挖掘機經長期高負荷工作後，其工作裝置的軸孔、銷軸由於操作手操作不當及製造偏差等原因，可造成其軸孔、銷軸變形及磨損嚴重，進而導致轉檯、動臂等大型部件無法正常使用。為此，我們設計了新型鉸接機構，較好地解決了軸孔、銷軸變形及磨損嚴重的問題。
一
改進前銷軸鉸接機構
以挖掘機動臂與鬥杆連接的鉸接機構為例，改進前由動臂1，鬥杆2、銷軸3、隔套4、襯套5、防塵圈6、螺栓7組成，如圖1所示。鬥杆2銷軸孔與襯套5之間為過盈配合，銷軸3與襯套5之間為間隙配合。潤滑脂通過隔套4進入銷軸3與襯套5之間的間隙中，使該間隙充滿潤滑脂。螺栓7穿過動臂一側的止動套和銷軸，起到限位和防止銷軸隨鬥杆轉動的作用。
二
磨損原因分析
由於動臂上2個軸孔的同軸度存在機加工誤差，裝配時銷軸與軸孔的摩擦阻力較大，裝配後銷軸與軸孔相互干涉、產生擠壓作用力，由此造成軸孔變形嚴重，如圖2所示。
挖掘機作業過程中轉動鬥杆時，鬥杆有帶動銷軸轉動的傾向。同時，挖掘機長期大負荷作業，可使動臂與鬥杆在水平方向上產生側向作用力，可導致銷軸有左、右移傾向。由於銷軸被螺栓固定在動臂上，螺栓與止動套限位孔之間僅有2mm間隙，銷軸可在小範圍內產生軸向平移和轉動。此時若動臂軸孔與銷軸之間沒有潤滑脂，銷軸的軸向平移和轉動會產生較大的摩擦力，在同軸度超差的情況下，該摩擦力更大，由此造成銷軸和軸孔磨損。
由於材質和熱處理的原因，軸孔表面硬度遠低於銷軸，如附表所示，軸孔被擠壓變形部分很快磨損掉。同軸度偏差越來越大，磨損越快，軸孔由圓形逐漸被磨成橢圓形。軸孔在磨損過程中，陳勝的鐵屑劃傷軸孔和銷軸表面，可造成其表面粗糙度下降，在軸孔被擠壓變形部分全部磨掉之後，銷軸轉動時仍會產生較大的摩擦力，從而繼續磨損軸孔表面。隨著軸孔變形增大，工作裝置晃動越來越明顯，最後只能拆下動臂，對軸孔進行補焊和加工。
三
兩種改進方法
(1)軸孔鑲嵌襯套鉸接機構
要解決軸孔變形問題，一是提高製造水平，減少同軸度偏差;二是改進結構，提高耐磨性能。從磨損原因分析可知，軸孔磨損迅速的主要原因是其硬度太低。為此可參照鬥杆軸座的內部結構，為動臂軸孔增設襯套。改進後的軸孔鑲嵌襯套的鉸接機構由動臂1、動臂襯套2、鬥杆3、銷軸4、隔套5、鬥杆襯套6、防塵圈7、螺栓螺母8組成，如圖3所示。其中動臂襯套2以過盈配合方式嵌在動臂軸孔內，其材質和熱處理方法如附表所示。改進後的鉸接接機構，其銷軸不再與軸孔直接摩擦，而是與硬度相近的襯套摩擦，磨損速度可大大降低。
(2)銷軸懸浮鉸接機構
為了消除鉸點潤滑不足和銷軸旋轉時的摩擦力的缺陷，減少軸孔和銷軸磨損，我們又設計了銷軸懸浮鉸接機構。該機構由螺栓墊圈1、蓋板2、O形圈3、動臂4、動臂襯套5、防塵圈6、鬥杆7、隔套8和鬥杆襯套9組成，如圖4所示。
銷軸兩端安裝蓋板2，用於限制銷軸的軸向移動，銷軸可自由旋轉，以有效降低摩擦力。保留原機構的注油口，用於向鬥杆襯套9與銷軸之間加註潤滑脂。蓋板2徑向設有注油孔，為蓋板2、銷軸、動臂襯套5之間的間隙添加潤滑脂。蓋板內側設有環形槽，用於安裝O形圈3，防止潤滑脂外流。銷軸懸浮鉸接機構大大提高了潤滑效果，由於動臂軸孔安裝了動臂襯套5，襯套的表面硬度遠大於動臂，又能得到充足潤滑，避免了軸孔磨損，有效減少了軸孔磨損。
四
改進效果
軸孔鑲嵌襯套鉸接機構，可有效避免軸孔變形，而且結構簡單、成本低廉，符合中小型挖掘機的使用要求。銷軸懸浮鉸接機構雖然結構比較複雜，但是解決了潤滑不足、軸孔變形、銷軸磨損等多種問題，效果更為顯著，適合在大型挖掘機上使用。這2種新型鉸接機構，對其他工程機械工作裝置鉸接連接，具有實用和參考價值。
本文選自《工程機械與維修雜誌》2017年第6期
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