鉸接式卡車鉸接頭螺紋磨損修復方案探討

賴作星，彭 駿

（江西銅業集團有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 引言

城門山銅礦是一座以銅、硫為主，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀和稀散元素的大型多金屬礦山。沃爾沃A40E鉸接式卡車（以下簡稱A40E鉸卡）具有裝載、卸載效率高，爬坡能力強，道路適應性好，機動靈活及安全性能高等特點，能適應各種惡劣環境、復雜地形及氣候，可全天候作業，在城門山銅礦采礦場承擔了采剝作業運輸任務。而該鉸卡的鉸接頭由于受沖擊、彎矩等復合載荷及內部腐蝕，導致鉸接頭螺紋出現磨損、斷扣等失效形式［1］，將會使整個鉸卡出現軸箱串動的現象。針對出現的這類問題，我們進行研究、分析，采取技術手段解決存在的安全隱患，能給礦山創造了巨大的經濟效益。

2 鉸接結構介紹及現狀調查

2.1 設備鉸接結構介紹

A40E鉸卡采用鉸接結構設計［2］，由前后兩個部分組成。鉸卡汽車前車架分布置發動機及其操作系統、駕駛室；后車架分布置車斗和自卸裝置，通過鉸接頭將汽車的動力部分與載貨部分連接起來，鉸接頭直接與鉸卡的前車架和后車架相連，接入垂直鉸鏈和水平鉸鏈后使車輛具有良好的行駛性能；鉸卡汽車的后車架相對前車架上可以實現向左或向右回轉成45°角，還可以進行“折疊”。另外，前后車架都可以在垂直于公共縱軸的平面內繞公共縱軸作獨立的無限制轉動。特別是它完全消除了作用在車架上的扭轉載荷，因此可以提高整個結構的可靠性，不像普通汽車在無路條件下工作時，車架要承受很大的載荷；特殊的懸掛裝置以及獨特的轉向架可以使車輛在路面差、氣候惡劣的條件下正常行駛，使得車輛能夠在崎嶇地帶行駛而不會對懸架裝置［3］有過高的要求。

圖1 鉸接頭在車輛的位置圖示

圖2 鉸接頭在車輛的作用圖示

鉸卡鉸接頭是鑄造件，有兩個用于連接到前車架的吊耳。吊耳內側有用潤滑脂潤滑的雙圓錐滾子軸承。掛接裝置吊耳插在前車架后部的兩個叉架之間，并用穿過后部和掛接裝置上的吊耳的鎖銷鎖定。下部鎖銷也是牽引車的車橋懸架三角支架的托架。在后車架中，掛接裝置被推入一個鋼輪中并用一個鎖緊螺母鎖定。鼓輪和掛接裝置之間的軸承由用機油潤滑的滑動軸承組成，其通過位于后車架上的油箱潤滑。

中間軸位于鉸接頭內側并用兩端的軸承支撐。中間軸將來自分動箱的動力傳遞到后橋。其兩端通過位于中間軸每一端的傳動法蘭盤連接到傳動軸。如圖3所示。

1、鉸接頭；2、中間軸；3、雙圓錐滾子軸承；4、銷；5、三角支架；6、鋼輪；7、鎖緊螺母；8、滑動軸承；9、滾珠軸承；10、滾輪軸承；11、傳動法蘭盤；12、前車架；13、后車架；14、油箱

2.2 鉸接頭大螺紋磨損現狀

鉸卡經過長時間的運行，鉸接頭受沖擊、彎矩等復合載荷，除經常出現鉸接銷孔磨損變形故障外［4］，鉸接頭螺紋亦會出現磨損、斷扣等失效形式（如圖4所示）。出現該情況后，整個鉸卡在運行時會出現軸箱串動的現象。

圖4 鉸接頭大螺紋磨損情況圖

自從V06鉸卡第一次出現了鉸接大螺紋磨損故障后，其余鉸卡陸續的出現了該故障，螺紋磨損具體情況如表1所示。

表1 鉸接頭螺紋磨損情況表 mm

3 解決方案

針對鉸接頭螺紋出現磨損的情況，我們通過分析，提出堆焊工藝［5］及鑲套工藝［6］兩個可以解決鉸接頭大螺紋磨損問題的方案供選擇。

通過測量，鉸接頭螺紋磨損前外形如圖5所示。

圖5 鉸接頭螺紋磨損前尺寸圖

3.1 堆焊工藝

堆焊是用焊接方法在金屬材料或零件表面上熔敷一層有特定性能材料的工藝過程，作為焊接技術的一個分支，其目的不是連接焊件,而是為了在焊件表面獲得具有耐磨耐熱耐腐蝕等特殊性能的熔敷金屬層,或是為了恢復或增加焊件的尺寸，堆焊方法在制造和修理中得到廣泛的應用。

堆焊的物理本質、熱過程、冶金過程以及堆焊金屬的凝固結晶與相變過程，與一般的焊接方法相比沒有什么區別。但是，堆焊主要是以獲得特定性能的表層、發揮表面層金屬性能為目的。

不同的工作條件要求堆焊金屬要有不同的使用性能，作為常用的鐵基堆焊金屬,其品較多,性能變化范圍廣,韌性和耐磨性配合好,最大的優點是成本低，因而使用很廣泛。我們考慮最為常見鐵基堆焊金屬的堆焊材料為下面2種。

（1）珠光體基體。

這類合金屬于珠光體鋼，碳含量一般小于3%，合金元素總量在5%以下。該類合金的特點是：硬度中等，有一定的耐磨性，沖擊韌性好，易于加工，經濟性好。焊接性好，有很好的抗裂性能，焊接前一般不預熱，這種類型合金焊接性好，抗沖擊能力強,硬度較低,主要用于修復象軸類的機械零件。

（2）普通馬氏體基體。

這類合金的組織主要為馬氏體，含碳量在0.1%～1.0%，合金元素含量一般在12%左右。這類堆焊金屬的組織主要為馬氏體，堆焊層的硬度和屈服強度高、耐磨性較高，可受中等沖擊，但抗沖擊能力卻比珠光體鋼和奧氏體鋼堆焊層差。主要用于修復金屬間磨損的零件,如齒輪、牽引車底盤等。

根據鉸接頭螺紋的載荷要求，必須要保證堆焊層金屬的耐磨性、耐蝕性、耐沖擊性。經過對比分析，我們選擇馬氏體鋼堆焊金屬，當螺紋磨損后，將螺紋部位打磨加工后進行埋弧堆焊，埋弧堆焊是自動生產，大電流，高效率，埋弧熱量多稀釋率大，一般堆焊20層后才能保證所需的性能，對于較大的且不易變形的零件的堆焊最適用，同時為了有效防止堆焊后焊層的開裂，必須進行焊前預熱，焊后保溫緩冷，以消除焊接應力。

3.2 鑲套工藝

鑲套工藝，即通過在軸或孔中鑲一個套環，對已磨損的孔、軸進行矯正修復的方法，此方法最先應用于修理行業，并得到了較好的效果論證。當螺紋M310×4磨損后，將螺紋部位完全車除至φ255mm，加工長度為60mm，并在此長度范圍內加工M250×4的左旋螺紋，然后用42CrMo鑲套材料進行鑲套，套外圓留8mm加工余量，內孔為M250×4的左旋螺紋，與鉸接頭本體匹配，端面開坡口，在與鉸接頭旋合時螺紋涂螺紋膠，并保證內端面與鉸接頭緊密結合，再進行焊接，焊接完成后，加工至標準螺紋M310×4尺寸要求，如圖6所示。

圖6 鑲套工藝示意圖

經過對以上兩種修復工藝對比分析，鑲套工藝的劣勢是會削弱本體的強度，理論上會降低零件的使用壽命，但其優勢也很明顯。

（1）鑲套材料的選擇余地大，我們選擇42CrMo作為鑲套材料，可以兼顧到鉸接頭螺紋的耐磨性、耐蝕性、耐沖擊性。

（2）對鉸接頭整體的金相組織變化影響可以忽略不計，變形??；而如果選擇堆焊工藝后進行加工，對鉸接頭整體的金相組織變化有較大影響。

（3）修復后鉸接頭螺紋再次磨損時僅需對襯套進行更換，避免因修復反復對本體產生傷害。

通過對比分析，我們最終確定鑲套工藝作為鉸接頭的最終修復方案［7］。

4 實施效果

從2013年開始將鑲套工藝修復的鉸接頭在V06鉸卡上進行試用，跟蹤3個月后未發現軸箱串動現象，使用效果十分明顯，后續逐步推廣到其他鉸卡的鉸接頭上使用。經過6個月持續試用、情況良好，實施后未發現鉸接頭螺紋磨損的現象，經多年使用跟蹤，其使用壽命普遍可達到2年以上，有效解決了鉸接頭螺紋磨損導致的軸箱串動所帶來的安全隱患，也避免了更換鉸接頭造成的成本浪費，節約了大量的維修成本，同時也為生產贏得的寶貴時間。

5 結束語

A40E鉸卡是城門山銅礦露天礦山的關鍵設備，其運行是否安全穩定，將直接影響礦山生產安全。為了解決設備鉸接頭磨損部分出現的故障，通過對鉸接頭進行技術研究及處理，有效地延長鉸卡頭的使用壽命，從而避免了更換鉸接頭造成的浪費，大幅降低了生產成本，可為提高礦山的經濟效益提供強有力的技術保障。