VOLVO A40E铰卡铰接销孔配合失效故障分析及处理

周玉华

（江西铜业集团公司 城门山铜矿，江西 九江 332100）

1 引言

目前城门山铜矿拥有17辆矿用大型VOLVO A40E铰接卡车，是采矿场主要运输设备之一［1］。随着四班三运转高负荷的恶劣环境下工作，前车架铰接销孔座与销轴接触部位受扭矩、弯矩、冲击、重心叠加等复合载荷影响，处于复杂的应力状态下，使铰接销孔与销轴之间磨损间隙逐渐加剧。当铰接销孔磨损量接近1mm时，在作业过程中形成一种安全隐患［2］。磨损部位主要体现在铰接销孔与销轴之间，严重时引发安全事故，造成设备停机，影响安全生产。为了提高生产效率，降低生产成本，延长设备使用寿命，因此，解决瓶颈难题迫在眉睫，针对铰接销孔与销轴之间磨损间隙故障进行分析，消除故障，解决隐患，避免给矿山带来巨大的经济损失和不良的社会影响［3］。

2 故障分析及原因

2.1 故障分析

车辆运行10000h左右，铰接销孔与销轴经过长期使用，销孔与销轴受到磨损出现松旷现象［4］，并陆续出现铰接销轴固定螺丝松动，断裂等故障，严重时影响正常生产。至2012年底车辆维修次数明显增多。通过拆卸和测量17台铰卡铰接部位数据，发现铰接销孔最大失圆度达到1.22mm（前后方向磨损量2.2mm，左右方向磨损量0.88mm）。测量数据如表1：

表1 VOLVO A40E铰接卡车故障情况表

2.1.1 销孔失效分析

之所以出现铰接销孔变形，是因为车辆在运行过程中受冲击、弯矩等复合载荷的影响，加之前后车架的重心叠加，使其应力状态变得非常复杂。结合铰卡的实际设计，认为此处销孔在设计上存在缺陷，最直接判断，销孔与销轴是属于直接接触，中间没有过渡性质。因为铰接销轴是自由状态，可以方便更换，而与之配合的销孔是直接加工在前车架上的，一旦出现失效则必须更换前车架总成。首先要将前车架上的部件（发动机，油箱，驾驶室，前轮，液压系统等）全部拆下，再换上新的前车架，再进行安装调试等，因此存在维修不便、工序繁杂、费用较高等诸多问题。结合理论与实践，造成上述现象的最主要原因是销孔与销轴之间存在相对运动，所以，研究重点放在了修复销轴与销孔上。而城门山铜矿铰卡的销孔、销轴异常磨损主要表现在前车架的上部销孔，下部销孔则相对变形较小。如图1。

图1 技改前销孔示意图

2.1.2 销轴的失效分析

销轴的使用性能除了受其材料的影响之外，还与表面粗糙度、硬度以及与销套的配合公差有关，特别是与销套的硬度配比对销轴的耐磨性影响很大。通过研究大量工程机械用销轴的失效得出结论，磨损是销轴的主要失效形式，占80%左右，其次是断裂失效。而磨损分三个阶段：磨合阶段，磨粒磨损阶段，粘着磨损阶段［5］（如图2）。

图2 销轴磨损阶段图

第一阶段的磨合阶段主要是微凸体改变自身形状和材料的冷作硬化，该阶段的磨损主要受销轴表面粗糙度的影响。

第二阶段的磨粒磨损是销轴寿命的主要阶段，磨损量小，经历时间长，该阶段的磨损主要受硬度和配合的影响，其中配合是通过影响润滑状态来影响磨损的，另外，表面粗糙度也会影响这一阶段稳定后的配合，进而影响销轴的磨损。

第三阶段为粘着磨损，到了这一阶段销轴迅速磨损，也就意味着销轴的寿命也将马上终结。由此可见，为了延长销轴的寿命，避免销轴提前失效，对销轴的表面粗糙度、硬度和公差配合进行精心设计十分必要。

2.2 故障原因探析

车辆在运行过程中前车架铰接销孔与销轴属于直接接触，受扭矩、弯矩、冲击、重心叠加等复合载荷影响处于复杂的应力状态，中间没有过渡性质措施，存在设计缺陷，是造成前车架铰接销孔与销轴直接接触磨损的原因。

3 采取措施及完成进度

到目前为止，前车架上部铰接销孔已经严重变形，失圆度达到1.22mm，表面光洁度超差严重，原上铰接销孔直径Ø110mm，下销孔直径Ø100mm，相对整个铰卡工作状况显得比较薄弱，要将其加强，解决方案就是将销孔内镶固定套。因为销孔与前车架为一体，所以在固定套的选材上要考虑强化处理因素，其强度必须高于活动销轴。

图3 上销轴套图纸

图4 下销轴套图纸

图5 销轴图纸

3.1 措施一，销轴套与销轴的设计

设计合理的销轴套与销轴，避免销轴直接磨损销孔座，并完成图纸绘制和加工材料的选定。针对V13#铰接式卡车销孔磨损情况，根据铰接销孔原有技术参数，结合整车性能相关要求，于2013年2月初设计绘制完成上下销轴套与销轴图纸（如图3、4、5）。根据销轴套的相关技术参数设计绘制出销轴的图纸（如图5）。

3.2 措施二，销轴套与销轴的材料选择及热处理

选材加工销轴套和销轴材料。销轴的材料很多，主要根据销轴的工作载荷、润滑条件、对销轴的强度和耐磨性要求、热处理工艺等来选择合适的材料。选定材料后，拟定其热处理工艺。由于销轴安装到位后与铰接头没有相对转动，所以热处理可采用整体正火、调质加表面淬火处理，如表2。

表2 常用几种销轴材料热处理硬度对应表

销轴的表面淬火处理采用高频感应加热表面淬火，其优点是：提高销轴疲劳强度和冲击韧性，变形小，淬火层深度易于控制，淬火时不易氧化和脱碳。淬火深度1～2mm。表面淬火后精磨外圆，提高表面光洁度，表面粗糙度不高于0.4。结合实际工况，销轴在选材时，其强度要略低于固定套，以达到保护销孔的目的，所以选用35CrMo作为活动销轴的材料。根据前车架本体的材质性能和要求，选定了42CrMO钢为销轴套的制作材料。于2013年2月中旬加工完成销轴套与销轴成品（如图6）。

图6 销轴套与销轴

3.3 措施三，销孔的设计加工及严谨的镶套

2013年2月下旬完成对V13#铰卡前车架铰接销孔磨损进行镗孔工艺处理。首先找到铰接销孔定位基准，找准中心，用专用镗床将上销孔扩孔至Ø125mm，下销孔扩孔至Ø115mm，表面粗糙度达到1.6以上，公差等级为H7（如图7）。

图7 定位基准镗孔图

镶套工艺：在镶套过程中固定套内孔变形是无法避免的，所以在镶套前内孔必须留加工余量，热处理工艺要考虑其综合机械性能，如韧性、硬度、耐磨性等，要进行正火、调质、淬火处理。再将用液氮冷却的销套装入销孔内，然后将销套与销孔本体进行焊接固定。如图8。

图8 镶套工艺图

待消除焊接应力后，再对销套内壁进行镗孔校准。然后用引销将车架销孔与铰接后挂钩的相对位置锁定好，最后将液氮冷却好的销轴安装到前车架销孔中，完成销轴安装。如图9。

图9 液氮冷安装图

通过技改销轴孔避免磨损，维修方便。技改后销轴套与销轴安装示意图，如图10、11。

图10 技改后销轴套安装示意图

图11 技改后销轴安装示意图

4 实施效果

从2013年2月初开始对V13#铰卡铰接销孔第一次技改试用，持续跟踪4个月后未出现固定螺栓松动和任何异常现象，效果十分明显。并逐步扩大试验范围，分别在V17、V8、V4、V12四台车上试用，持续跟踪，效果良好，再推广到其余12台VOLVO铰卡车上使用，并继续跟踪，均未出现因前车架铰接销孔磨损而引发的故障，达到技改的目的。

4.1 经济效益

因V13#铰卡前车架铰接销孔磨损情况最为严重，如不及时技改将更换前车架总成件，以V13#铰卡技改前后经济效益做一个对比如下：

技改前更换前车架总成件单价436734 元，原装销轴单价8080元，技改前的维修次数9次，销孔磨损维修费用23587元。

技改后前车架总成件镗孔费用37500元。加工国产销套2430元,加工国产销轴4000元。

（437634+8080+23587）-（2430+4000+37500）=425371（每台车）×17（台车）=7231307元。

因此，技改17台铰卡共节约成本7231307元，降低成本，提高了效益。

4.2 社会效益

有效杜绝铰接销孔磨损所造成的车体分离的安全事故，为安全生产提供了可靠保障；增加了设备利用率，提高设备可开动率。通过技改广泛运用到举升缸、翻斗销等销孔上，解决销孔所带来的安全隐患。

5 结束语

大型矿用VOLVO A40E铰接卡车是大型露天矿山的关键设备。其运行是否安全，将直接影响其生产效率、生产成本。因此，针对铰接销轴与销孔之间因设计缺陷问题进行深入的探究、分析，采取技术创新手段，解决了生产上的瓶颈难题，延长了设备使用寿命［6］，提高了生产效率，降低了生产成本，为确保矿山安全运行提供强有力的技术保障。

［1］朱志兴. VOLVO铰接式卡车制动异响故障的处理[J]. 铜业工程，2011(6):63-66.

［2］施柏平, 戴体强. 装载机机架铰接部位磨损后的间隙补偿方法[J],工程机械与维修, 2006(8):144-145.

［3］李勇, 杨耀东, 马飞. 矿用电动轮自卸车的概况及未来发展趋势[J].矿山机械, 2010(14):52-54.

［4］谷彦中. 铰接式装载机铰接部位的现场修理[J], 工程机械与维修,1994(1):34.

［5］张丽， 王国安， 蒙秋红. 铰接销轴磨损失效分析及改进[J]. 失效分析与预防, 2010(15):15-16.

［6］周玉华. 730E型矿用自卸卡车轮胎移位故障处理[J]. 矿山机械,2013(11):139-140.