重型掘進機銷軸設計及熱處理工藝

楊春海

摘 要：簡要闡述了重型掘進機銷軸的種類及其使用情況，比較了各種銷軸的優缺點及其使用過程中存在的問題，從而研發出一種適合重型掘進機的專用銷軸和熱處理工藝，以解決銷軸易生銹、耐磨性差的問題。

關鍵詞：重型掘進機；銷軸；熱處理；銹蝕

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.086

掘進機的種類繁多，其關鍵聯接部位的銷軸也有很多種。雖然銷軸不是掘進機上的重要部件，但是，如果銷軸出現問題，就會引發重大事故。在部分銷軸被銹蝕的部位，因為銷軸無法拆除，可能會導致整個聯接部件需要全套更換。因此，有必要分析、比較掘進機用銷軸的使用情況，為掘進機銷軸選型提供參考依據。

1 掘進機用銷軸種類及其使用情況

掘進機銷軸的種類比較多，大體上分為開槽式銷軸、環形槽式銷軸和T形銷軸。

1.1 開槽式銷軸

開槽式銷軸的結構如圖1所示。這種銷軸有單邊開槽的也有雙邊開槽的，無論哪種方式，開槽式銷軸主要配合擋板使用，擋板有螺孔，需與主機固定，擋板通過卡槽固定銷軸，使其無法旋轉。一般情況下，銷軸中部與油缸或其他活動件滑動配合，而且銷軸端部有注油孔，可到達銷軸中部，保持銷軸的潤滑。該結構銷軸適用于輕型掘進機。對于重型掘進機中的銷軸，由于外界環境比較差，再加上潤滑不良，滑動摩擦阻力系數比較大，在上百噸推力油缸的作用下，擋板會承受極大的作用力，使得螺栓被剪斷，失去固定作用。雖然擋板外可加焊限位板，防止螺栓受剪，但是，在實際使用過程中，還是會因為種種原因導致擋板變形、損壞。在有銹蝕或變形的情況下，銷軸很難拆除，雖然銷軸中部可加裝一個專門用于拆銷裝置的螺孔，但是，由于沖擊力太小，銹蝕銷軸還是很難取出。

1.2 環形槽式銷軸

環形槽式銷軸如圖2所示，其外側設置一個或兩人擋板限位，但是，受環形槽結構的限制，擋板只能定位銷軸的軸向，防止銷軸來回竄動，而銷軸卻可以圓周自由轉動，有效解決了擋板受力易變形的問題。這種銷軸要求的潤滑點比較多，整機潤滑點由20多個增加到60多個，增加了維護保養人員的工作量。同時，相對運動的2個部件都有可能相對銷軸做旋轉運動。這樣使用一段時間后，容易導致2個部件內孔磨損度不一致，導致同心度出現偏差，部件偏載，成對的運動副單個受力，應力集中，容易引發比較嚴重的大部件損壞事件。該結構也同樣存在銷軸難拆裝的問題。

1.3 T形銷軸

T形銷軸如圖3所示，銷軸端部直接鍛造出一個大端面，上端均布8個大直徑螺孔，安裝時，銷軸用8條螺栓固定。由于螺栓數量比較多，距中心有一定的距離，所以，預緊后能產生一定的摩擦力，有效防止銷軸轉動。由現場試驗發現，該銷軸避免了其他銷軸容易出現的問題，而且其大端部可加裝頂絲孔，拆裝力可達近百噸，而且在發生變形的情況下也可以輕易地將銷軸頂出。因此，推薦在重型掘進機中使用這種結構的銷軸。

2 銷軸熱處理工藝

銷軸有了固定的結構后基本就可以消除結構上的損壞，但是，潤滑不良、銹蝕、磨損都是影響銷軸拆裝的幾個問題，所以，需要從熱處理工藝入手解決問題。由于掘進機處于潮濕的環境中，溫度比較高，再加上淋水等情況，銷軸普通表面采用發黑、鍍鉻等處理已經不能有效解決銹蝕、磨損等問題，因此，需要進一步改良表面熱處理工藝，從而有效解決這些問題。

鑒于銷軸的重要性，提高表面處理質量可以間接減少整機的維護成本，因此，建議銷軸表面處理使用性能良好的QPQ熱處理工藝。具體的處理工藝是：①預熱處理溫度為350～400 ℃，時間為20～40 min；②氮化處理溫度為520～570 ℃，時間為10～180 min；③氧化處理溫度為350～400 ℃，時間為15～20 min。

工件采用QPQ熱處理工藝處理后，其表面滲層組織主要由3層組成，由外向內分別為氧化膜、化合物層和擴散層。氧化膜是鐵的氧化物（Fe304），可以提高金屬表面的抗蝕性，對工件外觀有一定的美觀作用?；衔飳邮遣捎肣PQ技術所形成的滲層組織中最重要的部分，其耐磨性極高，抗蝕性也極高，與表面的氧化膜層一塊構成了抗蝕性極高的綜合抗蝕層。這就是QPQ技術處理件的抗蝕性遠遠高于鍍鉻、發黑、氮化等防腐技術，甚至超過不銹鋼的主要原因。擴散層是化合物層與工件中心之間的暗黑色組織，一般情況下，擴散層的主要作用是提高金屬的疲勞強度。高速鋼、不銹鋼等高合金鋼的擴散層硬度可以達到1 000 HV以上，所以，耐磨性也很高。

從銷軸熱處理工藝中可以看出，采用QPQ技術處理的銷軸表面有極高的抗腐蝕能力和抗磨性。采用QPQ技術處理過的抗鹽霧腐蝕能力為1Cr18Ni9Ti不銹鋼的5倍，鍍裝飾鉻的35 倍，1Cr13不銹鋼的40 倍，鍍硬鉻的70倍，發黑的280倍。由此可知，采用銷軸熱處理工藝極大地提高了銷軸的表面性能，徹底解決了銷軸表面存在的質量問題。

3 結束語

隨著掘進機的發展，使用方對掘進機的要求也在不斷提高——由過去的傻大笨粗向精細化的方向發展。只有產品質量過硬，部件的生產廠家才能在激烈的市場競爭中立足。在實際工作中，不斷改進產品細節是提高產品質量的有效手段之一。銷軸作為掘進機各大部位聯接部件中小而重要的組成部件，通過改良其自身材料、加工精度、熱處理的硬度，有效解決了銷軸質量問題引發的整機故障，同時，也為其他零部件細化設計起到了示范指導作用。