履带式挖掘机支重轮的结构改进探索
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摘 要
随着我国经济建设的不断发展，各种工程施工越来越多，施工的工况多种多样，对工程机械设备有了更高的要求。履带式液压挖掘机在这些工程施工中，发挥着非常重要的作用。支重轮在履带式液压挖掘中是不可或缺的零部件，支重轮结构设计中存在缺陷，对其实际使用效果造成了不小的影响，有必要对其结构采取改进措施。为此，我将要在本文中对履带式液压挖掘机支重轮的结构改进进行探索，希望对促进我国工程事业的发展，可以起到有利的作用。
关键词
履带式液压挖掘机;支重轮;结构改进
中图分类号： TU621 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.79
0 前言
履带式液压挖掘机在工程中有着非常多的应用，由于其工作环境比较复杂，对其结构设计往往有着比较高的要求，对底盘的可靠性要求比较高，尤其表现在对引导轮、支重轮、托链轮、驱动轮的耐久性要求比较高。在履带式液压挖掘机运行的过程中，支重轮负责支撑其质量和行走的作用，支重轮在运行的过程中，往往需要承受冲击力，在开展破碎作业的过程中，承受的冲击力会更大。
1 轮体和轮轴强度不足的改进措施
履带式液压挖掘机的支重轮系统通常由轮体5、轴合件1、套瓦4、浮封环3、O型圈2、外盖6等所组成（如下图1）。在其实际设计的过程中，对工况的考虑往往较少，没有考虑到实际运行运行中的冲击载荷，机身的振动会给支重轮系统带来非常大的冲击力。在支重轮实际运行过程中，经常会出现轮体和轮轴断裂情况的发生，我们有必要借鉴国外先进的经验，及时对结构进行改进[1]。
改进方法。在支重轮系统实际改进前，由于工艺技术比较落后，左右轮体通常采用的铸造的形式。在轮体遭受负荷冲击的情况下，如果铸件质量控制效果不好，铸件的强度达不到要求，就非常容易产生裂纹，裂纹进一步发生就会导致轮体断裂情况的发生。为了有效解决这个问题，决定对轮体结构进行改进。为了提升轮体的强度，采用锻造工艺，省去了制作铸造模具的从成本，且轮体经过锻打之后，其强度会明显提高，进一步提升轮体的受用寿命，比铸造性能更好。为了保证轮体的使用强度，决定采用AISI4340钢，直接采用锻造的方法来锻造毛坯，工艺的效率也相对比较高。
轮轴结构的改进。在履带式液压挖掘机的支重轮设计中，其轮轴通常采用棒料，然后对轴的强度进行有限元分析。由于受各种条件限制，我们在做有限元分析时主要采用静载、在静态状况下进行，与实际工况差别较大。考虑履带式液压挖掘机的使用工况比较恶劣，对轮轴工作可靠性，往往有着比较高的要求，理论计算出的棒料的强度难以满足实际使用的要求。为了避免轮轴在实际运行中出现断裂的情况，决定使用42CrMo钢锻造材料的棒料，同时把实际用的棒料规格略高于理论计算的。轮轴材料经过锻造处理之后，其强度得到了明显的提高，轮轴的组织更加致密，能够进一步保证轮轴使用的耐磨性和可靠性。如右图所示，在某一型号挖掘机支重轮设计中，我们的理论计算及有限元分析中使用直径40mm就能够满足要求，但在实际应用中我们会采用直径44mm的轮轴。
2 支重轮系统漏油问题的结构改进
支重轮润滑系统主要为支重轮运行提供润滑保证。在本挖掘机实际应用过程中，经常会出现支重轮两端漏油的故障。支重轮漏油后，会加剧轮轴磨损，直至不能使用。通过对故障的进一步分析发现，绝大部分支重轮漏油是从浮封环处渗出。
故障原因分析。通过对故障的进一步研究，发现造成漏油故障的主要原因有：（1）轮轴、轴套、轴座的加工尺寸不合格，各结构的安装精度无法得到保证。这会直接导致轮轴与轴套、軸座和轴套之间的磨损情况比较严重，在摩擦部位处经常会出现比较多的金属粉末，这些粉末很容易进入到润滑系统当中，进而导致润滑油的品质变差。如果其进入到浮封环密封面，还会直接导致密封面的磨损失效。（2）轮体或者轴座的强度难以达到设计的强度，导致这些结构在长期冲击载荷的作用下，很容易发生变形的情况，浮封环因此会产生挤压变形的情况，最终导致浮封全发生扭曲、错位的现象，并最终控导致浮封密封的失效。（3）润滑油选择不当。润滑油的品质对支重轮的润滑效果，有着非常直接的影响，如果对其选型不当，无法满足使用环境的要求，就容易导致轮体内部不能形成有效的油膜，进而无法保证润滑的效果，润滑油的温度相对比较高，这会对浮动封胶圈的应用效果，产生非常直接的影响，让其迅速老化，降低其密封性能。（4）浮封环组件和浮封槽尺寸设计不够理想，或者浮封全硬度难以满足使用的具体要求，导致密封面承受的压力过大，最终导致无法在结合面出形成有效的油膜，进而对密封效果产生影响，最终就会发生润滑油泄漏的情况[2]。（5）O型圈装入座腔后径向压力小，存在扭曲，由于O型圈受座腔径向压力小，在挖掘机行走过程中O型圈与座腔产生转动，容易造成O型圈扭曲，进而引起O型圈与座腔之间渗油[3]。
故障排查。浮封环的结构相对比较简单，浮封环设置有两个钢环，轴座和轮体通过浮封胶圈来对钢环施加压力，浮封胶圈的弹性效果比较好，可以让浮封环贴合形成密封带。在出现润滑油泄漏的情况之后，维修人员对结构进行了拆卸检查，结果发现轮体、轮轴、轴套、轴座之间并没有出现异常的磨损。浮封环尺寸、橡胶环机械性能可以满足支重轮实际运行的需要。并对润滑油的品质进行了检查，并没有发现润滑油明显变质的情况。
安装尺寸的检查。浮封环配对间隙会直接决定胶圈的压缩量，对浮封环的贴合力有着直接的影响。此外，轴座和轮体浮封槽的倾角和浮封环上的倾角直接决定了配对间隙对浮封环端面压力的影响程度。为了发现故障发生的原因，我们利用压力机对浮封环开展了端面压力测试。在测试过程中，对浮封环的配对间隙进行了逐步的调整，让间隙从2毫米逐渐增加到4毫米，结果发现随着浮封组件压力确实出现了相对偏高的情况，且压力也出现了波动的情况。从试验中可以发现，如果浮封面的压力过大，就难以形成有效的油膜，容易导致端面磨损情况比较严重的现象，容易加速橡胶圈的老化，并最终导致密封破坏漏油现象的发生。
改进措施。在浮封环实际运行过程中，其端面压力控制效果对密封效果有着非常直接的影响。为了有效对压力进行控制，对浮封件进行了改进，合理调整了浮封槽的倾角，将其倾角由15度降低为10度，并和浮封环倾角产生了角度差。通过这种改进措施的应用，有效解决恶劣浮封环压力过大的现象，避免两者夹角相同造成浮封胶圈磨损过度的现象。此外，密封圈的材质也会对密封效果有着直接的影响，为了提升密封圈的密封效果，决定将浮封胶圈改成氟橡胶，并对其品质严格进行控制，将其硬度和永久变形指标控制在合理的范围之内，保证其在实际运行过程中，得到足够的弹性补偿。
实际改进效果。在对浮封环的结构进行改进之后，对其组件端面压力进行了测试。测试结果表明，浮封环的端面压力下降到了0.82KN的范围之内，且压力的波动更小，这表明浮封环配对间隙变化并没有对端面压力产生太大的影响。浮封环在实际运行过程中，不会由于轴向窜动导致太大的压力波动，进一步提升了浮封组件运行的稳定性。为了验证实际改进效果，专门进行了批量装机试验。试验结果表明，支重轮的可靠性和耐久性确实得到了明显的提高，支重轮漏油的问题得到了彻底的解决，进一步个提升了挖掘机运行的可靠性和稳定性，降低了其维修成本。
3 结语
支重轮在挖掘机实际运行过程中，发挥着非常大的作用。针对其实际运行中出现的问题，应该引起足够的重视，认真分析问题发生的原因，然后及时对相关结构进行改进，提升支重轮运行的稳定性、可靠性和寿命，降低其故障率。
参考文献
[1]王绪桥，高祥.挖掘机支重轮属性综述及损坏原因分析[J].工程机械与维修，2017（01）：22-23.
[2]谢英千.支重轮负载试验机[J].工程机械与维修，2002（07）：55-57.
[3]韩廷意，徐公强.支重轮浮动油封渗油的解决方案[J].工程机械与维修，2014（05）：152-153.
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