嚴(yán)亞平 劉永杰 趙文濤

1、河北滄州滄州師范學(xué)院 2、河北滄州市科技檢驗(yàn)鑒定研究所

1 事故簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò)

2019年10月，一輛重型非載貨專(zhuān)項(xiàng)作業(yè)車(chē)牽引著因主皮帶斷裂失去動(dòng)力的自走式玉米收獲機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)收獲機(jī)），沿某縣級(jí)公路自東向西行駛。行進(jìn)時(shí)收獲機(jī)后輪被托起、前輪（驅(qū)動(dòng)輪）著地（見(jiàn)圖1），以時(shí)速約40km/h行駛約20分鐘后，收獲機(jī)底部突然飛濺出許多碎片，其中一塊碎片碰撞到側(cè)旁順行的一輛小型客車(chē)，造成小型客車(chē)前風(fēng)擋玻璃損壞、副駕駛座上的乘車(chē)人死亡的交通事故。

圖1 收獲機(jī)行駛示意圖

2 事故發(fā)生的原因

收獲機(jī)的行走機(jī)構(gòu)采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)形式，前橋總成結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖2（摘自收獲機(jī)《使用說(shuō)明書(shū)》）。

圖2 變速驅(qū)動(dòng)橋總成

事故后的收獲機(jī)除前橋總成受損外，其余部分完好。通過(guò)對(duì)變速箱的觀察發(fā)現(xiàn)：變速箱后方下半部殼體破裂缺損，下側(cè)殼體缺失約1/2，缺口呈不規(guī)則形斷裂，輸入軸總成、輸出軸總成裸露可見(jiàn)；輸入軸總成脫離原來(lái)的安裝位置，輸入軸的左側(cè)向左后方偏斜、右側(cè)向右前方偏斜，右側(cè)滾柱軸承損壞、解體，軸承內(nèi)圈可見(jiàn)燒灼痕跡，軸承保持架破裂變形，軸承滾柱散落；變速箱右側(cè)殼體破裂缺損，透蓋缺失，輸入軸右側(cè)軸頸脫離安裝孔空懸。變速箱左側(cè)殼體破裂，下側(cè)缺損，透蓋缺失，輸入軸左側(cè)軸頸脫離安裝孔空懸；變速箱上側(cè)殼體破裂；倒檔軸缺失；在變速箱殼體殘留的齒輪油內(nèi)撈出三顆有磕傷痕跡的滾柱；可觀察到齒輪輪齒不同程度受損。見(jiàn)圖3～4。

圖3 變速箱損壞情況

圖4 變速箱損壞情況

事故現(xiàn)場(chǎng)收集到的約40余塊碎片中，倒檔軸與變速箱殼體殘片仍為一體，其余殘片大小不一。經(jīng)拼湊，其余殘片屬于變速箱殼體、行走離合器皮帶輪及左側(cè)剎車(chē)盤(pán)。

綜合研判，可知交通事故發(fā)生的原因是：變速箱殼體破裂后輸入軸總成失去安裝定位，脫離正確位置向左前側(cè)偏移，使得安裝在輸入軸右側(cè)的行走離合器皮帶輪與左側(cè)剎車(chē)盤(pán)接觸、碰撞，造成剎車(chē)盤(pán)碎裂、離合器皮帶輪碎裂及其它相鄰機(jī)構(gòu)的損壞。碰撞造成碎片高速飛濺，其中一塊碎片穿過(guò)順行小型客車(chē)的前風(fēng)擋玻璃擊中乘坐人，造成人身傷亡事故。

3 事故成因分析

收獲機(jī)變速箱總成（見(jiàn)圖5）為二軸式齒輪變速箱（手動(dòng)變速箱），與主減速器、差速器總成共同安裝于同一個(gè)外殼之內(nèi),設(shè)有3個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒退檔，由兩對(duì)三個(gè)滑動(dòng)齒輪在變速桿和換檔機(jī)構(gòu)作用下完成變速。

圖5 變速箱體總成（摘自收獲機(jī)《使用說(shuō)明書(shū)》）

對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言,潤(rùn)滑所具備的一個(gè)作用就是有效降低摩擦副溫度[1]。手動(dòng)變速箱采用飛濺式潤(rùn)滑，依靠齒輪的旋轉(zhuǎn)將齒輪油攪動(dòng)起來(lái)并濺到各運(yùn)動(dòng)零件的工作表面，為變速箱內(nèi)部的摩擦副表面提供充分的潤(rùn)滑，同時(shí)使摩擦熱能夠得以有效減少。對(duì)于承受軸向載荷的圓柱滾子軸承，由于潤(rùn)滑油還得起到散發(fā)掉摩擦熱的功能，所以良好的潤(rùn)滑顯得特別重要[2]。

采用滑動(dòng)齒輪換檔的變速箱（見(jiàn)圖6），輸入軸上的各檔齒輪均固連在輸入軸上。輸出軸齒輪為滑動(dòng)齒輪，與輸出軸通過(guò)花鍵相聯(lián)接，通過(guò)齒輪的軸向滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)換檔?？諜n時(shí)輸入軸齒輪與輸出軸齒輪軸向錯(cuò)開(kāi)并不嚙合。掛入檔位時(shí)，輸出軸相應(yīng)的檔位齒輪沿軸向滑動(dòng)，與輸入軸齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。當(dāng)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)熄火空檔滑行時(shí)，變速箱的輸入軸不旋轉(zhuǎn)，變速箱的輸出軸在車(chē)輪的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，輸出軸齒輪隨著輸出軸旋轉(zhuǎn)。

圖6 空檔位置的滑動(dòng)齒輪變速箱原理圖

收獲機(jī)被牽引時(shí)沒(méi)有動(dòng)力輸入，但傳動(dòng)系統(tǒng)依然連接，輸出軸隨同車(chē)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)輸出軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然能夠?qū)X輪油攪動(dòng)起來(lái)，但因收獲機(jī)被牽引時(shí)變速箱后高前低，齒輪油流向前方（差速器方向），齒輪油液平面高度發(fā)生變化，濺起的齒輪油量減少，潤(rùn)滑狀況變差，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)零件工作表面的異常磨損及損壞。

如果被牽引時(shí)掛空檔，動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：前輪—邊減機(jī)構(gòu)—半軸—差速器—減速器—輸出軸，輸出軸帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，因齒輪組處于不嚙合狀態(tài)，輸入軸不旋轉(zhuǎn)，此時(shí)發(fā)生異常磨損及損壞的部位應(yīng)該在輸出軸總成的軸承處。如果被牽引時(shí)掛檔，此時(shí)動(dòng)力進(jìn)行逆向傳遞，路線(xiàn)為：前輪—邊減機(jī)構(gòu)—半軸—差速器—減速器—變速箱輸出軸—變速箱輸入軸，因有齒輪組嚙合，輸入軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)變速箱內(nèi)部的各運(yùn)動(dòng)零件的工作表面均會(huì)發(fā)生不同程度的異常磨損及損壞。

事故現(xiàn)場(chǎng)收集到的碎片中，倒檔軸與變速箱殼體殘片仍為一體，倒檔軸軸頸與殼體孔之間可見(jiàn)燒蝕、粘連痕跡，輸入軸右側(cè)滾柱軸承損壞解體，1檔和倒檔滑動(dòng)齒輪輪齒受損嚴(yán)重，據(jù)此可判斷收獲機(jī)被牽引時(shí)是倒檔行駛，動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：前輪—邊減機(jī)構(gòu)—半軸—差速器—減速器—變速箱輸出軸—1檔和倒檔滑動(dòng)齒輪—惰輪—倒檔軸—輸入軸右側(cè)齒輪—輸入軸。

收獲機(jī)《使用說(shuō)明書(shū)》中關(guān)于行走速度的規(guī)定為：倒退檔3.62-8.03km/h。牽引時(shí)收獲機(jī)以約40km/h時(shí)速行駛，5倍于倒退檔的最高額定速度。

由此推斷收獲機(jī)牽引時(shí)變速箱內(nèi)部潤(rùn)滑狀況如下：①變速箱后高前低，齒輪油液平面高度發(fā)生變化，濺起的齒輪油量減少；②超速行駛，低檔高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生高溫，使得齒輪油粘度降低，不容易形成油膜；③嚙合齒輪副、軸與軸承等運(yùn)動(dòng)部件，以超出額定值約5倍的速度旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的大量的摩擦熱，因?yàn)R起的齒輪油量減少摩擦熱得不到發(fā)散，變速箱工作溫度升高；④牽引時(shí)位于較高位置的輸入軸、倒檔軸無(wú)法得到激濺的齒輪油，運(yùn)動(dòng)零件的工作表面基本處于干摩擦狀態(tài)。以上因素造成輸入軸與滾柱軸承之間、倒檔軸軸頸與變速箱殼體安裝孔之間由于潤(rùn)滑不良而過(guò)熱、燒蝕，軸承元件(滾珠、保持架、內(nèi)圈及外圈)產(chǎn)生燒蝕、脫落、破裂，倒檔軸軸頸與殼體孔之間燒蝕、粘連，直到長(zhǎng)距離超速行駛下零件工作表面粘連的輸入軸滾柱軸承破裂過(guò)程中產(chǎn)生的破壞力造成變速箱殼體破損。

4 結(jié)語(yǔ)

由于自走式收獲機(jī)械特殊的結(jié)構(gòu)制約，出現(xiàn)故障需要長(zhǎng)距離牽引時(shí)，采用抬起驅(qū)動(dòng)輪牽引或者背負(fù)式拖車(chē)都有一定的難度，那么牽引自走式收獲機(jī)械的正確做法是：當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪著地時(shí)，務(wù)必拆卸傳動(dòng)軸或半軸，切斷輸入變速箱的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)，以免變速箱受損。