裝載機動臂上橫梁斷裂原因及改進

作者:王振道 劉崇等 
　　我公司的一臺ZL40裝載機動臂上橫梁發(fā)生斷裂，動臂原結(jié)構(gòu)及斷裂位置見圖1所示。由此，查找斷裂發(fā)生的原因，并對上橫梁結(jié)構(gòu)及動臂加工工藝進行了改進。 

　　1 原因分析 
　 在排除了使用不當(dāng)或者連接件損款導(dǎo)致上橫梁斷裂的可能性后，分析動臂結(jié)構(gòu)，上橫梁兩端焊接在動臂板之間而剛性固定，支撐3焊在上橫梁上，并焊貼在動臂板上。使用中，當(dāng)翻頭號缸促進使鏟斗動作時，搖臂所受力通過支撐傳遞給上橫梁和動臂板，上橫梁受剪切力和彎矩力作用，其大小，方向經(jīng)常變化，可見，上橫梁本身應(yīng)有足夠的抗彎強度。同時，我們將上橫梁斷口對齊，測量了圖1A-A截面處的動臂寬度尺寸L，參見圖2a，測得上部實際尺寸L1為1208mm，下部L2為1105mm，與設(shè)計尺寸1210mm相差很大，這說明該動臂截面呈“喇叭口”狀。又對未損動臂進行了測量，發(fā)現(xiàn)也不同程度地呈現(xiàn)“喇叭口”現(xiàn)象。因此，在實際使用中使動力臂上橫梁受力變得更為復(fù)雜，加劇了橫梁的破壞。現(xiàn)把“喇叭口”動臂截面變形簡化如圖2a所示，并對動臂舉升進作受力分析。此時，上橫梁的受力為重物對動臂板的壓力G和液壓缸對動臂的舉力F。 

　　喇叭形動臂在載物升降過程中，由于所受壓力G和舉力F不重合，在上橫梁內(nèi)產(chǎn)生彎矩，引起了內(nèi)應(yīng)力，橫梁上部受拉應(yīng)力，下部受壓應(yīng)力，如圖2b所法，最大應(yīng)力位于上橫梁上緣。 
　 當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過橫梁的彎曲許用應(yīng)力時，就會引起斷裂。況且，內(nèi)應(yīng)力隨著動臂升降是不斷變化的動載荷，在使用中也會促使動臂喇叭口狀逐漸加劇，在橫梁的薄弱部位產(chǎn)生疲勞裂紋，并迅速擴展，引起斷裂；另外，由于橫梁上焊縫長1m以上，手工焊時可能出現(xiàn)的未焊透、未熔合、夾渣等缺陷，都是引起焊縫開裂的原因。 
2 結(jié)構(gòu)工藝改進 
　　使用中動臂上橫梁受力復(fù)雜，內(nèi)應(yīng)力較大，因此在其結(jié)構(gòu)上必須保證有足夠的抗彎強度。由于橫梁截面面積相對動臂側(cè)面過小，并且位置有動臂板偏上方，焊角高度又很大，焊接后動臂板上下部分變形不一樣，而使動臂呈“喇叭口”截面。因此，我們改進了橫梁的結(jié)構(gòu)形狀，以保證L1、L2的結(jié)構(gòu)尺寸，避免出現(xiàn)“喇叭口”形狀，改變受力狀況，并使焊縫位置避開最大應(yīng)力處，同時還并加大了它的截面積，提高其抗彎強度，改時前后的橫梁截面如圖3（b）所示，同時，對上橫梁截面相對于動臂位置也作了變動。 

　　在工藝上，人工焊接改為機器人自動焊接，提高了焊縫質(zhì)量；調(diào)整動臂的焊接順序，減少焊后變形；增加焊后檢查校正工序。 
　　ZL40裝載機動臂經(jīng)過以上改進，質(zhì)量提高，壽命延長，在使用中再未了現(xiàn)斷裂，開焊現(xiàn)象。 

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摘自《工程機械與維修》

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