裝載機(jī)動(dòng)臂上橫梁斷裂原因及改進(jìn)

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

　　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(dòng)臂結(jié)構(gòu)，上橫梁兩端焊接在動(dòng)臂板之間而剛性固定，支撐3焊在上橫梁上，并焊貼在動(dòng)臂板上。使用中，當(dāng)翻頭號(hào)缸促進(jìn)使鏟斗動(dòng)作時(shí)，搖臂所受力通過(guò)支撐傳遞給上橫梁和動(dòng)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(jiàn)，上橫梁本身應(yīng)有足夠的抗彎強(qiáng)度。同時(shí)，我們將上橫梁斷口對(duì)齊，測(cè)量了圖1A-A截面處的動(dòng)臂寬度尺寸L，參見(jiàn)圖2a，測(cè)得上部實(shí)際尺寸L1為1208mm，下部L2為1105mm，與設(shè)計(jì)尺寸1210mm相差很大，這說(shuō)明該動(dòng)臂截面呈“喇叭口”狀。又對(duì)未損動(dòng)臂進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)也不同程度地呈現(xiàn)“喇叭口”現(xiàn)象。因此，在實(shí)際使用中使動(dòng)力臂上橫梁受力變得更為復(fù)雜，加劇了橫梁的破壞?，F(xiàn)把“喇叭口”動(dòng)臂截面變形簡(jiǎn)化如圖2a所示，并對(duì)動(dòng)臂舉升進(jìn)作受力分析。此時(shí)，上橫梁的受力為重物對(duì)動(dòng)臂板的壓力G和液壓缸對(duì)動(dòng)臂的舉力F。 

　　喇叭形動(dòng)臂在載物升降過(guò)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(guò)橫梁的彎曲許用應(yīng)力時(shí)，就會(huì)引起斷裂。況且，內(nèi)應(yīng)力隨著動(dòng)臂升降是不斷變化的動(dòng)載荷，在使用中也會(huì)促使動(dòng)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(kuò)展，引起斷裂；另外，由于橫梁上焊縫長(zhǎng)1m以上，手工焊時(shí)可能出現(xiàn)的未焊透、未熔合、夾渣等缺陷，都是引起焊縫開(kāi)裂的原因。 
2 結(jié)構(gòu)工藝改進(jìn) 
　　使用中動(dòng)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(qiáng)度。由于橫梁截面面積相對(duì)動(dòng)臂側(cè)面過(guò)小，并且位置有動(dòng)臂板偏上方，焊角高度又很大，焊接后動(dòng)臂板上下部分變形不一樣，而使動(dòng)臂呈“喇叭口”截面。因此，我們改進(jìn)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(kāi)最大應(yīng)力處，同時(shí)還并加大了它的截面積，提高其抗彎強(qiáng)度，改時(shí)前后的橫梁截面如圖3（b）所示，同時(shí)，對(duì)上橫梁截面相對(duì)于動(dòng)臂位置也作了變動(dòng)。 

　　在工藝上，人工焊接改為機(jī)器人自動(dòng)焊接，提高了焊縫質(zhì)量；調(diào)整動(dòng)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(jī)動(dòng)臂經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)，質(zhì)量提高，壽命延長(zhǎng)，在使用中再未了現(xiàn)斷裂，開(kāi)焊現(xiàn)象。 

  臨沂工程機(jī)械股份有限公司  
摘自《工程機(jī)械與維修》

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