鉸接式卡車鉸接頭螺紋磨損修復(fù)方案探討

賴作星，彭 駿

（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

城門山銅礦是一座以銅、硫?yàn)橹?，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀和稀散元素的大型多金屬礦山。沃爾沃A40E鉸接式卡車（以下簡稱A40E鉸卡）具有裝載、卸載效率高，爬坡能力強(qiáng)，道路適應(yīng)性好，機(jī)動(dòng)靈活及安全性能高等特點(diǎn)，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、復(fù)雜地形及氣候，可全天候作業(yè)，在城門山銅礦采礦場承擔(dān)了采剝作業(yè)運(yùn)輸任務(wù)。而該鉸卡的鉸接頭由于受沖擊、彎矩等復(fù)合載荷及內(nèi)部腐蝕，導(dǎo)致鉸接頭螺紋出現(xiàn)磨損、斷扣等失效形式［1］，將會(huì)使整個(gè)鉸卡出現(xiàn)軸箱串動(dòng)的現(xiàn)象。針對(duì)出現(xiàn)的這類問題，我們進(jìn)行研究、分析，采取技術(shù)手段解決存在的安全隱患，能給礦山創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 鉸接結(jié)構(gòu)介紹及現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 設(shè)備鉸接結(jié)構(gòu)介紹

A40E鉸卡采用鉸接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［2］，由前后兩個(gè)部分組成。鉸卡汽車前車架分布置發(fā)動(dòng)機(jī)及其操作系統(tǒng)、駕駛室；后車架分布置車斗和自卸裝置，通過鉸接頭將汽車的動(dòng)力部分與載貨部分連接起來，鉸接頭直接與鉸卡的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)立的無限制轉(zhuǎn)動(dòng)。特別是它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，不像普通汽車在無路條件下工作時(shí)，車架要承受很大的載荷；特殊的懸掛裝置以及獨(dú)特的轉(zhuǎn)向架可以使車輛在路面差、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［3］有過高的要求。

圖1 鉸接頭在車輛的位置圖示

圖2 鉸接頭在車輛的作用圖示

鉸卡鉸接頭是鑄造件，有兩個(gè)用于連接到前車架的吊耳。吊耳內(nèi)側(cè)有用潤滑脂潤滑的雙圓錐滾子軸承。掛接裝置吊耳插在前車架后部的兩個(gè)叉架之間，并用穿過后部和掛接裝置上的吊耳的鎖銷鎖定。下部鎖銷也是牽引車的車橋懸架三角支架的托架。在后車架中，掛接裝置被推入一個(gè)鋼輪中并用一個(gè)鎖緊螺母鎖定。鼓輪和掛接裝置之間的軸承由用機(jī)油潤滑的滑動(dòng)軸承組成，其通過位于后車架上的油箱潤滑。

中間軸位于鉸接頭內(nèi)側(cè)并用兩端的軸承支撐。中間軸將來自分動(dòng)箱的動(dòng)力傳遞到后橋。其兩端通過位于中間軸每一端的傳動(dòng)法蘭盤連接到傳動(dòng)軸。如圖3所示。

1、鉸接頭；2、中間軸；3、雙圓錐滾子軸承；4、銷；5、三角支架；6、鋼輪；7、鎖緊螺母；8、滑動(dòng)軸承；9、滾珠軸承；10、滾輪軸承；11、傳動(dòng)法蘭盤；12、前車架；13、后車架；14、油箱

2.2 鉸接頭大螺紋磨損現(xiàn)狀

鉸卡經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行，鉸接頭受沖擊、彎矩等復(fù)合載荷，除經(jīng)常出現(xiàn)鉸接銷孔磨損變形故障外［4］，鉸接頭螺紋亦會(huì)出現(xiàn)磨損、斷扣等失效形式（如圖4所示）。出現(xiàn)該情況后，整個(gè)鉸卡在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)軸箱串動(dòng)的現(xiàn)象。

圖4 鉸接頭大螺紋磨損情況圖

自從V06鉸卡第一次出現(xiàn)了鉸接大螺紋磨損故障后，其余鉸卡陸續(xù)的出現(xiàn)了該故障，螺紋磨損具體情況如表1所示。

表1 鉸接頭螺紋磨損情況表 mm

3 解決方案

針對(duì)鉸接頭螺紋出現(xiàn)磨損的情況，我們通過分析，提出堆焊工藝［5］及鑲套工藝［6］兩個(gè)可以解決鉸接頭大螺紋磨損問題的方案供選擇。

通過測量，鉸接頭螺紋磨損前外形如圖5所示。

圖5 鉸接頭螺紋磨損前尺寸圖

3.1 堆焊工藝

堆焊是用焊接方法在金屬材料或零件表面上熔敷一層有特定性能材料的工藝過程，作為焊接技術(shù)的一個(gè)分支，其目的不是連接焊件,而是為了在焊件表面獲得具有耐磨耐熱耐腐蝕等特殊性能的熔敷金屬層,或是為了恢復(fù)或增加焊件的尺寸，堆焊方法在制造和修理中得到廣泛的應(yīng)用。

堆焊的物理本質(zhì)、熱過程、冶金過程以及堆焊金屬的凝固結(jié)晶與相變過程，與一般的焊接方法相比沒有什么區(qū)別。但是，堆焊主要是以獲得特定性能的表層、發(fā)揮表面層金屬性能為目的。

不同的工作條件要求堆焊金屬要有不同的使用性能，作為常用的鐵基堆焊金屬,其品較多,性能變化范圍廣,韌性和耐磨性配合好,最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低，因而使用很廣泛。我們考慮最為常見鐵基堆焊金屬的堆焊材料為下面2種。

（1）珠光體基體。

這類合金屬于珠光體鋼，碳含量一般小于3%，合金元素總量在5%以下。該類合金的特點(diǎn)是：硬度中等，有一定的耐磨性，沖擊韌性好，易于加工，經(jīng)濟(jì)性好。焊接性好，有很好的抗裂性能，焊接前一般不預(yù)熱，這種類型合金焊接性好，抗沖擊能力強(qiáng),硬度較低,主要用于修復(fù)象軸類的機(jī)械零件。

（2）普通馬氏體基體。

這類合金的組織主要為馬氏體，含碳量在0.1%～1.0%，合金元素含量一般在12%左右。這類堆焊金屬的組織主要為馬氏體，堆焊層的硬度和屈服強(qiáng)度高、耐磨性較高，可受中等沖擊，但抗沖擊能力卻比珠光體鋼和奧氏體鋼堆焊層差。主要用于修復(fù)金屬間磨損的零件,如齒輪、牽引車底盤等。

根據(jù)鉸接頭螺紋的載荷要求，必須要保證堆焊層金屬的耐磨性、耐蝕性、耐沖擊性。經(jīng)過對(duì)比分析，我們選擇馬氏體鋼堆焊金屬，當(dāng)螺紋磨損后，將螺紋部位打磨加工后進(jìn)行埋弧堆焊，埋弧堆焊是自動(dòng)生產(chǎn)，大電流，高效率，埋弧熱量多稀釋率大，一般堆焊20層后才能保證所需的性能，對(duì)于較大的且不易變形的零件的堆焊最適用，同時(shí)為了有效防止堆焊后焊層的開裂，必須進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊后保溫緩冷，以消除焊接應(yīng)力。

3.2 鑲套工藝

鑲套工藝，即通過在軸或孔中鑲一個(gè)套環(huán)，對(duì)已磨損的孔、軸進(jìn)行矯正修復(fù)的方法，此方法最先應(yīng)用于修理行業(yè)，并得到了較好的效果論證。當(dāng)螺紋M310×4磨損后，將螺紋部位完全車除至φ255mm，加工長度為60mm，并在此長度范圍內(nèi)加工M250×4的左旋螺紋，然后用42CrMo鑲套材料進(jìn)行鑲套，套外圓留8mm加工余量，內(nèi)孔為M250×4的左旋螺紋，與鉸接頭本體匹配，端面開坡口，在與鉸接頭旋合時(shí)螺紋涂螺紋膠，并保證內(nèi)端面與鉸接頭緊密結(jié)合，再進(jìn)行焊接，焊接完成后，加工至標(biāo)準(zhǔn)螺紋M310×4尺寸要求，如圖6所示。

圖6 鑲套工藝示意圖

經(jīng)過對(duì)以上兩種修復(fù)工藝對(duì)比分析，鑲套工藝的劣勢(shì)是會(huì)削弱本體的強(qiáng)度，理論上會(huì)降低零件的使用壽命，但其優(yōu)勢(shì)也很明顯。

（1）鑲套材料的選擇余地大，我們選擇42CrMo作為鑲套材料，可以兼顧到鉸接頭螺紋的耐磨性、耐蝕性、耐沖擊性。

（2）對(duì)鉸接頭整體的金相組織變化影響可以忽略不計(jì)，變形??；而如果選擇堆焊工藝后進(jìn)行加工，對(duì)鉸接頭整體的金相組織變化有較大影響。

（3）修復(fù)后鉸接頭螺紋再次磨損時(shí)僅需對(duì)襯套進(jìn)行更換，避免因修復(fù)反復(fù)對(duì)本體產(chǎn)生傷害。

通過對(duì)比分析，我們最終確定鑲套工藝作為鉸接頭的最終修復(fù)方案［7］。

4 實(shí)施效果

從2013年開始將鑲套工藝修復(fù)的鉸接頭在V06鉸卡上進(jìn)行試用，跟蹤3個(gè)月后未發(fā)現(xiàn)軸箱串動(dòng)現(xiàn)象，使用效果十分明顯，后續(xù)逐步推廣到其他鉸卡的鉸接頭上使用。經(jīng)過6個(gè)月持續(xù)試用、情況良好，實(shí)施后未發(fā)現(xiàn)鉸接頭螺紋磨損的現(xiàn)象，經(jīng)多年使用跟蹤，其使用壽命普遍可達(dá)到2年以上，有效解決了鉸接頭螺紋磨損導(dǎo)致的軸箱串動(dòng)所帶來的安全隱患，也避免了更換鉸接頭造成的成本浪費(fèi)，節(jié)約了大量的維修成本，同時(shí)也為生產(chǎn)贏得的寶貴時(shí)間。

5 結(jié)束語

A40E鉸卡是城門山銅礦露天礦山的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行是否安全穩(wěn)定，將直接影響礦山生產(chǎn)安全。為了解決設(shè)備鉸接頭磨損部分出現(xiàn)的故障，通過對(duì)鉸接頭進(jìn)行技術(shù)研究及處理，有效地延長鉸卡頭的使用壽命，從而避免了更換鉸接頭造成的浪費(fèi)，大幅降低了生產(chǎn)成本，可為提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。