支重輪結(jié)構(gòu)如圖1所示。支重輪主軸7兩端的外蓋2、內(nèi)蓋8固定在挖掘機(jī)履帶架的下部，將外蓋2、內(nèi)蓋8固定后，既能防止主軸7軸向竄動(dòng)，又能防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。輪體5兩側(cè)設(shè)有凸緣，可夾持履帶鏈軌，防止履帶脫軌，確保挖掘機(jī)沿履帶行駛。

支重輪結(jié)構(gòu)

外蓋2、內(nèi)蓋8的內(nèi)部分別設(shè)有1對(duì)浮封環(huán)4和浮封膠圈3，外蓋2、內(nèi)蓋8固定后，將浮封膠圈3、浮封環(huán)4相互壓緊。

2個(gè)浮封環(huán)4相對(duì)的接觸面光滑而堅(jiān)硬，形成密封面。當(dāng)輪體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，2個(gè)浮封環(huán)4相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成浮動(dòng)密封。

O形密封圈9用于主軸7與外蓋2、內(nèi)蓋8之間的密封，浮動(dòng)密封及O形密封圈9可防止支重輪內(nèi)的潤(rùn)滑油滲漏，同時(shí)阻止泥水浸入到支重輪內(nèi)部。螺塞1內(nèi)的油孔用于向支重輪內(nèi)部加注潤(rùn)滑油。

2、受力狀況

挖掘機(jī)支重輪輪體受到履帶鏈軌向上的支撐力，主軸兩端承受挖掘機(jī)重力，如圖2所示。

支重輪受力狀態(tài)

挖掘機(jī)的重力通過(guò)履帶架、外蓋2、內(nèi)蓋8傳遞給主軸7，通過(guò)主軸7傳遞給軸套6、輪體5，再通過(guò)輪體5傳遞給鏈軌和履帶板(見(jiàn)圖1)。

挖掘機(jī)在凹凸不平場(chǎng)地作業(yè)時(shí)，容易造成履帶板傾斜，導(dǎo)致鏈軌傾斜。挖掘機(jī)做轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，主軸與輪體之間會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)力。

由于支重輪受力復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)必須合理，主軸、輪體和軸套需要有比較高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性及密封性。

3、技術(shù)要求

主軸主軸材質(zhì)為50Mn優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，C含量為0.48%~0.56%，Si量含為0.17%~0.37%，Mn含量為0.7%~1.0%，S含量小于0.035%，P含量小于0.035%，Cr含量小于0.25%，Ni含量小于0.30%，Cu含量小于0.25%。

其中Mn是合金鋼中重要元素，能改善鋼材的鍛造性與可塑性，能夠確保該材質(zhì)具有足夠的韌性和耐磨性。

50Mn鋼經(jīng)熱處理后，具有較高的強(qiáng)度和硬度，淬透性優(yōu)良，硬化層較深，珠光體組織較細(xì)，機(jī)械性能較好。

主軸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，淬硬層深度T為2~7mm，淬火硬度為50~62HRC，如圖3所示。

主軸淬硬層深度

輪體支重輪輪體軌道面承受頻繁的沖擊載荷，容易出現(xiàn)擠壓變形，使輪體軌道面延伸成圓錐形狀。

為改善受力狀況，我們加長(zhǎng)了輪體軌道面的長(zhǎng)度，并將軌道面與輪腰的過(guò)渡處設(shè)計(jì)成斜面，以提高軌道面支撐能力，圖4所示陰影部分為加長(zhǎng)的軌道面和過(guò)渡斜面。

改進(jìn)后的支重輪輪體

為了提高支重輪輪體的耐磨性，輪體材料為40Mn2合金結(jié)構(gòu)鋼。C含量為0.37%~0.44%，Si含量為0.17%~0.37%，Mn含量為1.4%~1.8%，P含量小于0.030%，S含量小于0.030%。

輪體采用鍛造方式成型，成型后對(duì)輪體毛坯進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)到26~32HRC，以保持輪體內(nèi)部具有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和綜合機(jī)械性能。

輪體表面進(jìn)行淬火處理，以提高支重輪軌道面的硬度、耐磨性。

淬火硬度為50~58HRC，淬硬層深度為6~12mm，這樣軌道面硬度與鏈軌節(jié)硬度(48~58HRC)基本接近。

密封 O形密封圈環(huán)槽尺寸及表面粗糙度要符合設(shè)計(jì)要求，相配合面應(yīng)倒角，并清理毛刺及銳邊。

浮封膠圈、O形密封圈應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)丁晴橡膠，內(nèi)徑尺寸、線徑尺寸、彈性、硬度(邵氏)、表面光潔度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，裝配前應(yīng)按以上項(xiàng)目逐一檢驗(yàn)合格后，方可投入裝配。

若浮封膠圈未套住浮封環(huán)環(huán)槽，或者未與浮封環(huán)貼合，會(huì)造成浮封膠圈對(duì)浮封環(huán)施壓不均勻。

施壓不均會(huì)造成浮封環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)局部刃面磨損加劇，導(dǎo)致浮封環(huán)漏油。若裝配內(nèi)、外蓋時(shí)將O形密封圈邊緣切壞、半邊卡在環(huán)槽外，或裝入環(huán)槽時(shí)被扭曲，會(huì)造成O形密封圈密封性能或使用壽命降低。

有時(shí)，氣密檢查壓力達(dá)不到一定數(shù)值，則檢查不出泄漏，注油后也不會(huì)發(fā)生泄漏，但挖掘機(jī)工作一定時(shí)間后，支重輪各部件摩擦升溫、內(nèi)腔壓力升高到一定數(shù)值，就會(huì)出現(xiàn)泄漏。

若出現(xiàn)泄漏后繼續(xù)使用，則浮動(dòng)油封會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重漏油。

間隙支重輪主軸與輪體上的軸套間隙為0.2~0.4mm，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)有阻滯現(xiàn)象，密封性能良好，不漏油。

潤(rùn)滑 應(yīng)使用加油器向支重輪內(nèi)加注齒輪油，必要時(shí)可適當(dāng)提高潤(rùn)滑油黏度。加注齒輪油前，應(yīng)先放盡已經(jīng)失效的齒輪油，再將新齒輪油加至油塞孔內(nèi)，至到油液流出為止。

加注潤(rùn)滑油時(shí)，將軸端螺塞擰下，把注油器注油嘴端頭頂住油道內(nèi)肩，向油道內(nèi)注油。安裝油塞時(shí)，需用扭力扳手，將油塞的擰緊力矩控制在157~255N•m范圍內(nèi)。

二、損壞原因分析

本文以某廠家20t級(jí)挖掘機(jī)為例，分析其支重輪損壞原因。我們檢查該挖掘機(jī)部分損壞的支重輪，發(fā)現(xiàn)其故障以主軸、輪體損壞和漏油為主。其中損壞嚴(yán)重的支重輪主軸出現(xiàn)抱軸，造成整個(gè)支重輪無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)分別進(jìn)行分析。

1、主軸損壞

材質(zhì)不合格我們用光譜測(cè)量?jī)x檢測(cè)支重輪損壞主軸各元素含量，其中Mn元素實(shí)測(cè)含量為0.59%，與標(biāo)準(zhǔn)含量(0.7%~1.0%)相差很多。這嚴(yán)重影響了主軸機(jī)械性能。

熱處理不合格實(shí)測(cè)損壞主軸表面硬度及淬硬層深度，如表1所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)表明主軸表面淬火硬度及淬硬層深度均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響主軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性。

實(shí)測(cè)損壞主軸表面硬度及淬火層深度

磨損嚴(yán)重經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，主軸彎曲、主軸軸徑與軸套配合部位磨損嚴(yán)重，如圖5所示。經(jīng)測(cè)量，主軸與軸套配合間隙已大于0.3mm(該間隙應(yīng)小于0.2mm)，需更新主軸及軸套。

圖5

2、輪體損壞

檢查損壞的支重輪輪體，發(fā)現(xiàn)輪體軌道面變形、開(kāi)裂、掉塊。圖6為支重輪滾道面受沖擊后延伸為圓錐形。

支重輪滾道面受沖擊后延伸為圓錐形

磨損嚴(yán)重輪體磨損主要表現(xiàn)在軌道面、導(dǎo)向凸輪緣及軸套座孔。

這是因?yàn)橥诰驒C(jī)經(jīng)常在沙土、泥濘、粒石場(chǎng)地作業(yè)，大量磨料進(jìn)入支重輪軌道面與鏈軌之間，形成強(qiáng)烈的磨料磨損，且這些砂石對(duì)軌道面及凸緣與履帶鏈軌節(jié)間產(chǎn)生較大的擠壓應(yīng)力，形成很多微觀擠壓變形及干摩擦。

這些干摩擦既有滾動(dòng)摩擦也有滑動(dòng)摩擦，由此造成輪體軌道面嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致輪體剛度與強(qiáng)度降低。而凸緣嚴(yán)重磨損后，容易出現(xiàn)支重輪脫軌現(xiàn)象。

熱處理不合格實(shí)測(cè)支重輪損壞輪體表面硬度及淬硬層深度，測(cè)試結(jié)果如表2所示，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表明，輪體表面淬火硬度及淬火硬度層深度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。