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  一、小型挖掘机回转支承的结构特点

  小型挖掘机回转支承,是指连接小型挖掘机下部底盘与上车架的轴承。它主要包括了外轮、内轮、钢球、衬垫、油封、润滑油通道、衬垫等细小零部件,其中,

  回转支承的外轮与上车架通过螺栓连接的方式进行装配,属于旋转部件;内轮的齿轮则与回转马达的小齿轮之间相啮合,并与下部底盘用螺栓进行装配,属于静态部件。

小型挖掘机回转支承早期断齿故障分析

  二、小型挖掘机回转支承早期断齿故障的原因分析

  导致小型挖掘机回转支承早期失效问题的原因,主要有两种:一种是因为断齿故障,另一种则是因为滚道损坏故障。其中断齿故障的比例更高,它多出现于整机出厂的一年以内,不仅影响到回转支承制造厂商的信誉度,而且对小型挖掘机的正常可靠工作也带来了严重影响。本文对多例回转支承的断齿故障进行检测分析,得出故障原因主要来源于以下问题:

  1、加工设计问题

  因加工设计问题,而导致小型挖掘机回转支承的轮齿间隙过小,是引发支承早期断齿故障的最主要原因。根据国家规范标准及相关行业标准中的要求,小型挖掘机回转支承的齿圈和小齿轮之间的配合间隙应不低于0.2mm,在小型挖掘机使用过一段时期以后,其间隙也不得超过0.3mm。

  然而在小型挖掘机的实际作业中,因其作业条件和受力情况复杂,上部车架在转动过程中容易形成较大的离心力与惯性力,而导致回转支承滚道内的钢珠被挤压而产生形变。这时回转支承轮齿间的形变相比空载时会大很多,再加之上部机架的形变,导致轮齿的偏移量过大,轮齿间隙明显减少。在这一过程中,当小型挖掘机回转支承的齿圈和小齿轮之间的配合间隙过小时,就会出现小齿轮压过大齿轮的现象,而最终导致早期断齿故障的发生。

  2、热处理问题

  回转支承的热处理质量问题,也是导致支承早期断齿故障的一个主要原因。当前,回转支承已被广泛应用于液压小型挖掘机、汽车起重机、塔式起重机、混凝土泵车、风力发电设备等各种大型工程机械当中。虽然我国回转支承生产企业多、规模大,但是整体制造工艺水平与产品技术水平较为类同,与国际先进水平的差距仍较大。

  尤其是回转支承的热处理质量不稳定问题,在国家颁布的回转支承的制造标准中,要求回转支承经过热处理以后,其调质硬度标准应能达到207~262HB。然而在实际生产中,如因热处理质量不佳,而导致其硬度标准不合格,使得回转支承因早期磨损过快而断齿。

  3、装配工艺问题

  除以上原因以外,回转支承在装配阶段如果出现工艺误差,则很可能因质量缺陷而导致早期断齿故障。一方面是由于装配过程中轮齿间隙的调整不当,这是由于小型挖掘机所采用的回转支承普遍具有轮齿模数大、尺寸大以及齿数多的特点,容易因安装工艺误差而导致轮齿间隙过小,而影响到外轮齿与内轮齿在啮合时的重合度,使得轮齿因不堪重负而发生早期断齿故障;另一方面,则是由于装配过程中立轴齿轮与支承的轴线之间不平行,当两者不平行时将影响到立轴齿轮与回转支承之间的有效啮合,即重合度的区域过小,这时立轴齿轮就会形成较大的挤压力,在长时间作用下回转支承的轮齿就会因过大的挤压力而发生过大磨损甚至断齿问题。

小型挖掘机回转支承早期断齿故障分析

  三、小型挖掘机回转支承早期断齿故障的解决措施

  1、做好回转支承的设计选型

  设计选型不当,而导致小型挖掘机回转支承的轮齿间隙过小,是引发回转支承早期断齿故障的最主要原因,因此必须做好回转支承的设计选型。

  (1)严格控制回转支承的出厂间隙

在上文中提到,小型挖掘机回转支承的齿圈和小齿轮之间的配合间隙应不低于0.2ranl,在小型挖掘机使用过一段时期以后,其间隙也不得超过0.3ram。为尽量避免小型挖掘机在使用过程中,因形变而导致间隙过小问题的发生。一方面,应尽量提高支承齿轮的模数,使应用于小型挖掘机的回转支承的齿轮模数,能相比滚道直径相同的其它大型机械设备的齿轮模数要提高一个档位,从而保证回转支承的齿轮能具备足够的承载能力;另一方面,还应严格控制回转支承的出厂间隙,防止因回转支承的齿圈与小齿轮之间配合间隙过小,而导致小齿轮压过大齿轮的现象发生。

  (2)采用斜角齿轮或鼓形齿轮

  回转支承早期断齿故障的根本原因,是由于齿圈与小齿轮之间相互挤压所导致的,为根除这类问题,建议相关生产企业在回转支承的设计选型中,尽量采用斜角齿轮或鼓形齿轮。其中,斜角齿轮就是将回转支承的齿圈由全齿宽,设计改造为37。的斜角,通过这种改造方式,能将回转支承齿轮中容易发生断裂部位去除,并使得齿圈与小齿轮之间的挤压力不会完全集中在齿圈的上部位当中;而鼓形齿轮则是将回转支承的齿圈作成鼓形齿,它不仅能有效改善齿圈与小齿轮之间的啮合状况,而且能明显降低小型挖掘机作业过程中齿轮的振动作用。

  综合而言,斜角齿轮与鼓形齿轮的应用,均能有效克服因挤压产生的齿轮裂缝,从而在很大程度上延长了回转支承断齿的时间,延长了其正常使用寿命。经实际应用表明,两种形状的齿轮都能起到明显降低回转支承早期断齿故障的发生,具有非常明显的改善效果。

  2、保证回转支承的热处理质量

  (1)保证淬火、回火工艺质量

  回转支承淬火、回火工艺的目的,主要是将支承齿轮的组织材质由奥氏体转变为回火马氏体。如果因淬火质量不佳、回火时间不够等问题,都可能导致回转支承出现硬度偏低、淬硬层偏小、硬度不均匀等现象,而引发早期断齿故障。因此,必须保证淬火、回火工艺的质量,使淬硬层能达到2.5mm以上,硬度也应均匀,不得出现变形或裂纹。同时,还应做好质量的检测工作,主要是进行齿轮淬硬层深度和金相组织的检测,并严格按照热处理的要求检查表面淬火硬度、回火带宽度、淬火裂纹情况等。

  (2)采用分区淬火方式

  为有效降低回转支承齿圈和小齿轮之间,因挤压作用所带来的影响,在齿轮淬火时可采用分区淬火的方式,从而形成渐变硬度式的齿轮(见下图2所示)。这种齿轮可形成软区、过渡区以及正常硬度区这三个区域,当齿圈和小齿轮发生挤压作用时,齿轮上部的软区具有良好的塑性变形性能,能有效缓解挤压作用所带来的不利影响,从而有效避免了齿轮早期断齿故障的发生。

  3、保证装备工艺的质量

  回转支承装配工艺的质量与精度,对早期断齿故障的发生率有着直接的影响。因此,除应当做好对常见装配质量问题的分析与处理以外,还应当采取以下措施以有效保证回转支承的装配工艺质量:

  (1)制定完善的装配技术方案

  应制定并实施先进、完善的装配技术方案,以切实保障装备的精度与质量。要求在装配技术方案中,无论的零部件性能的选择,或者是装配现场布置,都需要通过反复、细致的研究,以确保回转支承的装配工作能达到较高的技术标准。

  (2)实施精细化的控制管理

  一方面,应加强对回转支承各零部件的选择与检验管理,无论是其制造质量、设计质量、或者是其型号、性能的选择,都必须选择适合实际需要,严禁选择存在质量缺陷问题的零部件进行装配;另一方面,还应加强装配前的技术交底工作,使现场装配人员能详细了解到装配要点和质量控制要点,并能根据详细的技术方案开展装配作业。

  (3)提高员工的装配水平

  为切实提高回转支承装配工艺的质量与水平,还要求加强对装配人员的培训工作,以不断提高其自身的专业素质与业务技能水平,从而尽量避免在装配过程中出现质量缺陷问题,确保回转支承的生产与装配质量。

 小型挖掘机回转支承早期断齿故障分析

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