修機｜挖掘機行走裝置故障原因分析及解決方案

履帶式液壓挖掘機（以下簡稱挖掘機）行走裝置主要包括支重輪、托鏈輪、引導(dǎo)輪、驅(qū)動輪及履帶，又稱“四輪一帶”，其性能直接關(guān)系到挖掘機的工作和行走性能。挖掘機在使用過程中，其行走裝置會出現(xiàn)各種各樣的故障，其故障主要是履帶鏈軌節(jié)開裂、支重輪及托鏈輪漏油、驅(qū)動輪連接螺栓斷裂，以及履帶張緊度不合理等 4 個方面。本文分析這些故障產(chǎn)生的原因，并提出解決方案。

1 履帶鏈軌節(jié)開裂

1.1 原因分析

挖掘機工作一段時間后，除了履帶板磨損外，有時其履帶鏈軌節(jié)也會發(fā)生開裂，如圖 1 所示。設(shè)計履帶鏈軌節(jié)時，都會對其進行靜力學(xué)分析，分析結(jié)果為履帶鏈軌節(jié)本身最大應(yīng)力值均小于其材料屈服極限，可滿足強度要求。因此該故障可以判定為挖掘機在實際工作中，履帶鏈軌節(jié)受到交變載荷的反復(fù)作用，造成其材料產(chǎn)生疲勞破壞，導(dǎo)致開裂。

1.2 解決方案

根據(jù)原因分析，在設(shè)計履帶鏈軌節(jié)時，應(yīng)充分考慮材料遭受的疲勞損壞極限。為此，可使用 RecurDyn（動力學(xué)仿真軟件）中的疲勞分析模塊，建立挖掘機樣機虛擬模型并進行動力學(xué)仿真，將分析的履帶鏈軌節(jié)柔性化進行剛?cè)狁詈戏抡?，設(shè)置材料屬性并利用剛?cè)狁詈辖Y(jié)果對履帶鏈軌節(jié)進行疲勞分析。通過疲勞壽命分析能夠預(yù)判在仿真工況下挖掘機履帶鏈軌節(jié)的疲勞損壞極限，以此為依據(jù)對履帶鏈軌節(jié)的結(jié)構(gòu)進行改進。

2. 支重輪漏油

2.1 原因分析

支重輪漏油主要出現(xiàn)在其兩端浮動密封處、兩側(cè)軸端處及油塞處，如圖 2所示。引起支重輪漏油主要有以下 4 個方面原因：一是在挖掘機轉(zhuǎn)彎時，支重輪輪體承受垂向載荷及單側(cè)側(cè)向載荷共同作用，增大了浮動密封 2 個浮環(huán)之間壓力，造成浮環(huán)的 2 個接觸面之間因油膜失效產(chǎn)生干摩擦而加快磨損，導(dǎo)致 2個浮環(huán)之間因間隙增大而發(fā)生漏油；二是軸端處的 O 形密封圈老化，造成其彈性補償作用減弱，導(dǎo)致軸端處發(fā)生漏油；三是支重輪軸座為鑄件，其本身存在鑄造缺陷，產(chǎn)生軸向氣孔，工作一段時間后，油液通過該氣孔在軸端產(chǎn)生漏油；四是油塞未擰緊。

2.2 解決方案

一是應(yīng)避免挖掘機長時間、多次原地轉(zhuǎn)向作業(yè)，以防止支重輪長期受側(cè)向載荷作用；二是挖掘機完成當日作業(yè)后，應(yīng)分別將兩側(cè)履帶撐起，將履帶鏈軌節(jié)與支重輪之間的泥土、碎石等清理干凈，避免因雜物擠壓導(dǎo)致支重輪輪體受側(cè)向載荷作用；三是做好支重輪日常維護與檢修工作，定期給支重輪注油，并及時觀察是否發(fā)生油液滲漏現(xiàn)象。

3 驅(qū)動輪連接螺栓斷裂

3.1 原因分析

挖掘機作業(yè)過程中，驅(qū)動輪連接螺栓不斷受到剪切力作用。驅(qū)動輪連接螺栓受到剪切力的最主要原因是其預(yù)緊力不足或過大：驅(qū)動輪連接螺栓預(yù)緊力不足，會造成驅(qū)動輪與減速器結(jié)合面的摩擦力矩不足，無法平衡減速器的旋轉(zhuǎn)力矩，該螺栓就會發(fā)生松動，導(dǎo)致該螺栓被剪斷；驅(qū)動輪連接螺栓預(yù)緊力即擰緊力矩過大，會造成其產(chǎn)生塑性變形并失去彈性，導(dǎo)致該螺栓被剪斷。驅(qū)動輪連接螺栓斷裂情況如圖 3 所示。

3.2 解決方案

在設(shè)計驅(qū)動輪連接螺栓時，要求驅(qū)動輪連接螺栓擰緊后，驅(qū)動輪與驅(qū)動馬達接合面的摩擦力矩與驅(qū)動馬達的旋轉(zhuǎn)力矩相匹配。通過理論計算，設(shè)計的驅(qū)動輪連接螺栓的預(yù)緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩，應(yīng)大于驅(qū)動馬達所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。

在挖掘機實際工作中，為防止驅(qū)動螺栓發(fā)生剪切斷裂，應(yīng)采取以下 3 項措施：一是采用扭矩控制法施加預(yù)緊力，施加的預(yù)緊力數(shù)值不能小于設(shè)計計算值；二是可采用自鎖性能好的細牙螺紋，提高驅(qū)動輪連接螺栓的防松能力；三是改用較大直徑的驅(qū)動輪連接螺栓，提高螺栓預(yù)緊力，防止螺栓斷裂。

4 履帶松緊度不合理

4.1 原因分析

履帶松緊度不合理的主要原因是履帶張緊力調(diào)整不合理。若張緊力過大，會使履帶剛性太大，張緊裝置不能起到緩沖作用，同時增加了履帶行走裝置內(nèi)部的摩擦力，加快了履帶磨損；若張緊力過小，履帶過于松弛，不能起到張緊作用，會造成上部履帶產(chǎn)生振動和跳動，摩擦力也會相應(yīng)增加，也可造成履帶及相關(guān)零部件加快磨損。

4.2 解決方案

我們分析了直行、轉(zhuǎn)向（原地及差速轉(zhuǎn)向）及爬坡 3 種工況下，履帶預(yù)張緊力與挖掘機整機質(zhì)量之間的關(guān)系，得出合適的履帶預(yù)張緊系數(shù)，如附表所示。綜合考慮上述 3 種典型工況，較為合理的履帶預(yù)張緊力以整機質(zhì)量的 75% 為宜。

我們通過對挖掘機行走裝置故障原因分析，提出相應(yīng)解決方案，并將解決方案應(yīng)用于解決上述故障的實際工作中。經(jīng)過市場驗證，采用本文提出解決方案的挖掘機，未再次出現(xiàn)上述故障，達到了預(yù)期效果。

作者：焦青 張振宇 丁躍進

來源：《工程機械與維修》2018年第4期