尼古拉斯拖车独立悬挂支架裂纹及修复

吴正平，赵 月

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

尼古拉斯拖车独立悬挂支架裂纹及修复

吴正平，赵 月

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

介绍了德兴铜矿于1990年代引进的尼古拉斯SR.3型100t拖车在采矿场的使用情况及承担的重要作用，对拖车的独立悬挂油缸下支架裂纹进行了原因分析；针对支架裂纹，实施了有效的修复方法；结合矿区道路条件及生产厂家存在的设计缺陷，采取了改进措施；提出了各焊接工艺过程中的注意事项。

拖车；独立悬挂；油缸下支架；裂纹分析；修复方法

1 引言

尼古拉斯SR.3型100t拖车是德兴铜矿于1990年代引进的大型运载设备，主要用于矿山采矿工作面电铲、牙轮钻机、推土机、装载机等大型设备变换工位时的运输作业和钻机钻架、电铲大架、电动轮汽车大件的运输，运输任务繁重、是该矿的主力运输设备。该机是20世纪80年代生产的产品，整机设计先进。由于已经使用近30年，且大多数时间都在坑洼不平的采矿场道路上运行，车辆的部分主要机件逐渐出现了老化、疲劳和裂纹，其中，6个车桥的独立悬挂油缸下支架均出现了程度相似的不规则的裂纹（如图1所示），严重影响了矿山的正常生产；基于生产急需、备件价格超高且外购困难等实际情况，经过认真分析研究，终于解决了这个问题。

图1 悬挂下支架裂纹状态图

2 车桥独立悬挂油缸下支架结构特点

图2为独立悬挂系统结构图。SR.3型100t拖车尾部左、右分别设置了3组（共6组）外形结构与性能完全相同的独立悬挂系统，主要机件包括：轮胎、制动鼓及制动蹄、制动分泵、车轴（桥）、悬挂油缸、悬挂缸上支架及悬挂缸下支架等组成。其中，悬挂缸下支架的左端与车轴（桥）刚性连接，右端与悬挂缸上支架的下方铰接孔通过铰接销轴实现铰接，中间与悬挂缸活塞杆的下端通过螺杆实现刚性连接，从而形成整个独立悬挂系统。每组独立悬挂系统的工作原理［1］为：通过调整液压泵站向独立悬挂油缸充油量的大小，可视情况调节拖车车架的高度；在坑洼不平的道路上行驶时，可减少拖车颠簸与振动。

图2 独立悬挂系统结构图

3 悬挂油缸下支架裂纹原因分析

悬挂油缸下支架裂纹严重影响拖车的正常运行，导致拖车经常处于维修状态，出勤率非常低，严重影响了矿山的生产正常。将6组独立悬挂系统解体、清洗后，发现支架多处不规则裂纹，针对这一状况，综合诸多因素分析［2］，主要原因如下：

3.1 设计原因

该型号拖车是国际品牌，其产品质量与性能是毋庸置疑的。由于原设计者是按普通公路路况下运行来设计的，因此，悬挂油缸下支架的结构技术性能只能适应在普通公路上运行。如果在普通公路上运行，即使运行到现在，悬挂油缸下支架各部位形状、外形尺寸及整体结构的技术性能基本上能够适应使用要求，悬挂油缸下支架出现裂纹的概率也非常小。但该拖车自投入运行以来，一直在德兴铜矿采矿场工作面运行，由于德兴铜矿采矿场的路面状况极差，道路崎岖不平，运行环境非常恶劣，因此，拖车支架的主要受力部位的形状及外形尺寸就显的非常单薄（如图3所示）：悬挂油缸下支架受力部位镂空过深（深达16mm），悬挂油缸右端叉形部位的厚度过薄（只有26mm）。

图3 支架受力部位镂空区

3.2 长期受酸性泥浆的腐蚀

由于德兴铜矿采矿场工作面的道路均为含硫较高的泥石路面，下支架的悬挂油缸活塞杆支承面上常年附着了厚度达40mm以上的泥浆，致使该部位难以清洗，导致悬挂油缸下支架在酸蚀中不断变薄。

3.3 疲劳损伤

由于德兴铜矿矿采矿场工作面道路非常差、道路崎岖不平，该车经过近30年的运行使用，悬挂油缸下支架的主要受力部位产生了金属疲劳。

3.4 道路环境影响

（一）受制于学时的限制，只能节选部分统计方法进行讲解，但讲解方法明显偏少或代表性不足，不利用学生统计思维的全面塑造。

拖车常年在德兴铜矿采矿场工作面道路上运行，由于道路崎岖不平，悬挂油缸下支架长期经受频繁的交变振动和瞬间的冲击力，导致悬挂油缸下支架产生应力集中，叉形结构部位出现应力释放。

4 悬挂油缸下支架材质化验与分析

采取悬挂油缸下支架样品，通过送检得到该样品化学成分化验结果如下：

C(%)：0.19，S(%)：0.019，Si(%)：0.39，Mn(%)：1.48，Cr(%)：≤0.11，Ti/(%)：0.00，V(%)：0.01。

从上述样品成分化验结果可知，该支架材质符合我国GB1591-1994Q345的国标［3］，相当于我国的优质Q345钢。

5 悬挂油缸下支架修复

5.1 查找裂纹及打止裂孔

（1） 仔细清除附着于悬挂油缸下支架上的泥浆、油垢，直至露出干净的原悬挂油缸下支架金属表面。

（2）认真查找每条裂纹，发现裂纹，立即用红漆标注，并将裂纹附近25~50mm范围清理干净，然后打Φ8mm的止裂孔，防止裂纹在焊补过程中、受热继续延伸［4］。

图4 裂纹形状示意图

5.2 清理裂纹

（1）细小裂纹可采用砂轮机。

（2）较深的长大裂纹用碳弧气刨清理。

为避免金属表面粗糙，给下道工序创造条件，应禁止使用氧气乙炔焰清理裂纹。

5.3 刨坡口及修形

（1）用碳弧气刨对裂纹刨坡口，坡口角度宜控制在40° ~50°之间，如图5所示。

（2）用砂轮机对坡口修形，修形后的坡口面应平滑整齐，露出完整的金属光泽面。

图5 坡口截面形状示意图

5.4 裂纹的焊接

（1）裂纹焊接采用分层、分道焊接法焊补，焊层分为打底层、填充层和盖面层三道工序，三道工序必须依次完成，不允许合并进行。

（2）层间温度控制：上一层焊补完成后，不能连续实施下一层焊补工艺，必须在焊池温度与母材温度接近时，方可实施下道工序［5］。

5.5 加强钣及焊条材质的选取

基于拖车常年主要在采矿场工作面道路上运行、悬挂油缸下支架叉形结构部位的外形尺寸原始设计单薄、存在缺陷等因素考量，为了避免再次出现下支架裂纹故障，在完成现有裂纹焊补的基础上，对悬挂油缸下支架叉形结构部位（图1中的镂空凹陷面）的内、外两个镂空凹陷面及其他已产生裂纹的区域分别焊补1块厚度为100mm的加强钣。

（1）通过分析悬挂油缸下支架母材材质及化验结果，在查阅国家相关标准后，我们发现：HG60钢板的主要化学成分及金属物理性能与母材的化学成分及金属物理性能非常相近，且具备高强度、高韧性和良好的焊接性能。

（2）根据悬挂油缸下支架及加强钣的主要化学成分特点，焊补下支架裂纹及加强钣均可选用J507焊条。

5.6 焊接加强钣

（1）施焊过程中一定要根据不同的焊接工艺需要适当调整焊接电流，焊接电流的大小以焊条周围的熔池都要熔化为宜。

（2）在裂纹交叉处,由于焊缝不允许出现交叉焊结点，一旦焊缝交叉，极易导致结构件产生应力集中，从而导致整个悬挂油缸下支架结构件的受力发生变化，引起裂纹继续开裂延伸。如果遇到2条或多条裂纹交叉时，要将裂纹交叉点打成一个Φ8 mm的小孔，让裂纹交叉点成为不焊接的空白结点（如图6所示），焊接在避开裂纹交叉点后，先从交叉裂纹部位开始焊接，以免构件裂纹在焊接过程中受热而继续开裂。

（1）用砂轮机将悬挂油缸下支架的所有焊缝处的盖层高出部分打磨平整。

（2）用HG60钢板按照图1中悬挂油缸下支架镂空凹陷面的形状制作（6轴×2、共12块）加强钣，加强钣的边缘用砂轮机或电刨制成45° 角并保持边缘面平整光泽。

（3）施焊前焊条须烘焙1h，支架母件预热至400~600℃左右。

（4）裂纹焊接采用分层、分道焊接法焊补，焊层分为打底层、填充层和盖面层三道工序，三道工序必须依次完成，不允许合并进行；层间温度控制：在上一层焊补完成后，不能连续实施下一层焊补工艺，必须在焊池温度与母材温度接近时，方可实施下道工序。

5.7 焊接注意事项

图6 裂纹交叉点处打孔示意图

（3）在同一工件上对多条裂纹实施焊接时，应按照依次分层焊接的原则和顺序进行，必须在所有的裂纹都实施完成同一道焊接工序后，才能实施下一道焊接工序，不允许先将其中一道裂纹的焊接工序全部焊接完工后，再进行另一道裂纹的焊接，否则，非常容易造成整个工件产生应力集中和变形［6］。

6 结语

用上述方法，我们对尼古拉斯SR.3型100t拖车中的6根独立悬挂油缸下支架都进行了修复（如图7），通过近2年的运行，该车的悬挂油缸下支架没有产生新的裂纹及其他故障，既取得了对修理进口大型设备的宝贵经验，又减少了对生产环节的影响，还节约了维修成本。

图7 完工后的效果图

［1］黄艳林.WJZ-0.75型铲运机铰接轴的改进[J]. 铜业工程， 2013(5):61-62.

［2］王永, 张涛. 焊缝分析在装载机车架结构改进中的应用[J]. 工程机械, 2010(5):9-11, 105.

［3］GB/T 1591-1994, 低合金高强度结构钢[S]: 3-4.

［4］蒋日章, 吴正平, 程祥. 变幅液压油缸撕裂焊接修复及改进[J]. 工程机械, 2010(2):66-68.

［5］李宏亮. TB880E型岩掘机刀盘开裂原因分析及修复方法[J]. 工程机械, 2010(3):64-65.

［6］郭红娟, 刘惠轻, 胡平, 等. 控制振动压路机支架焊接质量的工艺方法[J]. 工程机械, 2014(4):56-59, 93.

Crack and Repair of Independent Suspension Bracket for Nicholas Trailer

WU Zheng-ping ，ZHAO Yue
（Dexing Copper Mine, Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The service situation and important role of Nicholas SR.3 type 100 tons trailer which imported in 1990s in Dexing Copper Mine is introduced. The cause of the independent suspension bracket crack under the fuel tank is analyzed, and the effective repair method for cracks is implemented. Combined with the mine road conditions and manufacturers design flaws, improvement approaches adopted and various considerations in soldering process are proposed.

trailer；independent suspension；cylinder bracket；crack analysis；repair method

U463.33

B

1009-3842（2015）05-0079-04

2015-08-04

吴正平（1965-），男，江西乐平人，工程师，主要从事设备管理工作。E-mail:jxdxtkwzp@163.com