重型掘进机销轴设计及热处理工艺

杨春海

摘 要：简要阐述了重型掘进机销轴的种类及其使用情况，比较了各种销轴的优缺点及其使用过程中存在的问题，从而研发出一种适合重型掘进机的专用销轴和热处理工艺，以解决销轴易生锈、耐磨性差的问题。

关键词：重型掘进机；销轴；热处理；锈蚀

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.086

掘进机的种类繁多，其关键联接部位的销轴也有很多种。虽然销轴不是掘进机上的重要部件，但是，如果销轴出现问题，就会引发重大事故。在部分销轴被锈蚀的部位，因为销轴无法拆除，可能会导致整个联接部件需要全套更换。因此，有必要分析、比较掘进机用销轴的使用情况，为掘进机销轴选型提供参考依据。

1 掘进机用销轴种类及其使用情况

掘进机销轴的种类比较多，大体上分为开槽式销轴、环形槽式销轴和T形销轴。

1.1 开槽式销轴

开槽式销轴的结构如图1所示。这种销轴有单边开槽的也有双边开槽的，无论哪种方式，开槽式销轴主要配合挡板使用，挡板有螺孔，需与主机固定，挡板通过卡槽固定销轴，使其无法旋转。一般情况下，销轴中部与油缸或其他活动件滑动配合，而且销轴端部有注油孔，可到达销轴中部，保持销轴的润滑。该结构销轴适用于轻型掘进机。对于重型掘进机中的销轴，由于外界环境比较差，再加上润滑不良，滑动摩擦阻力系数比较大，在上百吨推力油缸的作用下，挡板会承受极大的作用力，使得螺栓被剪断，失去固定作用。虽然挡板外可加焊限位板，防止螺栓受剪，但是，在实际使用过程中，还是会因为种种原因导致挡板变形、损坏。在有锈蚀或变形的情况下，销轴很难拆除，虽然销轴中部可加装一个专门用于拆销装置的螺孔，但是，由于冲击力太小，锈蚀销轴还是很难取出。

1.2 环形槽式销轴

环形槽式销轴如图2所示，其外侧设置一个或两人挡板限位，但是，受环形槽结构的限制，挡板只能定位销轴的轴向，防止销轴来回窜动，而销轴却可以圆周自由转动，有效解决了挡板受力易变形的问题。这种销轴要求的润滑点比较多，整机润滑点由20多个增加到60多个，增加了维护保养人员的工作量。同时，相对运动的2个部件都有可能相对销轴做旋转运动。这样使用一段时间后，容易导致2个部件内孔磨损度不一致，导致同心度出现偏差，部件偏载，成对的运动副单个受力，应力集中，容易引发比较严重的大部件损坏事件。该结构也同样存在销轴难拆装的问题。

1.3 T形销轴

T形销轴如图3所示，销轴端部直接锻造出一个大端面，上端均布8个大直径螺孔，安装时，销轴用8条螺栓固定。由于螺栓数量比较多，距中心有一定的距离，所以，预紧后能产生一定的摩擦力，有效防止销轴转动。由现场试验发现，该销轴避免了其他销轴容易出现的问题，而且其大端部可加装顶丝孔，拆装力可达近百吨，而且在发生变形的情况下也可以轻易地将销轴顶出。因此，推荐在重型掘进机中使用这种结构的销轴。

2 销轴热处理工艺

销轴有了固定的结构后基本就可以消除结构上的损坏，但是，润滑不良、锈蚀、磨损都是影响销轴拆装的几个问题，所以，需要从热处理工艺入手解决问题。由于掘进机处于潮湿的环境中，温度比较高，再加上淋水等情况，销轴普通表面采用发黑、镀铬等处理已经不能有效解决锈蚀、磨损等问题，因此，需要进一步改良表面热处理工艺，从而有效解决这些问题。

鉴于销轴的重要性，提高表面处理质量可以间接减少整机的维护成本，因此，建议销轴表面处理使用性能良好的QPQ热处理工艺。具体的处理工艺是：①预热处理温度为350～400 ℃，时间为20～40 min；②氮化处理温度为520～570 ℃，时间为10～180 min；③氧化处理温度为350～400 ℃，时间为15～20 min。

工件采用QPQ热处理工艺处理后，其表面渗层组织主要由3层组成，由外向内分别为氧化膜、化合物层和扩散层。氧化膜是铁的氧化物（Fe304），可以提高金属表面的抗蚀性，对工件外观有一定的美观作用。化合物层是采用QPQ技术所形成的渗层组织中最重要的部分，其耐磨性极高，抗蚀性也极高，与表面的氧化膜层一块构成了抗蚀性极高的综合抗蚀层。这就是QPQ技术处理件的抗蚀性远远高于镀铬、发黑、氮化等防腐技术，甚至超过不锈钢的主要原因。扩散层是化合物层与工件中心之间的暗黑色组织，一般情况下，扩散层的主要作用是提高金属的疲劳强度。高速钢、不锈钢等高合金钢的扩散层硬度可以达到1 000 HV以上，所以，耐磨性也很高。

从销轴热处理工艺中可以看出，采用QPQ技术处理的销轴表面有极高的抗腐蚀能力和抗磨性。采用QPQ技术处理过的抗盐雾腐蚀能力为1Cr18Ni9Ti不锈钢的5倍，镀装饰铬的35 倍，1Cr13不锈钢的40 倍，镀硬铬的70倍，发黑的280倍。由此可知，采用销轴热处理工艺极大地提高了销轴的表面性能，彻底解决了销轴表面存在的质量问题。

3 结束语

随着掘进机的发展，使用方对掘进机的要求也在不断提高——由过去的傻大笨粗向精细化的方向发展。只有产品质量过硬，部件的生产厂家才能在激烈的市场竞争中立足。在实际工作中，不断改进产品细节是提高产品质量的有效手段之一。销轴作为掘进机各大部位联接部件中小而重要的组成部件，通过改良其自身材料、加工精度、热处理的硬度，有效解决了销轴质量问题引发的整机故障，同时，也为其他零部件细化设计起到了示范指导作用。