履帶式挖掘機支重輪的結構改進探索

張幕偉　禚玉柱

摘 要

隨著我國經濟建設的不斷發展，各種工程施工越來越多，施工的工況多種多樣，對工程機械設備有了更高的要求。履帶式液壓挖掘機在這些工程施工中，發揮著非常重要的作用。支重輪在履帶式液壓挖掘中是不可或缺的零部件，支重輪結構設計中存在缺陷，對其實際使用效果造成了不小的影響，有必要對其結構采取改進措施。為此，我將要在本文中對履帶式液壓挖掘機支重輪的結構改進進行探索，希望對促進我國工程事業的發展，可以起到有利的作用。

關鍵詞

履帶式液壓挖掘機;支重輪;結構改進

中圖分類號： TU621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.79

0 前言

履帶式液壓挖掘機在工程中有著非常多的應用，由于其工作環境比較復雜，對其結構設計往往有著比較高的要求，對底盤的可靠性要求比較高，尤其表現在對引導輪、支重輪、托鏈輪、驅動輪的耐久性要求比較高。在履帶式液壓挖掘機運行的過程中，支重輪負責支撐其質量和行走的作用，支重輪在運行的過程中，往往需要承受沖擊力，在開展破碎作業的過程中，承受的沖擊力會更大。

1 輪體和輪軸強度不足的改進措施

履帶式液壓挖掘機的支重輪系統通常由輪體5、軸合件1、套瓦4、浮封環3、O型圈2、外蓋6等所組成（如下圖1）。在其實際設計的過程中，對工況的考慮往往較少，沒有考慮到實際運行運行中的沖擊載荷，機身的振動會給支重輪系統帶來非常大的沖擊力。在支重輪實際運行過程中，經常會出現輪體和輪軸斷裂情況的發生，我們有必要借鑒國外先進的經驗，及時對結構進行改進[1]。

改進方法。在支重輪系統實際改進前，由于工藝技術比較落后，左右輪體通常采用的鑄造的形式。在輪體遭受負荷沖擊的情況下，如果鑄件質量控制效果不好，鑄件的強度達不到要求，就非常容易產生裂紋，裂紋進一步發生就會導致輪體斷裂情況的發生。為了有效解決這個問題，決定對輪體結構進行改進。為了提升輪體的強度，采用鍛造工藝，省去了制作鑄造模具的從成本，且輪體經過鍛打之后，其強度會明顯提高，進一步提升輪體的受用壽命，比鑄造性能更好。為了保證輪體的使用強度，決定采用AISI4340鋼，直接采用鍛造的方法來鍛造毛坯，工藝的效率也相對比較高。

輪軸結構的改進。在履帶式液壓挖掘機的支重輪設計中，其輪軸通常采用棒料，然后對軸的強度進行有限元分析。由于受各種條件限制，我們在做有限元分析時主要采用靜載、在靜態狀況下進行，與實際工況差別較大。考慮履帶式液壓挖掘機的使用工況比較惡劣，對輪軸工作可靠性，往往有著比較高的要求，理論計算出的棒料的強度難以滿足實際使用的要求。為了避免輪軸在實際運行中出現斷裂的情況，決定使用42CrMo鋼鍛造材料的棒料，同時把實際用的棒料規格略高于理論計算的。輪軸材料經過鍛造處理之后，其強度得到了明顯的提高，輪軸的組織更加致密，能夠進一步保證輪軸使用的耐磨性和可靠性。如右圖所示，在某一型號挖掘機支重輪設計中，我們的理論計算及有限元分析中使用直徑40mm就能夠滿足要求，但在實際應用中我們會采用直徑44mm的輪軸。

2 支重輪系統漏油問題的結構改進

支重輪潤滑系統主要為支重輪運行提供潤滑保證。在本挖掘機實際應用過程中，經常會出現支重輪兩端漏油的故障。支重輪漏油后，會加劇輪軸磨損，直至不能使用。通過對故障的進一步分析發現，絕大部分支重輪漏油是從浮封環處滲出。

故障原因分析。通過對故障的進一步研究，發現造成漏油故障的主要原因有：（1）輪軸、軸套、軸座的加工尺寸不合格，各結構的安裝精度無法得到保證。這會直接導致輪軸與軸套、軸座和軸套之間的磨損情況比較嚴重，在摩擦部位處經常會出現比較多的金屬粉末，這些粉末很容易進入到潤滑系統當中，進而導致潤滑油的品質變差。如果其進入到浮封環密封面，還會直接導致密封面的磨損失效。（2）輪體或者軸座的強度難以達到設計的強度，導致這些結構在長期沖擊載荷的作用下，很容易發生變形的情況，浮封環因此會產生擠壓變形的情況，最終導致浮封全發生扭曲、錯位的現象，并最終控導致浮封密封的失效。（3）潤滑油選擇不當。潤滑油的品質對支重輪的潤滑效果，有著非常直接的影響，如果對其選型不當，無法滿足使用環境的要求，就容易導致輪體內部不能形成有效的油膜，進而無法保證潤滑的效果，潤滑油的溫度相對比較高，這會對浮動封膠圈的應用效果，產生非常直接的影響，讓其迅速老化，降低其密封性能。（4）浮封環組件和浮封槽尺寸設計不夠理想，或者浮封全硬度難以滿足使用的具體要求，導致密封面承受的壓力過大，最終導致無法在結合面出形成有效的油膜，進而對密封效果產生影響，最終就會發生潤滑油泄漏的情況[2]。（5）O型圈裝入座腔后徑向壓力小，存在扭曲，由于O型圈受座腔徑向壓力小，在挖掘機行走過程中O型圈與座腔產生轉動，容易造成O型圈扭曲，進而引起O型圈與座腔之間滲油[3]。

故障排查。浮封環的結構相對比較簡單，浮封環設置有兩個鋼環，軸座和輪體通過浮封膠圈來對鋼環施加壓力，浮封膠圈的彈性效果比較好，可以讓浮封環貼合形成密封帶。在出現潤滑油泄漏的情況之后，維修人員對結構進行了拆卸檢查，結果發現輪體、輪軸、軸套、軸座之間并沒有出現異常的磨損。浮封環尺寸、橡膠環機械性能可以滿足支重輪實際運行的需要。并對潤滑油的品質進行了檢查，并沒有發現潤滑油明顯變質的情況。

安裝尺寸的檢查。浮封環配對間隙會直接決定膠圈的壓縮量，對浮封環的貼合力有著直接的影響。此外，軸座和輪體浮封槽的傾角和浮封環上的傾角直接決定了配對間隙對浮封環端面壓力的影響程度。為了發現故障發生的原因，我們利用壓力機對浮封環開展了端面壓力測試。在測試過程中，對浮封環的配對間隙進行了逐步的調整，讓間隙從2毫米逐漸增加到4毫米，結果發現隨著浮封組件壓力確實出現了相對偏高的情況，且壓力也出現了波動的情況。從試驗中可以發現，如果浮封面的壓力過大，就難以形成有效的油膜，容易導致端面磨損情況比較嚴重的現象，容易加速橡膠圈的老化，并最終導致密封破壞漏油現象的發生。

改進措施。在浮封環實際運行過程中，其端面壓力控制效果對密封效果有著非常直接的影響。為了有效對壓力進行控制，對浮封件進行了改進，合理調整了浮封槽的傾角，將其傾角由15度降低為10度，并和浮封環傾角產生了角度差。通過這種改進措施的應用，有效解決惡劣浮封環壓力過大的現象，避免兩者夾角相同造成浮封膠圈磨損過度的現象。此外，密封圈的材質也會對密封效果有著直接的影響，為了提升密封圈的密封效果，決定將浮封膠圈改成氟橡膠，并對其品質嚴格進行控制，將其硬度和永久變形指標控制在合理的范圍之內，保證其在實際運行過程中，得到足夠的彈性補償。

實際改進效果。在對浮封環的結構進行改進之后，對其組件端面壓力進行了測試。測試結果表明，浮封環的端面壓力下降到了0.82KN的范圍之內，且壓力的波動更小，這表明浮封環配對間隙變化并沒有對端面壓力產生太大的影響。浮封環在實際運行過程中，不會由于軸向竄動導致太大的壓力波動，進一步提升了浮封組件運行的穩定性。為了驗證實際改進效果，專門進行了批量裝機試驗。試驗結果表明，支重輪的可靠性和耐久性確實得到了明顯的提高，支重輪漏油的問題得到了徹底的解決，進一步個提升了挖掘機運行的可靠性和穩定性，降低了其維修成本。

3 結語

支重輪在挖掘機實際運行過程中，發揮著非常大的作用。針對其實際運行中出現的問題，應該引起足夠的重視，認真分析問題發生的原因，然后及時對相關結構進行改進，提升支重輪運行的穩定性、可靠性和壽命，降低其故障率。

參考文獻

[1]王緒橋，高祥.挖掘機支重輪屬性綜述及損壞原因分析[J].工程機械與維修，2017（01）：22-23.

[2]謝英千.支重輪負載試驗機[J].工程機械與維修，2002（07）：55-57.

[3]韓廷意，徐公強.支重輪浮動油封滲油的解決方案[J].工程機械與維修，2014（05）：152-153.