裝載機(jī)雙變?yōu)V油器螺栓斷裂原因分析

       一、故障現(xiàn)象
       1臺(tái)使用了3個(gè)月的ZL50C型裝載機(jī)，在毫無(wú)前兆的情況下，其雙變?yōu)V油器上的內(nèi)六角螺栓突然斷裂。該裝載機(jī)雙變?yōu)V油器主要由濾芯和殼體組成，其中殼體包括上蓋和筒體，均為鑄鋁材質(zhì)。上蓋和筒體通過(guò)4個(gè)8.8級(jí)內(nèi)六角螺栓組裝在一起。維修人員反映，該型裝載機(jī)在惡劣工況作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)過(guò)多起雙變?yōu)V油器內(nèi)六角螺栓斷裂現(xiàn)象，造成上蓋與筒體分離、變矩器油外溢，導(dǎo)致裝載機(jī)無(wú)法繼續(xù)使用。
       二、原因分析
       拆解雙變?yōu)V油器后發(fā)現(xiàn)其筒體完好，上蓋出現(xiàn)損壞。斷口表面基本平直，與螺栓軸線垂直，斷口無(wú)明顯塑性變形，斷裂螺栓的2個(gè)斷口可以上、下吻合，說(shuō)明螺栓硬度較高。
       1、分析螺栓斷口
       螺栓正確安裝后，其螺紋連接處的第1扣大約承受25%的總載荷， 第2扣承受19%的總載荷，因此60%～65% 螺栓斷裂均位于螺紋連接處第1 扣的根部。該雙變?yōu)V油器螺栓的斷裂就是發(fā)生在第1扣螺紋根部，由此可知螺栓第1 扣螺紋位置確實(shí)承受了較大的載荷，載荷過(guò)大是引起螺栓斷裂的主要原因。
       2、分析螺栓斷裂面, 確定斷裂原因
       我們從螺栓的斷裂面發(fā)現(xiàn)，該斷裂面形成的區(qū)域非常明顯，可清楚看到疲勞裂紋源、疲勞擴(kuò)展區(qū)和脆性斷裂區(qū)。而所有螺栓均承受同一方向的彎矩，且該彎矩為交變載荷。據(jù)此分析認(rèn)為，螺栓長(zhǎng)期承受預(yù)緊力和雙變?yōu)V油器內(nèi)油液脈動(dòng)沖擊的交變載荷，首先在疲勞裂紋源處產(chǎn)生裂紋，并向疲勞斷裂區(qū)延伸。
       螺栓承受彎矩的原因是雙變?yōu)V油器上蓋剛度不足，在裝載機(jī)工作過(guò)程中，因持續(xù)的油液脈動(dòng)沖擊，引起上蓋周期性變形，導(dǎo)致上蓋中心處產(chǎn)生持續(xù)的凸起、恢復(fù)、凸起交替變形，使螺栓承受持續(xù)、交變的彎曲載荷，進(jìn)而在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生初始的疲勞裂紋源，并逐漸擴(kuò)展增大，最終發(fā)生脆性斷裂。
       三、改進(jìn)方法
       由以上分析可知，單純?cè)黾勇菟ㄖ睆�、提高其�?qiáng)度等級(jí)，并不能從根本上杜絕螺栓疲勞斷裂的產(chǎn)生。為此我們將雙變?yōu)V油器上蓋的厚度增加了2mm，以提高上蓋的剛度、減小其在工作時(shí)的變形量、避免螺栓承受彎曲載荷。上述改進(jìn)解決了雙變?yōu)V油器內(nèi)六角螺栓疲勞斷裂問題。
       作者：劉志鵬  單位：龍工（上海）機(jī)械制造有限公司