一種銑刨機(jī)行走減速機(jī)故障分析

李偉 任增斌 欒彩強(qiáng)

摘要：銑刨機(jī)行走減速機(jī)是路面銑刨機(jī)的減速機(jī)構(gòu)，液壓馬達(dá)通過減速機(jī)減速后驅(qū)動輪胎前進(jìn)，而減速機(jī)的密封結(jié)構(gòu)是影響減速機(jī)故障和銑刨機(jī)性能的重要因素。影響減速機(jī)密封性的主要因素包括制動器活塞密封件、制動器進(jìn)油口處密封件、制動器進(jìn)油口液壓油壓力大小，其中制動器活塞密封件要承受高壓，因此此處密封也是最容易損壞的地方。針對密封兩個部件之間O型圈因止口密封膠的影響而出現(xiàn)漏油的情況，通過對制動器活塞與制動器液壓油壓力大小的合理匹配、選型以及密封兩個部件之間O型圈與止口密封膠的合理處理，避免了減速機(jī)出現(xiàn)漏油的情況。

關(guān)鍵詞：銑刨機(jī)；減速機(jī)；制動器；活塞；密封

中圖分類號：TH132.46? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）17-0066-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.018

0? ? 引言

銑刨機(jī)行走減速機(jī)所匹配的銑刨機(jī)采用后置輸料，行走實(shí)心膠輪、全液壓四輪獨(dú)立驅(qū)動以及皮帶驅(qū)動銑刨轂等結(jié)構(gòu)形式[1]，此結(jié)構(gòu)銑刨機(jī)與同類銑刨機(jī)相比具有配置先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。但是其用來驅(qū)動行走實(shí)心膠輪的行走減速機(jī)在使用過程中容易發(fā)生漏油現(xiàn)象，該行走減速機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動，同時由液壓系統(tǒng)提供減速機(jī)的制動器進(jìn)油口壓力。為此，找到漏油原因并加以改進(jìn)顯得尤為重要，本文將對該過程進(jìn)行介紹。首先，根據(jù)用戶反饋信息，公司派技術(shù)人員到客戶使用現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研，同時結(jié)合有關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終找到了漏油原因，解決了銑刨機(jī)行走減速機(jī)在使用過程中出現(xiàn)的漏油問題。

1? ? 減速機(jī)故障情況

1.1? ? 減速機(jī)故障現(xiàn)象

根據(jù)客戶的幾次反饋可以知道，減速機(jī)故障主要表現(xiàn)形式是減速機(jī)在行走過程中突然單個輪胎抱死不轉(zhuǎn)，被動地拖拽行走，此時將銑刨機(jī)停車，然后將減速機(jī)后蓋上的加放油塞轉(zhuǎn)到最高位置，打開油塞后會發(fā)現(xiàn)油塞里面有一定壓力的液壓油流出來（圖1）。

1.2? ? 減速機(jī)臨時維修方案

售后人員到達(dá)現(xiàn)場后將減速機(jī)內(nèi)帶有一定壓力的潤滑油放掉后，將后蓋拆卸下來，檢查減速機(jī)內(nèi)部齒輪和軸承是否出現(xiàn)故障。拆開后蓋并檢查齒輪和軸承沒有損傷，然后運(yùn)轉(zhuǎn)減速機(jī)，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)可以正常轉(zhuǎn)動，證明減速機(jī)內(nèi)的齒輪和軸承是完好無損的（圖2）。然后將后蓋再裝回減速機(jī)上，向減速機(jī)內(nèi)加油至油位并擰緊油塞，發(fā)動銑刨機(jī)車輛，此時原來抱死不轉(zhuǎn)的減速機(jī)正常工作。當(dāng)銑刨機(jī)正常工作約一周后，原來抱死的減速機(jī)又出現(xiàn)了抱死現(xiàn)象，對應(yīng)的實(shí)心輪胎又開始被其他輪胎拖拽行走?，F(xiàn)場工人打開油塞后又發(fā)現(xiàn)有一定壓力的潤滑油流出，將減速機(jī)內(nèi)部的油放出一部分至油位后，將油塞擰緊在減速機(jī)后蓋上，發(fā)動車輛，減速機(jī)又開始正常工作。此后一直有規(guī)律地出現(xiàn)上述情況，最終給客戶更換了新的減速機(jī)。

2? ? 銑刨機(jī)行走減速機(jī)故障原因查找及分析

2.1? ? 減速機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

輸出扭矩：3 000 N·m；輸出轉(zhuǎn)速：85 r/min；速比：20.8；制動力矩：290 N·m；開啟壓力：1.8～2.2 MPa。

2.2? ? 減速機(jī)結(jié)構(gòu)

銑刨機(jī)行走減速機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由輸入軸1、小彈簧2、大彈簧3、活塞4、O型圈5、馬達(dá)座6、O型圈7、殼體8、密封圈組9、密封圈組10、靜摩擦片11、動摩擦片12、齒圈13、油塞14、后蓋15以及齒輪部件等組成。

2.3? ? 減速機(jī)故障分析

針對減速機(jī)突然抱死不轉(zhuǎn)（對應(yīng)實(shí)心膠輪拖拽行走）的情況，首先考慮減速機(jī)內(nèi)部齒輪或軸承損壞或制動器出現(xiàn)故障問題。由前文1.2可知，減速機(jī)內(nèi)的齒輪和軸承是完好無損的，因此考慮制動器部分出現(xiàn)漏油情況。在不拆開減速機(jī)的前提下，用手動打壓泵連接馬達(dá)座6上的制動器進(jìn)油口，然后向減速機(jī)內(nèi)注入5 MPa的壓力并做保壓試驗(yàn)3 h，發(fā)現(xiàn)手動泵壓力沒有明顯下降，證明減速機(jī)制動器部分不漏油。為進(jìn)一步驗(yàn)證減速機(jī)制動器部分是否漏油，將減速機(jī)整體放入齒輪油中，然后向減速機(jī)馬達(dá)座6的制動器進(jìn)油口連接0.7 MPa的空氣，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)周圍沒有氣泡出現(xiàn)（圖4），進(jìn)一步證明減速機(jī)制動器部分密封效果良好。

但是在減速機(jī)抱死后，通過擰開后蓋15上的油塞放油可知，減速機(jī)內(nèi)部齒輪油增加了。由圖3中的減速機(jī)結(jié)構(gòu)可以知道，減速機(jī)內(nèi)多余的齒輪油應(yīng)該是由制動器進(jìn)油口進(jìn)入到減速機(jī)內(nèi)的液壓油，也就是說當(dāng)減速機(jī)抱死后，液壓油已經(jīng)進(jìn)入到減速機(jī)內(nèi)部了，進(jìn)而導(dǎo)致減速機(jī)內(nèi)油量增加，故上述所做的減速機(jī)制動器部分的密封試驗(yàn)只能證明當(dāng)活塞靜止不動時，制動器部分是密封完好的，但是在活塞工作過程中，減速機(jī)制動器部分是否完好目前還不知道，但大概率是漏油的。為此，開始拆卸減速機(jī)并查找原因。

首先拆下馬達(dá)座6，發(fā)現(xiàn)安裝在馬達(dá)座6和殼體8之間的O型圈7發(fā)生了變形，導(dǎo)致制動器液壓油有可能從該處漏油（本案此處沒有漏油），O型圈7發(fā)生變形的原因是安裝O型圈5的地方用止口密封膠替代了O型圈5，當(dāng)馬達(dá)座6和殼體8結(jié)合在一起后，多余的止口密封膠被擠壓并占用了原來安裝O型圈7的沉孔（圖5）。

繼續(xù)拆卸減速機(jī)，把活塞4取出后檢查密封圈組9的完整性（密封圈組10在殼體8的內(nèi)孔，在不拆卸密封圈組10的前提下無法觀察其完整性），如圖6所示，密封圈組9的黑色圈上出現(xiàn)了細(xì)微的傷痕，結(jié)合減速機(jī)在使用過程中內(nèi)部齒輪油增加的情況可推斷，密封圈組9和10存在漏油的可能性。再找來第二臺出現(xiàn)同樣故障的減速機(jī)，用手動打壓泵連接馬達(dá)座6上的制動器進(jìn)油口，并不斷打壓泄壓，使得活塞4不斷上下移動，當(dāng)試驗(yàn)做到超7 h的時候，密封圈組9和10的地方出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，進(jìn)而證實(shí)了前面的推斷，即密封圈組9和10存在漏油的可能性。

3? ? 銑刨機(jī)行走減速機(jī)改進(jìn)措施

3.1? ? 減速機(jī)故障時密封圈組9和10細(xì)微損傷原因分析

針對密封圈組9和10在活塞4靜止的時候密封效果良好，無漏油現(xiàn)象，而當(dāng)活塞4做上下往復(fù)運(yùn)動很多次后（試驗(yàn)超7 h的時候）才發(fā)生漏油現(xiàn)象，結(jié)合密封圈組9上有細(xì)微的傷痕，可以推斷密封圈組9和10是在受輕微損傷后才出現(xiàn)輕微漏油現(xiàn)象。而密封圈組9和10出現(xiàn)受輕微傷的原因可能是減速機(jī)在裝機(jī)過程中零部件清洗不干凈或是齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的粉末雜質(zhì)，其中后者無法避免，或是減速機(jī)制動器開啟壓力和銑刨機(jī)給的開啟壓力差太小，導(dǎo)致活塞4在上下往復(fù)運(yùn)動中更容易將雜質(zhì)帶到密封圈組9和10上。結(jié)合出現(xiàn)這種漏油現(xiàn)象的比例不是很大，因此懷疑密封圈組9有輕微損傷是由于銑刨機(jī)給予減速機(jī)的制動器開啟壓力和減速機(jī)自身的開啟壓力差過小，由客戶所給信息可知，銑刨機(jī)給減速機(jī)的制動器開啟壓力為2.6 MPa，而減速機(jī)制動器開啟壓力為1.8～2.2 MPa，為了精確計算數(shù)值，需要計算出減速機(jī)制動器開啟壓力的大小。

3.2? ? 減速機(jī)開啟壓力計算

已知活塞安裝彈簧數(shù)量為12組，大彈簧和小彈簧原始長度為37 mm，彈簧壓縮后長度為26.5 mm，大彈簧彈力系數(shù)38 N/mm，小彈簧彈力系數(shù)20.6 N/mm，活塞密封腔體大外圓直徑118.9 mm，小外圓直徑98.2 mm。當(dāng)彈簧被壓緊時，根據(jù)公式F=kx[2]（k為彈簧的彈力系數(shù)，單位為N/mm；x為彈簧的壓縮量，單位為mm），可以求得彈簧對活塞產(chǎn)生的總彈力：

其中：

將n=12，k1=38，k2=20.6，x=37-26.5=10.5 mm代入公式（2）和（3）中，可以求得F1=4 788 N，F(xiàn)2=2 596 N。將F1和F2的值代入公式（1）得到彈簧對活塞產(chǎn)生的總彈力F0=7 384 N。

活塞密封腔體面積為：

將D=118.9 mm，d=98.2 mm代入公式（4），得到活塞密封腔體面積A≈3 529 mm2。

活塞密封腔體壓力公式為：

將F0=7 384 N，A=3 529 mm2代入公式（5），得到P≈2.1 MPa。

3.3? ? 減速機(jī)故障改進(jìn)措施

針對銑刨機(jī)行走減速機(jī)的制動器開啟壓力和減速機(jī)自身開啟壓力差過小這一原因，考慮到提高銑刨機(jī)整車的系統(tǒng)壓力成本更高，因此首先考慮降低減速機(jī)的制動器開啟壓力（在確保減速機(jī)制動力矩達(dá)到使用要求的前提下）。為此，可以減少安裝在活塞上的彈簧數(shù)量，以降低減速機(jī)制動器的開啟壓力。通過計算可以得知，當(dāng)大彈簧數(shù)量為8個、小彈簧數(shù)量為4個時，減速機(jī)開啟壓力為1.2～1.4 MPa，與銑刨機(jī)制動器的系統(tǒng)壓力2.6 MPa相差比較大，因此理論上是符合設(shè)計要求的。針對馬達(dá)座6和殼體8之間的O型圈7發(fā)生變形的問題，解決方案是將O型圈5安裝處的止口密封膠去掉，然后增加O型圈5。通過上述方案的優(yōu)化，公司后續(xù)的減速機(jī)產(chǎn)品再沒出現(xiàn)過上述問題。

4? ? 結(jié)束語

目前基于銑刨機(jī)行走減速機(jī)故障分析的相關(guān)研究比較少，隨著銑刨機(jī)零部件的不斷國產(chǎn)化，針對銑刨機(jī)行走減速機(jī)的研究也將不斷完善。本文針對目前銑刨機(jī)行走減速機(jī)國產(chǎn)化后出現(xiàn)的問題進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，本文對減速機(jī)故障的分析，有利于推動銑刨機(jī)行走減速機(jī)的國產(chǎn)化進(jìn)程。

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收稿日期：2023-06-01

作者簡介：李偉（1984—），男，山東人，高級工程師，研究方向：齒輪傳動系統(tǒng)。