3t装载机发动机地脚螺栓断裂故障排除分析

胡旭

摘要：装载机作为一种常用的工程机械，已被广泛应用到港口的生产作业中。本文以3t装载机为研究对象，围绕其整机振动过大以及发动机地脚螺栓易发生断裂问题，指出了在安装、使用减震器时所需要注意的事项，分别从减震器自身参数、减震器安装等方面分析了发动机地脚螺栓发生断裂的原因，最后对具体的改进方案予以明确，且改装了发动机的支撑。经最终改装且测试证实，4个支承的隔振率在多方面上都得到大幅提升，振动情况得到显著改善，故障被有效排除。

关键词：3t装载机;发动机;地脚螺栓;断裂故障

中图分类号：TH243                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）10-0154-02

0  引言

伴随社会经济的持续、稳定化发展，科学技术水平的不断提升，人们除了对工程机械的整机质量给予高度重视外，还对其操纵舒适性提出了更多且更嚴格要求。需要指出的是，在对整机质量以及操作舒适性造成影响的各种因素当中，最为突出且常见的便是振动，首先，振动会使驾驶员在频繁振动的环境中产生不舒服感，由于振动程度存在差异，或者因人而异，驾驶员会从中感到疲劳、不舒适，甚至进展为身心痛苦;其次，如果工程机械在实际的激振频率上，与其自身的固有频率越发接近，此时，振幅会持续性的增大，严重时还会形成共振，如果整机处于共振状态，那么不仅容易造成一些零件的松动、脱落，而且严重时还会致使此些零件提前损坏，增加成本及维修频次，不利于生产作业进度与效率。本文围绕3t装载机的发动机，就其地脚螺栓断裂故障的原因及具体排除思路探讨如下。

1  3t装载机发动机地脚螺栓断裂原因

针对某款3t装载机而言，其在既往的售后反馈当中，时常存在两种情况，其一为整车有着比较大振动情况，其二是发动机右后地脚螺栓存在明显的断裂状况。而根据既有经验得知，之所以出现上述情况，可能原因有二，第一就是强度等级方面的问题，而第二则为螺栓质量方面的问题，但需要强调的是，通过对此螺栓进行更换，且加强螺栓强度等级之后，上述问题并没有得到有效解决。因存在着比较严重的螺栓断裂与振动问题，我公司相关技术人员组建了攻坚小组，小组围绕此类情况，开展了全面且深入的分析，从中找出如下主要问题：

1.1 减振器原因

此3t装载机所配套的发动机是一种有着强劲功率的发动机，在处于运动状态下，会出现明显的振动情况，故专门安装了先进的减振器，但需要指出的是，减振器在具体的布置方向上存在差异。基于减振器的相关应用上来分析，其最合理位置即为同一平面、同一方向，而对于3t装载机所配套的发动机而言，现阶段，采取的是典型的四点支承，各发动机支承借助减振器来实现与车架之间的有效连接;但需强调的是，因在刚开始的时候，因受限于发动机自身的结构特点，导致在对减振器进行实际排布过程中，无论是发动机前端的两个支承，还是左后支承减振器，都是采用的比较常见的前、后方向布置，此外，还需要说明的是，其把发动机右后支承所对应的减振器进行比较特殊的左右方向布置，也就是相反于其它三个减振器的方向。而基于减振器所具有的减振效果来分析，此乃导致发动机右后地脚螺栓发生断裂情况的最关键性原因。另外，针对右后支承减振器而言，不管是进行前后方向的布置，还是进行左右方向的布置，均与左后减振器之间呈现为不对称状态，从而导致右后减振器螺栓出现受力过于集中的情况，这同样是造成螺栓发生断裂的常见原因。

1.2 减振器自身的性能参数

基于减振器自身的各项性能参数来分析，现阶段，发动机所采用的四个减振器是标准的EA220型减振器，其无论是在刚度上，还是在额定载荷上，再或者是其他方面，均有着相同的参数;但现实当中，这四个减振器所能够承受的载荷其实是不相同的，主要原因在于减振器所能够承受的主要载荷，不仅来自于自发动机自身重量，而且还包含其它部件的重量，比如传动轴、液压泵、变矩器以及胶管等，而对于其中的液压泵、变矩器而言，其通常情况下，与发动机的飞轮端直接相连，因此，这四个减振器所能够承受的载荷其实并不完全相同，即以往所选用减振器在具体的减振性能上，难以从根本上满足装载机发动机的减振要求，这同样是造成装载机整机有着比较大振动，从而导致螺栓断裂的主要原因。

通过全面、严格测量得知，前、后减振器在具体的受力情况上，主要为：整体重量为935kN（其中不仅包含有液压胶管、工作泵、变矩器，而且还囊括传动轴、转向泵、发动机等）;针对位于前端的减振器而言，其单个的受力为295kN;而对于后端的减振器来分析，其单个受力为165kN。

2  明确具体的改进方案

通过开展上述分析，最终对相匹配的改进方案给予明确：其一，根据具体需要，对发动机支承进行重新设计，使其左右两边能够完全对称，以此防止因减振器螺栓受力不均匀而造成螺栓断裂的情况发生;其二，依据减振器所存在的实际受力情况，围绕减振器，就其具体的结构形式进行重新选择，而对于相配套的各项参数进行重新设定;把后端的两个减振器更改成更为合理的圆形结构减振器，而在具体型号上，可选CB2204型，之所以选择此种型号，原因在于前段受限于整车结构，仅能采用原先的减振器。

3  进行试验与测试

3.1 定义坐标系方向

在定义坐标系的具体方向时，需要做到应保持其一致于车辆坐标系，X正方向是整车的前进方向，而Z、Y方向分别表示为垂直车架方向、左右方向。

3.2 测试的基本流程及最终结果分析

参照上述方案，开展有目的性、针对性且全面化改进，而且还选用专业设备对策、测试了改进前、后的隔振情况，具体的测试流程为：

3.2.1 测试的主要目的

围绕橡胶悬置块处发动机的引擎脚上的振动信号，以及车架上的震动型号，分别进行测试分析，从中将各个悬置点的振动衰减率计算出来，从中明确悬置所对应的隔振性能。

3.2.2 测试的主要内容与方法分析

对不同悬置点位置处发动机以及车架上三个方向的震动信号、悬置的隔振性能进行逐一测试。另外，将三向振动传感器分别安装在各悬置点的发动机和车架上，通过对发动机的转速信号进行实时性跟踪，并且进行怠速试验与慢升速试验，对各悬置点位置处发动机与车架所对应的震动情况进行测试。

3.2.3 所用到的设备、仪器及数据分析软件

在本次试验与测试工作中，所遇到的仪器主要有7个PCB 356A25 356A26型號的振动传感器，1个SPS-5型光电转速传感器，以及1个SC305型数据采集器;所用软件为1套LMS Test.Lab型数据分析软件;另外，还用到9根导线。

3.2.4 采集数据

在对发动机进行跟踪时，仅对转速在630～2000r/min之间的转速进行跟踪，每间隔30r/min便进行一段信号的采集工作，从中将其OVERALL值计算出来。而在具体的采样带宽上，即为256Hz，与之相配套的采样谱线数是512。

3.2.5 最终测试结果

本文仅围绕右后支承的测试情况（怠速工况下）作一剖析。分别在改进前及改进后，进行右后悬置怠速隔振性能曲线的绘制，然后进行对比，并且根据相关公式，将怠速时的隔振率（Td）给计算出来，即发动机上的振动能量值与车架上振动能量值相减所得到的差值，与发动机上的振动能量值的比值，即为Td。通过分析相关曲线结果发现，在具体的左右方向上，不仅无隔振效果，而且位于车架上的震动较发动机支承所对应的振动，也要偏大。因此，隔振率（TdY）经计算得知，即为-0.37，出现负值;而通过图1的计算结果得知，其在各个方向上的隔振率，都有明显提高;四个支承改进前、后的怠速隔振率为：

①改进前。前右支承TdX、TdY、TdZ的隔振率分别为0.48、0.72、0.57;前左支承分别为0.53、0.53、0.73，后左支承依次为0.53、-0.30、0.49，后右支承分别为0.72、-0.36、0.66。②改进后。前右支承TdX、TdY、TdZ所对应的隔振率分别是0.57、0.92、0.67，前左支承、后左支承分别为0.76、0.91、0.66，0.87、0.54、0.91，后右支承分别是0.85、0.66、0.92。

在RUNUP工况时，改进后发动机减振器在具体的隔振率上相比改进前，同样有明显提高。依据上述测量结果开展了深层化、全面性整改，在改进之后的近6个月的运行里，未发生发动机右后地脚螺栓断裂情况，此外，整机振动还得到了明显降低。由此表明，通过改进之后的装载机，其运行效果好，能够有效防止地脚螺栓断裂状况的发生。（图1）

4  结语

综上，3t装载机是当前工程机械中的常用设备，其能够高效率运行，会对整个工程进度产生较大影响。因此，做好其检修维护工作，至关重要。针对3t装载机所配套的发动机而言，由于功率大、功耗高，在实际运作过程中容易出现振动等情况，而长此以往，便会造成地脚螺栓断裂，从而对整机的正常运作造成较大影响。所以需要深入分析发动机地脚螺栓断裂故障发生原因，制定具体的改进方案，将故障消除掉，为3t装载机高效化运行提供切实保障。

参考文献：

[1]邹清武，杜军，任启亮，等.浅谈轧机齿轮座地脚螺栓故障原因及改造措施[J].工程技术（文摘版），2016（9）：00308.

[2]李文生.地脚螺栓松动引起的输油机故障分析[J].设备管理与维修，2018（013）：12-14.

[3]陈响亮，倪永生，张雷.某核电厂辅助给水泵电机振动故障诊断[J].噪声与振动控制，2018，38（S2）：346-349.

[4]任学平，韩雷刚，庞学勤.强冲击下BD1轧机输送辊地脚螺栓失效的力学分析[J].铸造技术，2018，039（002）：456-461.