一种铣刨机行走减速机故障分析

李伟 任增斌 栾彩强

摘要：铣刨机行走减速机是路面铣刨机的减速机构，液压马达通过减速机减速后驱动轮胎前进，而减速机的密封结构是影响减速机故障和铣刨机性能的重要因素。影响减速机密封性的主要因素包括制动器活塞密封件、制动器进油口处密封件、制动器进油口液压油压力大小，其中制动器活塞密封件要承受高压，因此此处密封也是最容易损坏的地方。针对密封两个部件之间O型圈因止口密封胶的影响而出现漏油的情况，通过对制动器活塞与制动器液压油压力大小的合理匹配、选型以及密封两个部件之间O型圈与止口密封胶的合理处理，避免了减速机出现漏油的情况。

关键词：铣刨机；减速机；制动器；活塞；密封

中图分类号：TH132.46    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）17-0066-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.018

0    引言

铣刨机行走减速机所匹配的铣刨机采用后置输料，行走实心胶轮、全液压四轮独立驱动以及皮带驱动铣刨毂等结构形式[1]，此结构铣刨机与同类铣刨机相比具有配置先进等优点。但是其用来驱动行走实心胶轮的行走减速机在使用过程中容易发生漏油现象，该行走减速机由液压马达驱动，同时由液压系统提供减速机的制动器进油口压力。为此，找到漏油原因并加以改进显得尤为重要，本文将对该过程进行介绍。首先，根据用户反馈信息，公司派技术人员到客户使用现场进行调研，同时结合有关试验进行验证，最终找到了漏油原因，解决了铣刨机行走减速机在使用过程中出现的漏油问题。

1    减速机故障情况

1.1    减速机故障现象

根据客户的几次反馈可以知道，减速机故障主要表现形式是减速机在行走过程中突然单个轮胎抱死不转，被动地拖拽行走，此时将铣刨机停车，然后将减速机后盖上的加放油塞转到最高位置，打开油塞后会发现油塞里面有一定压力的液压油流出来（图1）。

1.2    减速机临时维修方案

售后人员到达现场后将减速机内带有一定压力的润滑油放掉后，将后盖拆卸下来，检查减速机内部齿轮和轴承是否出现故障。拆开后盖并检查齿轮和轴承没有损伤，然后运转减速机，发现减速机可以正常转动，证明减速机内的齿轮和轴承是完好无损的（图2）。然后将后盖再装回减速机上，向减速机内加油至油位并拧紧油塞，发动铣刨机车辆，此时原来抱死不转的减速机正常工作。当铣刨机正常工作约一周后，原来抱死的减速机又出现了抱死现象，对应的实心轮胎又开始被其他轮胎拖拽行走。现场工人打开油塞后又发现有一定压力的润滑油流出，将减速机内部的油放出一部分至油位后，将油塞拧紧在减速机后盖上，发动车辆，减速机又开始正常工作。此后一直有规律地出现上述情况，最终给客户更换了新的减速机。

2    铣刨机行走减速机故障原因查找及分析

2.1    减速机主要技术参数

输出扭矩：3 000 N·m；输出转速：85 r/min；速比：20.8；制动力矩：290 N·m；开启压力：1.8～2.2 MPa。

2.2    减速机结构

铣刨机行走减速机结构如图3所示，主要由输入轴1、小弹簧2、大弹簧3、活塞4、O型圈5、马达座6、O型圈7、壳体8、密封圈组9、密封圈组10、静摩擦片11、动摩擦片12、齿圈13、油塞14、后盖15以及齿轮部件等组成。

2.3    减速机故障分析

针对减速机突然抱死不转（对应实心胶轮拖拽行走）的情况，首先考虑减速机内部齿轮或轴承损坏或制动器出现故障问题。由前文1.2可知，减速机内的齿轮和轴承是完好无损的，因此考虑制动器部分出现漏油情况。在不拆开减速机的前提下，用手动打压泵连接马达座6上的制动器进油口，然后向减速机内注入5 MPa的压力并做保压试验3 h，发现手动泵压力没有明显下降，证明减速机制动器部分不漏油。为进一步验证减速机制动器部分是否漏油，将减速机整体放入齿轮油中，然后向减速机马达座6的制动器进油口连接0.7 MPa的空气，发现减速机周围没有气泡出现（图4），进一步证明减速机制动器部分密封效果良好。

但是在减速机抱死后，通过拧开后盖15上的油塞放油可知，减速机内部齿轮油增加了。由图3中的减速机结构可以知道，减速机内多余的齿轮油应该是由制动器进油口进入到减速机内的液压油，也就是说当减速机抱死后，液压油已经进入到减速机内部了，进而导致减速机内油量增加，故上述所做的减速机制动器部分的密封试验只能证明当活塞静止不动时，制动器部分是密封完好的，但是在活塞工作过程中，减速机制动器部分是否完好目前还不知道，但大概率是漏油的。为此，开始拆卸减速机并查找原因。

首先拆下马达座6，发现安装在马达座6和壳体8之间的O型圈7发生了变形，导致制动器液压油有可能从该处漏油（本案此处没有漏油），O型圈7发生变形的原因是安装O型圈5的地方用止口密封胶替代了O型圈5，当马达座6和壳体8结合在一起后，多余的止口密封胶被挤压并占用了原來安装O型圈7的沉孔（图5）。

继续拆卸减速机，把活塞4取出后检查密封圈组9的完整性（密封圈组10在壳体8的内孔，在不拆卸密封圈组10的前提下无法观察其完整性），如图6所示，密封圈组9的黑色圈上出现了细微的伤痕，结合减速机在使用过程中内部齿轮油增加的情况可推断，密封圈组9和10存在漏油的可能性。再找来第二台出现同样故障的减速机，用手动打压泵连接马达座6上的制动器进油口，并不断打压泄压，使得活塞4不断上下移动，当试验做到超7 h的时候，密封圈组9和10的地方出现了漏油现象，进而证实了前面的推断，即密封圈组9和10存在漏油的可能性。

3    铣刨机行走减速机改进措施

3.1    减速机故障时密封圈组9和10细微损伤原因分析

针对密封圈组9和10在活塞4静止的时候密封效果良好，无漏油现象，而当活塞4做上下往复运动很多次后（试验超7 h的时候）才发生漏油现象，结合密封圈组9上有细微的伤痕，可以推断密封圈组9和10是在受轻微损伤后才出现轻微漏油现象。而密封圈组9和10出现受轻微伤的原因可能是减速机在装机过程中零部件清洗不干净或是齿轮在运转过程中产生的粉末杂质，其中后者无法避免，或是减速机制动器开启压力和铣刨机给的开启压力差太小，导致活塞4在上下往复运动中更容易将杂质带到密封圈组9和10上。结合出现这种漏油现象的比例不是很大，因此怀疑密封圈组9有轻微损伤是由于铣刨机给予减速机的制动器开启压力和减速机自身的开启压力差过小，由客户所给信息可知，铣刨机给减速机的制动器开启压力为2.6 MPa，而减速机制动器开启压力为1.8～2.2 MPa，为了精确计算数值，需要计算出减速机制动器开启压力的大小。

3.2    减速机开启压力计算

已知活塞安装弹簧数量为12组，大弹簧和小弹簧原始长度为37 mm，弹簧压缩后长度为26.5 mm，大弹簧弹力系数38 N/mm，小弹簧弹力系数20.6 N/mm，活塞密封腔体大外圆直径118.9 mm，小外圆直径98.2 mm。当弹簧被压紧时，根据公式F=kx[2]（k为弹簧的弹力系数，单位为N/mm；x为弹簧的压缩量，单位为mm），可以求得弹簧对活塞产生的总弹力：

其中：

将n=12，k1=38，k2=20.6，x=37-26.5=10.5 mm代入公式（2）和（3）中，可以求得F1=4 788 N，F2=2 596 N。将F1和F2的值代入公式（1）得到弹簧对活塞产生的总弹力F0=7 384 N。

活塞密封腔体面积为：

将D=118.9 mm，d=98.2 mm代入公式（4），得到活塞密封腔体面积A≈3 529 mm2。

活塞密封腔体压力公式为：

将F0=7 384 N，A=3 529 mm2代入公式（5），得到P≈2.1 MPa。

3.3    减速机故障改进措施

针对铣刨机行走减速机的制动器开启压力和减速机自身开启压力差过小这一原因，考虑到提高铣刨机整车的系统压力成本更高，因此首先考虑降低减速机的制动器开启压力（在确保减速机制动力矩达到使用要求的前提下）。为此，可以减少安装在活塞上的弹簧数量，以降低减速机制动器的开启压力。通过计算可以得知，当大弹簧数量为8个、小弹簧数量为4个时，减速机开启压力为1.2～1.4 MPa，与铣刨机制动器的系统压力2.6 MPa相差比较大，因此理论上是符合设计要求的。针对马达座6和壳体8之间的O型圈7发生变形的问题，解决方案是将O型圈5安装处的止口密封胶去掉，然后增加O型圈5。通过上述方案的优化，公司后续的减速机产品再没出现过上述问题。

4    结束语

目前基于铣刨机行走减速机故障分析的相关研究比较少，随着铣刨机零部件的不断国产化，针对铣刨机行走减速机的研究也将不断完善。本文针对目前铣刨机行走减速机国产化后出现的问题进行了详细总结，本文对减速机故障的分析，有利于推动铣刨机行走减速机的国产化进程。

[参考文献]

[1] 平德纯，宋玉萍，梁帮修.XM130型路面铣刨机[J].工程机械，2008（9）：13-15.

[2] 周立安.浅谈新彈簧对“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验误差的影响[J].高中数理化，2020（20）：48-50.

[3] 成大先.机械设计手册 第1卷[M].5版.北京：化学工业出版社，2007.

收稿日期：2023-06-01

作者简介：李伟（1984—），男，山东人，高级工程师，研究方向：齿轮传动系统。