徐峰

(柳工無(wú)錫路面機(jī)械有限公司，江蘇 江陰214400)

0 引言

振動(dòng)輪是振動(dòng)壓路機(jī)的核心部件，振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)振動(dòng)輪里的偏心軸和振動(dòng)軸承一直受到周期性變化的交變振動(dòng)載荷作用，加上偏心軸轉(zhuǎn)速較高，必須使用潤(rùn)滑劑對(duì)振動(dòng)軸承進(jìn)行冷卻。但受到結(jié)構(gòu)限制，散熱不良，會(huì)使軸承油封失效，振動(dòng)輪漏油現(xiàn)象是壓路機(jī)振動(dòng)輪的主要故障，直接影響用戶(hù)施工，抱怨較大。因此，振動(dòng)輪振動(dòng)軸承潤(rùn)滑和密封是振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪設(shè)計(jì)必須解決的核心問(wèn)題。

目前市場(chǎng)上徐工、三一等主要壓路機(jī)廠家采用的是整體筒式分段軸振動(dòng)輪[1]，而柳工單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)是柔性、無(wú)沖擊和左右獨(dú)立振動(dòng)室的激振機(jī)構(gòu)，可避免起停振動(dòng)沖擊，降低噪聲，確保振動(dòng)系統(tǒng)的高可靠性。獨(dú)立激振室的內(nèi)殼體腔內(nèi)鑄造有T字形筋板，旋轉(zhuǎn)時(shí)將潤(rùn)滑油引到振動(dòng)軸承上方，然后從油道孔澆灌而下，對(duì)振動(dòng)軸承形成沐浴效果。旋轉(zhuǎn)偏心軸機(jī)構(gòu)不接觸潤(rùn)滑油面，因獨(dú)立振動(dòng)室是全封閉鑄件結(jié)構(gòu)，存在悶煨保溫現(xiàn)象，不利于散熱，會(huì)使?jié)櫥蜏厣^快，容易過(guò)熱。

1 振動(dòng)室漏油分析

壓路機(jī)振動(dòng)輪的熱量主要來(lái)自于在振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中由振動(dòng)軸承在承受沖擊載荷的情況下而產(chǎn)生的熱量。如果振動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動(dòng)輪中的裝配結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑油的性能及清潔度等選用不當(dāng)，振動(dòng)軸承得不到良好的潤(rùn)滑和散熱，就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)軸承發(fā)熱的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響整機(jī)的可靠性。

根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際反饋分析，引起振動(dòng)輪漏油的因素大概分為：制造裝配因素、振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)因素、油封因素、工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況[2]。

1.1 制造裝配因素

1)加工或裝配過(guò)程中引起偏心軸兩端同軸度公差超差，偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，會(huì)加速兩端油封磨損失效，從而導(dǎo)致振動(dòng)輪漏油故障。

2)對(duì)待裝配的振動(dòng)輪鑄件殼體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)室殼體存在拋丸子未清理、鑄件石英砂、露底、軸承裝配面車(chē)削翻邊未清理、噴漆露底、銹蝕、鉆孔毛刺等現(xiàn)象，影響潤(rùn)滑油的清潔度，這些雜質(zhì)進(jìn)入振動(dòng)軸承中，加速軸承滾道滾柱磨損，引起軸承過(guò)熱，影響軸承使用壽命。

3)偏心軸油封安裝部位的防護(hù)不到位，從進(jìn)貨到拋丸期間，存在磕碰、焊接飛濺，沒(méi)有按要求裝防護(hù)套。油封位置公差走上差，現(xiàn)場(chǎng)檢查存在超差現(xiàn)象，使油封和軸在相互運(yùn)動(dòng)摩擦中，加速磨損、失效、老化。

4)潤(rùn)滑油的加注量不合理，加油量過(guò)多或過(guò)少，振動(dòng)輪都會(huì)出現(xiàn)高溫漏油故障。

1.2 振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)因素

1)柳工特有的振動(dòng)輪柔性激振器相對(duì)于甩塊式激振器體積較大，而振動(dòng)室腔體空間未增加，散熱能力差，偏心機(jī)構(gòu)易攪油發(fā)熱。振動(dòng)軸承潤(rùn)滑冷卻不充分，會(huì)影響密封件的壽命。

2)振動(dòng)軸承的徑向游隙選擇，直接影響振動(dòng)軸承的載荷分布、噪聲和振動(dòng)以及溫升和使用壽命。游隙過(guò)大會(huì)引起軸承內(nèi)部載荷區(qū)域減小，接觸應(yīng)力加大，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度下降，振動(dòng)噪聲加大。游隙過(guò)小在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)引起摩擦發(fā)熱增大，溫升提高，使有效游隙更小，更易燒壞軸承，引起密封件失效出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

1.3 油封因素

1)油封選擇要考慮使用條件。受壓路機(jī)振動(dòng)頻率的影響，偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可達(dá)到1920r/min，摩擦線速度能達(dá)到10m/s以上。在選擇油封時(shí)需滿(mǎn)足高轉(zhuǎn)速和高溫環(huán)境這兩個(gè)條件，以防止油封老化失去彈性。

2)在油封裝配過(guò)程中，唇口損傷、唇口翻轉(zhuǎn)或脫落，油封變形，都容易產(chǎn)生泄漏。

3)油封自身質(zhì)量有問(wèn)題，唇邊不好，有毛刺或缺陷，彈簧質(zhì)量不好或失效，徑向壓力小，彈簧較松，不能隨時(shí)補(bǔ)償油封對(duì)軸的自緊力。

1.4 工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況

1)在振動(dòng)作業(yè)中振動(dòng)室腔體內(nèi)各部件相互作用下，不可避免地出現(xiàn)鐵屑雜質(zhì)。這些雜質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)滑油中，影響潤(rùn)滑油的清潔度。偏心軸在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，振動(dòng)軸承和油封都會(huì)加速磨損失效，產(chǎn)生泄漏。

2)壓路機(jī)工作環(huán)境灰塵較大，灰塵雜質(zhì)等易在油封唇口積聚，防塵能力差，會(huì)加速軸和油封唇口磨損。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)以上對(duì)振動(dòng)室漏油故障的原因分析表明，該改進(jìn)項(xiàng)目涉及制造、裝配、設(shè)計(jì)等因素較多。以下重點(diǎn)介紹對(duì)振動(dòng)輪部件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 振動(dòng)軸承游隙調(diào)整

合理徑向游隙的選擇，是在原始游隙的基礎(chǔ)上，考慮載荷、過(guò)盈配合、熱變形等因素引發(fā)的游隙變化，使工作游隙趨近最佳狀態(tài)[3]。

以某機(jī)型壓路機(jī)振動(dòng)軸承NJ2322為例計(jì)算游隙。已知軸承參數(shù)值：軸承內(nèi)徑d，內(nèi)圈滾道直徑F，滾子直徑Dw，軸承外徑D，外圈滾道直徑E。

對(duì)于振動(dòng)軸承受力來(lái)講，軸承外圈受到的是循環(huán)負(fù)荷，為了防止外圈與法蘭盤(pán)內(nèi)孔之間打滑，所以該軸承應(yīng)選擇過(guò)渡配合(推薦M7)。軸承內(nèi)圈所承受的是局部負(fù)荷，考慮到振動(dòng)作用，應(yīng)選擇較松的過(guò)渡配合(推薦k6)。

計(jì)算因配合引起的徑向游隙減少量ΔSp(單位：μm)

ΔSp=ΔD+Δd

(1)

式中：ΔD為外徑收縮量，ΔD≈0.8·U·E/D；

(2)

Δd為內(nèi)徑漲大量，Δd≈0.9·U·d/F；

(3)

U為具有緊配合的理論過(guò)盈量。

代入計(jì)算，得

ΔSp=ΔD+Δd=16.2+21.7=37.9 (μm)

(4)

計(jì)算由溫度引起的徑向游隙減少量ΔSr，假定內(nèi)外圈溫升差(Vir-Vor)=20℃。

ΔSr=a·dm·1 000·(Vir-Vor)

(5)

式中：a為鋼的線性熱膨脹系數(shù)，1.18×10-5；dm為軸承的平均直徑，(D+d)/2=175；Vir為熱平衡時(shí)內(nèi)圈溫度；Vor為熱平衡時(shí)外圈溫度(外圈散熱比內(nèi)圈快，所以存在溫度差)。

代入計(jì)算，得ΔSr=41.3 (μm)。

考慮到偏心軸在剛啟動(dòng)還未達(dá)到熱平衡時(shí)，軸承內(nèi)外圈的溫差比較大，并且考慮兩個(gè)軸承安裝孔的同軸度和孔的不圓度誤差帶來(lái)的影響以及滾子承載能力、散熱性能等，根據(jù)滾子中心圓直徑177mm，按軸承廠家推薦，徑向工作游隙S為80μm～130μm(此時(shí)同時(shí)受載的滾子個(gè)數(shù)最多)。

綜合以上計(jì)算與分析，軸承的設(shè)計(jì)游隙為：

Grmin=S+ΔSp+ΔSr=80+37.9+41.3=159.2(μm)

(6)

Grmax=S+ΔSp+ΔSr=130+37.9+41.3=209.2(μm)

(7)

在此工況下的軸承徑向游隙選擇C4+(0.165～0.205)mm。

2.2 振動(dòng)室腔體改進(jìn)

1)因振動(dòng)室鑄件殼體容積增大，潤(rùn)滑油的加注量相應(yīng)增加，需提高振動(dòng)室的潤(rùn)滑散熱能力，而且潤(rùn)滑油的加注量不得觸碰到偏心塊，以免造成攪油，使得潤(rùn)滑油的溫度升高。

2)加大振動(dòng)軸承座上潤(rùn)滑油槽尺寸，6個(gè)灌油孔直徑增大至φ20mm。加大軸承座上存油腔的容積，以增加流入軸承的潤(rùn)滑油量，改善軸承的潤(rùn)滑和散熱狀況[4]，有效解決潤(rùn)滑不足和散熱不好的問(wèn)題。

2.3 油封的合理選擇與改進(jìn)

1)選擇優(yōu)質(zhì)油封廠家和良好的油封材料。采用TC型骨架油封密封，材料為氟橡膠，耐受溫度為-20℃～250℃，具有較好的耐熱性以及優(yōu)良的耐油性和耐化學(xué)藥品性。

2)鑒于油封高溫、高速的旋轉(zhuǎn)環(huán)境，根據(jù)油封的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行改進(jìn)[5]，油封的技術(shù)要求如表1所示。

表1 油封安裝要求

3)由于壓路機(jī)為連續(xù)土方作業(yè)，處于揚(yáng)塵環(huán)境，原有結(jié)構(gòu)油封唇口易暴露在灰塵中，且灰塵雜質(zhì)易積聚在油封唇部，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)加速軸和油封的磨損。所以在原油封安裝外側(cè)位置增加防塵圈，將油封與灰塵隔離，以提高油封使用壽命。

3 改進(jìn)驗(yàn)證

按照以上振動(dòng)輪部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，制作振動(dòng)輪樣件，安裝在整機(jī)上，與常規(guī)機(jī)型進(jìn)行溫升對(duì)比試驗(yàn)和400h可靠性試驗(yàn)，較快地驗(yàn)證了改進(jìn)效果。

以22 T壓路機(jī)為例，兩臺(tái)樣機(jī)在相同工作環(huán)境中，檢測(cè)左右振動(dòng)室的溫度，如圖1所示。分別記錄原始溫度、環(huán)境溫度，連續(xù)試驗(yàn)2h，每隔10min記錄一組實(shí)時(shí)溫度。對(duì)比試驗(yàn)2h后再進(jìn)行溫度測(cè)量。

圖1 改進(jìn)后振動(dòng)室試裝樣機(jī)對(duì)比試驗(yàn)

整個(gè)溫升對(duì)比情況如圖2和圖3所示，改進(jìn)后左振動(dòng)室軸承座表面溫度59.4℃低于常規(guī)機(jī)型的測(cè)量溫度64.2℃，改進(jìn)后右振動(dòng)室軸承座表面溫度60.6℃低于常規(guī)機(jī)型測(cè)量溫度67.1℃。改進(jìn)后振動(dòng)室溫度明顯低于未改進(jìn)的。

圖2 左振動(dòng)室溫升對(duì)比

圖3 右振動(dòng)室溫升對(duì)比

溫升對(duì)比試驗(yàn)后，在廠內(nèi)經(jīng)過(guò)400h可靠性試驗(yàn)，改進(jìn)后振動(dòng)輪再未出現(xiàn)漏油故障。目前已進(jìn)入市場(chǎng)驗(yàn)證，效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)市場(chǎng)反饋的柔性振動(dòng)輪高溫漏油故障，分析了主要的漏油原因。從振動(dòng)輪軸承、油封、結(jié)構(gòu)等方面提出了改進(jìn)措施，并制作樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)振動(dòng)室溫升對(duì)比試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)，證明所采取的改進(jìn)措施有利于提高振動(dòng)輪可靠性和使用壽命。