浅析挖掘机支撑座孔及轴套磨损故障处理

浅析挖掘机支撑座孔及轴套磨损故障处理

林宇

徐州徐工挖掘机械有限公司江苏徐州 221100

摘要：对某挖掘机动臂与斗杆铰接处的斗杆支撑座孔和轴套磨损及窜套故障进行原因分析，并对故障斗杆支撑座孔和轴套内外径尺寸变化量进行检测。分析和检测数据表明，轴套和支撑座孔的过盈配合被破坏，导致窜套现象并引起支撑座孔和轴套磨损。提出斗杆2个下盖板搭接整体拼焊结构、增加润滑脂注油孔、调整支撑座孔与轴套的过盈量、调整轴套与销轴配合间隙及将斗杆支撑座孔表面粗糙度由原设计尺a3.2提高至Ral.6的综合改进措施。改进后的挖掘机动臂与斗杆铰接点，经现场使用验证，取得了良好的应用效果，并应用于其他机型。

关键词：挖掘机；工作装置；轴套；磨损

1故障现象

（1）窜套。窜套是指轴套和支撑座孔产生相对运动。发生窜套后支撑座孔会发生内表面磨损，甚至变形。轴套外径表面观察，也有明显的转动痕迹。当发生窜套后，对挖掘机的正常工作影响很大。

2. 轴套磨损和开裂。轴套的磨损（或变形）非常明显，其内径表面有明显变形现象（呈椭圆形），部分油槽已消失。

2原因分析

2.1窜套原因分析

挖掘机的工作载荷是由铲斗的挖掘和剥离作业开始的，铲斗会受到各种复杂的载荷，包括恶劣的冲击载荷，并通过连接副一级一级向上传递。载荷传递路径为：铲斗一销轴一轴套一铲斗与斗杆铰接的斗杆支撑座孔一动臂与斗杆铰接处，载荷传递路径是动臂与斗杆铰接的斗杆支撑座孔一轴套一销轴一动臂前叉。工作时，当工作装置频繁受到较大的冲击载荷时，轴套和支撑座孔的过盈配合就有可能会被破坏，导致轴套和支撑座孔产生相对运动，于是就发生窜套现象。

2.2轴套磨损和开裂原因分析

轴套和销轴之间属于有相对运动的间隙配合，通过润滑脂在中间间隙之中形成稳定的润滑油膜，进行正常工作。如果配合间隙过小，或者润滑脂不充分，都难以形成稳定的润滑油膜，工作时将会因摩擦升温而导致轴套和销轴的干磨，出现烧焦和抱死等现象；如果轴套和销轴的配合间隙过大，也不利于挖掘机的正常工作，在工作时会引起较大的冲击载荷，导致轴套和销轴之间产生接触疲劳而损坏。

3改进措施

3.1优化斗杆支撑处结构

动臂与斗杆铰接的斗杆支撑座是一个扇形锻件，斗杆支撑座与斗杆侧板和下盖板焊接形成一个稳定的箱体结构，并通过轴套和销轴传递载荷。根据载荷传递和受力分析，斗杆支撑座下方左右为最大受力区。

斗杆支撑座原结构如图1所示，支撑座下部与斗杆下盖板1和下盖板2焊接，下盖板1和下盖板2未搭接在一起，支撑座正下方难免会形成一个载荷的薄弱区。改进后斗杆支撑座结构如图2所示，下盖板2延伸至下盖板1进行拼焊，最后与支撑座整体焊接为一体，将后支撑座包裹起来，这种结构可有效改善后支撑处的受力，也能够承受更大的冲击载荷。

图1斗杆支撑座原结构 图2改进后斗杆支撑座结构

3.2增加润滑脂注油孔

轴套和销轴之间一般用润滑脂进行润滑，采用手动黄油枪注入黄油嘴或者采用集中润滑站集中供给的方式，经轴套的环形油槽和径向油槽引致轴套和轴的转动表面，通过合理的配合间隙形成稳定的润滑油膜，保证轴套和销轴之间的相对运动。但是如果润滑脂不充分，或者一旦出现注油不良情况，就会引起运动副之间的干磨，这种情况一旦发生，导致轴套的破坏就是毁灭性的，因此保证润滑充分也至关重要。

3.3调整支撑座孔与轴套的过盈量

如前面所述，过大的冲击载荷会破坏支撑座和轴套本身的过盈配合，适当的增加过盈量可有效的提高支撑座和轴套之间的接触力，但是过盈量过大必然会增加装配难度。经过分析和计算，将过盈量提高一个公差等级，轴孔直径为Φ90mm，过盈量增加0.022mm，其周向的接触力可以提高25％以上。改进后采用液氮冷装工艺进行装配，取代原来的压装工艺，效率更高。

3.4调整轴套与销轴的配合间隙

如前面所述，轴套与销轴之间的配合间隙对形成稳定的润滑油膜至关重要，如果配合间隙小，则难以形成稳定的润滑油膜，工作时将会因为摩擦升温而导致销轴和轴套干磨、烧焦和抱死等现象；如果销轴和轴套的配合间隙过大，则会产生较大的冲击载荷，导致销轴和轴套之间产生接触疲劳而破坏，严重影响销轴和接触件的使用寿命，油膜的计算公式如下：

△min=hs+y12+Ra1+Ra2+△1+△d+△s+△t

式中：hs为油膜厚度最小安全值，um(轴径为70～90mm时，油膜厚度最小安全值取6um)；y12为轴在轴套长度内的相对挠曲变形量，um；Ra1为轴的表面粗糙度，um；Ra2为轴套内表面粗糙度，um；△1为轴在轴套内一段的直线度，um；△d为轴套内径圆度，um；△s为装配后轴套内径收缩量，um；△t为轴在轴套的间隙因温升而减小的数值，um。

斗杆支撑座最小油膜厚度：

△min=6+30+0.8+0.8+15+8+160+0.036=220.636um

原设计轴套与销轴之间的配合间隙偏小，调整轴套内径公差增加0.002mm，增大配合间隙，改进后以保证稳定的润滑油膜。

3.5适当提高支撑座孔表面粗糙度

支撑座和轴套靠过盈配合传递载荷，依靠轴和孔的过盈值，装配后零件表面间产生弹性压力，从而获得紧固的连接，该结构简单，同轴性好，并能承受较大的轴向力、转矩和动载荷。但是该种配合对配合表面的加工精度要求较高，表面粗糙度值过大，容易使粗糙度峰因材料的塑性变形而相互挤平，从而减少实际过盈量，降低紧固连接的强度，严重的还会使过盈配合变成过渡配合，甚至间隙配合，从而引起连接部位失效。但表面粗糙度值过小则会增加加工成本和加工难度，将原结构支撑座孔的表面粗糙度标准从Ra3.2提高至Ral.6，在性能与成本之间实现平衡。

总结

本文针对某挖掘机动臂与斗杆铰接处的斗杆支撑座孔和轴套磨损及窜套故障进行了原因分析，对故障斗杆支撑座孔和轴套内外径尺寸变化量进行了检测。分析和检测数据表明，轴套和支撑座孔的过盈配合被破坏，导致窜套现象并引起支撑座孔和轴套磨损。提出了2个下盖板搭接整体拼焊结构、增加润滑脂注油孔、调整支撑座孔与轴套的过盈量、调整轴套与销轴的配合间隙及适当提高支撑座孔表面粗糙度的综合改进措施。改进后的挖掘机动臂与斗杆铰接点，经现场使用验证，取得了良好的应用效果，并应用于其他机型。

参考文献

[1]陈国俊．液压挖掘机[M]武汉：华中科技大学出版社，2011.

[2]张明珍，张剩，张磊．挖掘机I作装置销轴与轴套配合间隙分析[J]建筑机械，2013(11)：89—91．