3t裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)地腳螺栓斷裂故障排除分析

胡旭

摘要：裝載機(jī)作為一種常用的工程機(jī)械，已被廣泛應(yīng)用到港口的生產(chǎn)作業(yè)中。本文以3t裝載機(jī)為研究對(duì)象，圍繞其整機(jī)振動(dòng)過大以及發(fā)動(dòng)機(jī)地腳螺栓易發(fā)生斷裂問題，指出了在安裝、使用減震器時(shí)所需要注意的事項(xiàng)，分別從減震器自身參數(shù)、減震器安裝等方面分析了發(fā)動(dòng)機(jī)地腳螺栓發(fā)生斷裂的原因，最后對(duì)具體的改進(jìn)方案予以明確，且改裝了發(fā)動(dòng)機(jī)的支撐。經(jīng)最終改裝且測試證實(shí)，4個(gè)支承的隔振率在多方面上都得到大幅提升，振動(dòng)情況得到顯著改善，故障被有效排除。

關(guān)鍵詞：3t裝載機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī);地腳螺栓;斷裂故障

中圖分類號(hào)：TH243? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0154-02

0? 引言

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、穩(wěn)定化發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，人們除了對(duì)工程機(jī)械的整機(jī)質(zhì)量給予高度重視外，還對(duì)其操縱舒適性提出了更多且更嚴(yán)格要求。需要指出的是，在對(duì)整機(jī)質(zhì)量以及操作舒適性造成影響的各種因素當(dāng)中，最為突出且常見的便是振動(dòng)，首先，振動(dòng)會(huì)使駕駛員在頻繁振動(dòng)的環(huán)境中產(chǎn)生不舒服感，由于振動(dòng)程度存在差異，或者因人而異，駕駛員會(huì)從中感到疲勞、不舒適，甚至進(jìn)展為身心痛苦;其次，如果工程機(jī)械在實(shí)際的激振頻率上，與其自身的固有頻率越發(fā)接近，此時(shí)，振幅會(huì)持續(xù)性的增大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)形成共振，如果整機(jī)處于共振狀態(tài)，那么不僅容易造成一些零件的松動(dòng)、脫落，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)致使此些零件提前損壞，增加成本及維修頻次，不利于生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度與效率。本文圍繞3t裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，就其地腳螺栓斷裂故障的原因及具體排除思路探討如下。

1? 3t裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)地腳螺栓斷裂原因

針對(duì)某款3t裝載機(jī)而言，其在既往的售后反饋當(dāng)中，時(shí)常存在兩種情況，其一為整車有著比較大振動(dòng)情況，其二是發(fā)動(dòng)機(jī)右后地腳螺栓存在明顯的斷裂狀況。而根據(jù)既有經(jīng)驗(yàn)得知，之所以出現(xiàn)上述情況，可能原因有二，第一就是強(qiáng)度等級(jí)方面的問題，而第二則為螺栓質(zhì)量方面的問題，但需要強(qiáng)調(diào)的是，通過對(duì)此螺栓進(jìn)行更換，且加強(qiáng)螺栓強(qiáng)度等級(jí)之后，上述問題并沒有得到有效解決。因存在著比較嚴(yán)重的螺栓斷裂與振動(dòng)問題，我公司相關(guān)技術(shù)人員組建了攻堅(jiān)小組，小組圍繞此類情況，開展了全面且深入的分析，從中找出如下主要問題：

1.1 減振器原因

此3t裝載機(jī)所配套的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種有著強(qiáng)勁功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，在處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)情況，故專門安裝了先進(jìn)的減振器，但需要指出的是，減振器在具體的布置方向上存在差異。基于減振器的相關(guān)應(yīng)用上來分析，其最合理位置即為同一平面、同一方向，而對(duì)于3t裝載機(jī)所配套的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，現(xiàn)階段，采取的是典型的四點(diǎn)支承，各發(fā)動(dòng)機(jī)支承借助減振器來實(shí)現(xiàn)與車架之間的有效連接;但需強(qiáng)調(diào)的是，因在剛開始的時(shí)候，因受限于發(fā)動(dòng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致在對(duì)減振器進(jìn)行實(shí)際排布過程中，無論是發(fā)動(dòng)機(jī)前端的兩個(gè)支承，還是左后支承減振器，都是采用的比較常見的前、后方向布置，此外，還需要說明的是，其把發(fā)動(dòng)機(jī)右后支承所對(duì)應(yīng)的減振器進(jìn)行比較特殊的左右方向布置，也就是相反于其它三個(gè)減振器的方向。而基于減振器所具有的減振效果來分析，此乃導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)右后地腳螺栓發(fā)生斷裂情況的最關(guān)鍵性原因。另外，針對(duì)右后支承減振器而言，不管是進(jìn)行前后方向的布置，還是進(jìn)行左右方向的布置，均與左后減振器之間呈現(xiàn)為不對(duì)稱狀態(tài)，從而導(dǎo)致右后減振器螺栓出現(xiàn)受力過于集中的情況，這同樣是造成螺栓發(fā)生斷裂的常見原因。

1.2 減振器自身的性能參數(shù)

基于減振器自身的各項(xiàng)性能參數(shù)來分析，現(xiàn)階段，發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的四個(gè)減振器是標(biāo)準(zhǔn)的EA220型減振器，其無論是在剛度上，還是在額定載荷上，再或者是其他方面，均有著相同的參數(shù);但現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，這四個(gè)減振器所能夠承受的載荷其實(shí)是不相同的，主要原因在于減振器所能夠承受的主要載荷，不僅來自于自發(fā)動(dòng)機(jī)自身重量，而且還包含其它部件的重量，比如傳動(dòng)軸、液壓泵、變矩器以及膠管等，而對(duì)于其中的液壓泵、變矩器而言，其通常情況下，與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪端直接相連，因此，這四個(gè)減振器所能夠承受的載荷其實(shí)并不完全相同，即以往所選用減振器在具體的減振性能上，難以從根本上滿足裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的減振要求，這同樣是造成裝載機(jī)整機(jī)有著比較大振動(dòng)，從而導(dǎo)致螺栓斷裂的主要原因。

通過全面、嚴(yán)格測量得知，前、后減振器在具體的受力情況上，主要為：整體重量為935kN（其中不僅包含有液壓膠管、工作泵、變矩器，而且還囊括傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向泵、發(fā)動(dòng)機(jī)等）;針對(duì)位于前端的減振器而言，其單個(gè)的受力為295kN;而對(duì)于后端的減振器來分析，其單個(gè)受力為165kN。

2? 明確具體的改進(jìn)方案

通過開展上述分析，最終對(duì)相匹配的改進(jìn)方案給予明確：其一，根據(jù)具體需要，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)支承進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其左右兩邊能夠完全對(duì)稱，以此防止因減振器螺栓受力不均勻而造成螺栓斷裂的情況發(fā)生;其二，依據(jù)減振器所存在的實(shí)際受力情況，圍繞減振器，就其具體的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行重新選擇，而對(duì)于相配套的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定;把后端的兩個(gè)減振器更改成更為合理的圓形結(jié)構(gòu)減振器，而在具體型號(hào)上，可選CB2204型，之所以選擇此種型號(hào)，原因在于前段受限于整車結(jié)構(gòu)，僅能采用原先的減振器。

3? 進(jìn)行試驗(yàn)與測試

3.1 定義坐標(biāo)系方向

在定義坐標(biāo)系的具體方向時(shí)，需要做到應(yīng)保持其一致于車輛坐標(biāo)系，X正方向是整車的前進(jìn)方向，而Z、Y方向分別表示為垂直車架方向、左右方向。

3.2 測試的基本流程及最終結(jié)果分析

參照上述方案，開展有目的性、針對(duì)性且全面化改進(jìn)，而且還選用專業(yè)設(shè)備對(duì)策、測試了改進(jìn)前、后的隔振情況，具體的測試流程為：

3.2.1 測試的主要目的

圍繞橡膠懸置塊處發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎腳上的振動(dòng)信號(hào)，以及車架上的震動(dòng)型號(hào)，分別進(jìn)行測試分析，從中將各個(gè)懸置點(diǎn)的振動(dòng)衰減率計(jì)算出來，從中明確懸置所對(duì)應(yīng)的隔振性能。

3.2.2 測試的主要內(nèi)容與方法分析

對(duì)不同懸置點(diǎn)位置處發(fā)動(dòng)機(jī)以及車架上三個(gè)方向的震動(dòng)信號(hào)、懸置的隔振性能進(jìn)行逐一測試。另外，將三向振動(dòng)傳感器分別安裝在各懸置點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和車架上，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)性跟蹤，并且進(jìn)行怠速試驗(yàn)與慢升速試驗(yàn)，對(duì)各懸置點(diǎn)位置處發(fā)動(dòng)機(jī)與車架所對(duì)應(yīng)的震動(dòng)情況進(jìn)行測試。

3.2.3 所用到的設(shè)備、儀器及數(shù)據(jù)分析軟件

在本次試驗(yàn)與測試工作中，所遇到的儀器主要有7個(gè)PCB 356A25 356A26型號(hào)的振動(dòng)傳感器，1個(gè)SPS-5型光電轉(zhuǎn)速傳感器，以及1個(gè)SC305型數(shù)據(jù)采集器;所用軟件為1套LMS Test.Lab型數(shù)據(jù)分析軟件;另外，還用到9根導(dǎo)線。

3.2.4 采集數(shù)據(jù)

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行跟蹤時(shí)，僅對(duì)轉(zhuǎn)速在630～2000r/min之間的轉(zhuǎn)速進(jìn)行跟蹤，每間隔30r/min便進(jìn)行一段信號(hào)的采集工作，從中將其OVERALL值計(jì)算出來。而在具體的采樣帶寬上，即為256Hz，與之相配套的采樣譜線數(shù)是512。

3.2.5 最終測試結(jié)果

本文僅圍繞右后支承的測試情況（怠速工況下）作一剖析。分別在改進(jìn)前及改進(jìn)后，進(jìn)行右后懸置怠速隔振性能曲線的繪制，然后進(jìn)行對(duì)比，并且根據(jù)相關(guān)公式，將怠速時(shí)的隔振率（Td）給計(jì)算出來，即發(fā)動(dòng)機(jī)上的振動(dòng)能量值與車架上振動(dòng)能量值相減所得到的差值，與發(fā)動(dòng)機(jī)上的振動(dòng)能量值的比值，即為Td。通過分析相關(guān)曲線結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在具體的左右方向上，不僅無隔振效果，而且位于車架上的震動(dòng)較發(fā)動(dòng)機(jī)支承所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)，也要偏大。因此，隔振率（TdY）經(jīng)計(jì)算得知，即為-0.37，出現(xiàn)負(fù)值;而通過圖1的計(jì)算結(jié)果得知，其在各個(gè)方向上的隔振率，都有明顯提高;四個(gè)支承改進(jìn)前、后的怠速隔振率為：

①改進(jìn)前。前右支承TdX、TdY、TdZ的隔振率分別為0.48、0.72、0.57;前左支承分別為0.53、0.53、0.73，后左支承依次為0.53、-0.30、0.49，后右支承分別為0.72、-0.36、0.66。②改進(jìn)后。前右支承TdX、TdY、TdZ所對(duì)應(yīng)的隔振率分別是0.57、0.92、0.67，前左支承、后左支承分別為0.76、0.91、0.66，0.87、0.54、0.91，后右支承分別是0.85、0.66、0.92。

在RUNUP工況時(shí)，改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)減振器在具體的隔振率上相比改進(jìn)前，同樣有明顯提高。依據(jù)上述測量結(jié)果開展了深層化、全面性整改，在改進(jìn)之后的近6個(gè)月的運(yùn)行里，未發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)右后地腳螺栓斷裂情況，此外，整機(jī)振動(dòng)還得到了明顯降低。由此表明，通過改進(jìn)之后的裝載機(jī)，其運(yùn)行效果好，能夠有效防止地腳螺栓斷裂狀況的發(fā)生。（圖1）

4? 結(jié)語

綜上，3t裝載機(jī)是當(dāng)前工程機(jī)械中的常用設(shè)備，其能夠高效率運(yùn)行，會(huì)對(duì)整個(gè)工程進(jìn)度產(chǎn)生較大影響。因此，做好其檢修維護(hù)工作，至關(guān)重要。針對(duì)3t裝載機(jī)所配套的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，由于功率大、功耗高，在實(shí)際運(yùn)作過程中容易出現(xiàn)振動(dòng)等情況，而長此以往，便會(huì)造成地腳螺栓斷裂，從而對(duì)整機(jī)的正常運(yùn)作造成較大影響。所以需要深入分析發(fā)動(dòng)機(jī)地腳螺栓斷裂故障發(fā)生原因，制定具體的改進(jìn)方案，將故障消除掉，為3t裝載機(jī)高效化運(yùn)行提供切實(shí)保障。

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