拖拉機轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂原因淺析

宣兆海

【摘 要】本文就拖拉機轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因進行分析，認(rèn)為其主要原因來源于操作不當(dāng)、設(shè)計不合理、鑄造缺陷以及材料強度不夠等造成轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂事故。

【關(guān)鍵詞】拖拉機；轉(zhuǎn)向節(jié)；斷裂；原因

[Abstract] This paper analyzes the causes of the tractor steering knuckle fracture， don't think the main reason is derived from the improper operation， design reasonable， the casting defects and material strength is not enough causes which steering knuckle fracture accidents.

[Key words] tractor； knuckle； breakage； reasons

近年來，輪式拖拉機轉(zhuǎn)向節(jié)（以下簡稱轉(zhuǎn)向節(jié)）斷裂事故屢有發(fā)生，帶來的后果往往是災(zāi)難性的，不是車毀就是人亡，給用戶帶來了巨大的人身傷害和財產(chǎn)損失。轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因很多，很難用一種簡單的模式去進行分析，必須進行斷裂分析，只有通過這種綜合性的分析才能確定造成轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因。我們認(rèn)為其主要原因來源于操作不當(dāng)、設(shè)計不合理、鑄造缺陷以及材料強度不夠等造成轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂事故。

1 操作不當(dāng)

我們在幾例轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂分析工作中發(fā)現(xiàn)，這些斷口附近都有明顯的塑性變形，斷件拼合后，密合程度差。對斷口進行仔細觀察，通過金相、化學(xué)分析和機械性能檢驗，讓人出乎意料的是轉(zhuǎn)向節(jié)未發(fā)現(xiàn)任何瑕疵，這就排除了轉(zhuǎn)向節(jié)本身產(chǎn)品質(zhì)量存在問題而導(dǎo)致斷裂的可能。通過進一步現(xiàn)場調(diào)查取證，我們了解到，轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂時，拖拉機不是在凸凹不平的路面上快速行駛時突然斷裂；就是在過橫壟地、田埂時行駛速度過快產(chǎn)生斷裂；有的是在快速行駛過程中，突然發(fā)生交通事故，把轉(zhuǎn)向節(jié)當(dāng)場撞斷。通過我們綜合分析，斷定其斷裂原因只有一種可能性，即：轉(zhuǎn)向節(jié)所承受的沖擊力超過了材料的屈服強度，使轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)生了顯著的塑性變形，瞬間沖擊力的進一步增大，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)塑性斷裂。

2 設(shè)計不合理

2004年的一例斷裂的小四輪拖拉機轉(zhuǎn)向節(jié)事例顯示該轉(zhuǎn)向節(jié)是在前輪軸的內(nèi)軸承頸過度圓角處齊根斷裂。對斷口處作仔細觀察，其斷口宏觀外貌較平直，沒有發(fā)生肉眼可見的塑性變形。斷口處不存在氣孔、疏松、夾雜等缺陷，但通過金相分析，斷口周邊（即過度圓角處）發(fā)現(xiàn)了疲勞裂紋。在排除了其它因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的可能性后，我們發(fā)現(xiàn)，這個部位的圓角過分尖銳，因此，我們對該轉(zhuǎn)向節(jié)的其它部位的過度圓角（與斷裂位置的加工方法相同）進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不僅過度圓角半徑設(shè)計值要求的過小，而且實測值還遠小于設(shè)計值。這就造成了轉(zhuǎn)向節(jié)過度圓角處應(yīng)力過于集中，在使用中難免會產(chǎn)生疲勞裂紋。這些不利因素都大大降低了材料的強度，而長期行駛過程中，在連續(xù)較大的交變沖擊力作用下，必然會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)脆性斷裂。

3 材料強度不夠

轉(zhuǎn)向節(jié)在拖拉機工作中承載著各種動態(tài)的載荷和復(fù)合的應(yīng)力，例如：拖拉機自重產(chǎn)生的彎曲力及剪切力、轉(zhuǎn)向臂產(chǎn)生的扭力、轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的拉力及摩擦力、行駛時產(chǎn)生的沖擊力等。轉(zhuǎn)向節(jié)特有的工作條件，就對其材料的綜合力學(xué)性能有了很高的要求，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5182規(guī)定，要采用高強度、高韌性和具有良好耐磨性能（高硬度）的合金結(jié)構(gòu)鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼制造。而在斷裂實例中，我們居然發(fā)現(xiàn)以次充好、以鐵代鋼的現(xiàn)象。設(shè)計要求的抗拉強度在735MPa以上；硬度在HB241～331的范圍內(nèi)。若是灰鑄鐵的機械性能根本達不到轉(zhuǎn)向節(jié)技術(shù)要求的機械性能，遠遠低于合金結(jié)構(gòu)鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼的綜合性能，強度低、塑性差，脆性較大。而長期受到較大的動態(tài)沖擊力時，就導(dǎo)致了轉(zhuǎn)向節(jié)在最薄弱的部位（應(yīng)力集中處）產(chǎn)生了脆性斷裂（即疲勞斷裂）。

4 鑄造缺陷

4.1 氣孔、疏松、縮孔等缺陷引起的轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂

在所有的斷裂案例中，因這種缺陷導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的例子比較多。在這些斷口外觀，我們直接發(fā)現(xiàn)了氣孔、疏松及縮孔等。該缺陷需要綜合檢驗分析材料的金相組織、化學(xué)成分、機械性能等各項指標(biāo)是否符合技術(shù)要求。

4.2 夾雜物引起的轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂

在外力作用下，硫化物就與其周圍金屬基體的界面產(chǎn)生開裂，形成疲勞裂紋，長期受到動態(tài)沖擊力時，就加快了裂紋的擴展，直至斷裂。

其實，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因很多，還需我們不斷地研究，通過斷裂分析，積累經(jīng)驗，找出造成轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂的原因及影響因素，確定要改進的問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以防重大事故的重復(fù)發(fā)生，減少經(jīng)濟損失。