)進(jìn)行拉伸裝配，只能很平滑地放入密封槽內(nèi)，如若拉伸，根據(jù)橡膠的特性，會(huì)自動(dòng)收縮結(jié)果是O 環(huán)密封太短，達(dá)不到封油的效果。

3）裝配工藝的革新。傳統(tǒng)的裝配流程是先裝電機(jī)壓蓋，然后裝軸承壓圈，這樣就導(dǎo)致裝配過程中軸承壓圈內(nèi)的O 換密封的任何情況都不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。相反，第1 次進(jìn)行試裝可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)O 換密封的狀況，若沒有異常，則進(jìn)行下一步，提前做好預(yù)防，避免了在裝配時(shí)導(dǎo)致直接性的損壞；同時(shí)會(huì)對(duì)軸承壓蓋調(diào)隙片與電動(dòng)輪主軸接觸部分進(jìn)行均勻涂抹密封膠，這是防止漏油的最后一道防線，延緩電動(dòng)輪的漏油現(xiàn)象。

4）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。O 換密封為進(jìn)口件直徑3.64 mm為密封圈，國(guó)產(chǎn)件為3.76 mm，通過多次試驗(yàn)每次0.02 mm 進(jìn)行遞減測(cè)試，研判分析出最合理的尺寸，既保持了密封本身的固有屬性，又結(jié)合了電動(dòng)輪運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗，最終確定直徑為3.58 mm 的密封圈為最佳尺寸。

5）防塵毛氈裝配改進(jìn)。電動(dòng)輪最外端為防塵壓蓋，防塵毛氈切斜口進(jìn)行縫合，最初是涂抹潤(rùn)滑脂，進(jìn)過反復(fù)驗(yàn)證，涂抹的潤(rùn)滑脂只能在毛氈的表面，并不能完全是整個(gè)毛氈全部被軟化，未到達(dá)完全吸附灰塵的效果。防塵毛氈裝配完成后，每隔4 h 進(jìn)行齒輪油油浸，而非潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，直至24 h 毛氈完全被軟化后，方可進(jìn)行下一步的裝配使用，提高了毛氈的吸附效果，保證了主密封運(yùn)行的關(guān)鍵條件。

6）日常維護(hù)保養(yǎng)。由于電動(dòng)輪本身是各部件比較精密，各部件都有自身的疲勞強(qiáng)度[8]，一度超負(fù)荷運(yùn)行，各鏈接部件溫度升高，磨損嚴(yán)重縮短了電動(dòng)輪的使用壽命。嚴(yán)格控制礦用大型卡車的載重，清楚地記錄運(yùn)行時(shí)間，保養(yǎng)記錄，有什么異常情況，車輛勻速運(yùn)行，縮短使用電制動(dòng)周期。5 臺(tái)MT5500 電動(dòng)輪改進(jìn)情況統(tǒng)計(jì)與分析見表2。

表2 5 臺(tái)MT5500 電動(dòng)輪改進(jìn)情況統(tǒng)計(jì)與分析

4 結(jié)語

通過對(duì)礦用卡車MT5500 電動(dòng)輪漏油故障的研究，降低了設(shè)備的返修率和人員勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了維修成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，同時(shí)保證了設(shè)備的出動(dòng)率。了解礦用大型卡車MT5500 電動(dòng)輪的工作原理，給今后的檢修工作指引了方向。隨著設(shè)備的運(yùn)行周期增加，各配件之間的不匹配，檢修標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)當(dāng)做出相應(yīng)的調(diào)整。