收獲機械道路救援中交通事故的分析及思考

嚴亞平 劉永杰 趙文濤

1、河北滄州滄州師范學院 2、河北滄州市科技檢驗鑒定研究所

1 事故簡要經過

2019年10月，一輛重型非載貨專項作業車牽引著因主皮帶斷裂失去動力的自走式玉米收獲機（以下簡稱收獲機），沿某縣級公路自東向西行駛。行進時收獲機后輪被托起、前輪（驅動輪）著地（見圖1），以時速約40km/h行駛約20分鐘后，收獲機底部突然飛濺出許多碎片，其中一塊碎片碰撞到側旁順行的一輛小型客車，造成小型客車前風擋玻璃損壞、副駕駛座上的乘車人死亡的交通事故。

圖1 收獲機行駛示意圖

2 事故發生的原因

收獲機的行走機構采用發動機前置前輪驅動形式，前橋總成結構組成見圖2（摘自收獲機《使用說明書》）。

圖2 變速驅動橋總成

事故后的收獲機除前橋總成受損外，其余部分完好。通過對變速箱的觀察發現：變速箱后方下半部殼體破裂缺損，下側殼體缺失約1/2，缺口呈不規則形斷裂，輸入軸總成、輸出軸總成裸露可見；輸入軸總成脫離原來的安裝位置，輸入軸的左側向左后方偏斜、右側向右前方偏斜，右側滾柱軸承損壞、解體，軸承內圈可見燒灼痕跡，軸承保持架破裂變形，軸承滾柱散落；變速箱右側殼體破裂缺損，透蓋缺失，輸入軸右側軸頸脫離安裝孔空懸。變速箱左側殼體破裂，下側缺損，透蓋缺失，輸入軸左側軸頸脫離安裝孔空懸；變速箱上側殼體破裂；倒檔軸缺失；在變速箱殼體殘留的齒輪油內撈出三顆有磕傷痕跡的滾柱；可觀察到齒輪輪齒不同程度受損。見圖3～4。

圖3 變速箱損壞情況

圖4 變速箱損壞情況

事故現場收集到的約40余塊碎片中，倒檔軸與變速箱殼體殘片仍為一體，其余殘片大小不一。經拼湊，其余殘片屬于變速箱殼體、行走離合器皮帶輪及左側剎車盤。

綜合研判，可知交通事故發生的原因是：變速箱殼體破裂后輸入軸總成失去安裝定位，脫離正確位置向左前側偏移，使得安裝在輸入軸右側的行走離合器皮帶輪與左側剎車盤接觸、碰撞，造成剎車盤碎裂、離合器皮帶輪碎裂及其它相鄰機構的損壞。碰撞造成碎片高速飛濺，其中一塊碎片穿過順行小型客車的前風擋玻璃擊中乘坐人，造成人身傷亡事故。

3 事故成因分析

收獲機變速箱總成（見圖5）為二軸式齒輪變速箱（手動變速箱），與主減速器、差速器總成共同安裝于同一個外殼之內,設有3個前進檔和1個倒退檔，由兩對三個滑動齒輪在變速桿和換檔機構作用下完成變速。

圖5 變速箱體總成（摘自收獲機《使用說明書》）

對于機械設備而言,潤滑所具備的一個作用就是有效降低摩擦副溫度[1]。手動變速箱采用飛濺式潤滑，依靠齒輪的旋轉將齒輪油攪動起來并濺到各運動零件的工作表面，為變速箱內部的摩擦副表面提供充分的潤滑，同時使摩擦熱能夠得以有效減少。對于承受軸向載荷的圓柱滾子軸承，由于潤滑油還得起到散發掉摩擦熱的功能，所以良好的潤滑顯得特別重要[2]。

采用滑動齒輪換檔的變速箱（見圖6），輸入軸上的各檔齒輪均固連在輸入軸上。輸出軸齒輪為滑動齒輪，與輸出軸通過花鍵相聯接，通過齒輪的軸向滑動實現換檔。空檔時輸入軸齒輪與輸出軸齒輪軸向錯開并不嚙合。掛入檔位時，輸出軸相應的檔位齒輪沿軸向滑動，與輸入軸齒輪嚙合，實現動力傳遞。當車輛發動機熄火空檔滑行時，變速箱的輸入軸不旋轉，變速箱的輸出軸在車輪的帶動下旋轉，輸出軸齒輪隨著輸出軸旋轉。

圖6 空檔位置的滑動齒輪變速箱原理圖

收獲機被牽引時沒有動力輸入，但傳動系統依然連接，輸出軸隨同車輪旋轉，帶動輸出軸齒輪轉動，雖然能夠將齒輪油攪動起來，但因收獲機被牽引時變速箱后高前低，齒輪油流向前方（差速器方向），齒輪油液平面高度發生變化，濺起的齒輪油量減少，潤滑狀況變差，會導致運動零件工作表面的異常磨損及損壞。

如果被牽引時掛空檔，動力傳遞路線為：前輪—邊減機構—半軸—差速器—減速器—輸出軸，輸出軸帶動從動齒輪旋轉，因齒輪組處于不嚙合狀態，輸入軸不旋轉，此時發生異常磨損及損壞的部位應該在輸出軸總成的軸承處。如果被牽引時掛檔，此時動力進行逆向傳遞，路線為：前輪—邊減機構—半軸—差速器—減速器—變速箱輸出軸—變速箱輸入軸，因有齒輪組嚙合，輸入軸旋轉，此時變速箱內部的各運動零件的工作表面均會發生不同程度的異常磨損及損壞。

事故現場收集到的碎片中，倒檔軸與變速箱殼體殘片仍為一體，倒檔軸軸頸與殼體孔之間可見燒蝕、粘連痕跡，輸入軸右側滾柱軸承損壞解體，1檔和倒檔滑動齒輪輪齒受損嚴重，據此可判斷收獲機被牽引時是倒檔行駛，動力傳遞路線為：前輪—邊減機構—半軸—差速器—減速器—變速箱輸出軸—1檔和倒檔滑動齒輪—惰輪—倒檔軸—輸入軸右側齒輪—輸入軸。

收獲機《使用說明書》中關于行走速度的規定為：倒退檔3.62-8.03km/h。牽引時收獲機以約40km/h時速行駛，5倍于倒退檔的最高額定速度。

由此推斷收獲機牽引時變速箱內部潤滑狀況如下：①變速箱后高前低，齒輪油液平面高度發生變化，濺起的齒輪油量減少；②超速行駛，低檔高轉速產生高溫，使得齒輪油粘度降低，不容易形成油膜；③嚙合齒輪副、軸與軸承等運動部件，以超出額定值約5倍的速度旋轉而產生的大量的摩擦熱，因濺起的齒輪油量減少摩擦熱得不到發散，變速箱工作溫度升高；④牽引時位于較高位置的輸入軸、倒檔軸無法得到激濺的齒輪油，運動零件的工作表面基本處于干摩擦狀態。以上因素造成輸入軸與滾柱軸承之間、倒檔軸軸頸與變速箱殼體安裝孔之間由于潤滑不良而過熱、燒蝕，軸承元件(滾珠、保持架、內圈及外圈)產生燒蝕、脫落、破裂，倒檔軸軸頸與殼體孔之間燒蝕、粘連，直到長距離超速行駛下零件工作表面粘連的輸入軸滾柱軸承破裂過程中產生的破壞力造成變速箱殼體破損。

4 結語

由于自走式收獲機械特殊的結構制約，出現故障需要長距離牽引時，采用抬起驅動輪牽引或者背負式拖車都有一定的難度，那么牽引自走式收獲機械的正確做法是：當驅動輪著地時，務必拆卸傳動軸或半軸，切斷輸入變速箱的動力傳遞路線，以免變速箱受損。