尼古拉斯拖車獨(dú)立懸掛支架裂紋及修復(fù)

吳正平，趙 月

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

尼古拉斯拖車獨(dú)立懸掛支架裂紋及修復(fù)

吳正平，趙 月

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

介紹了德興銅礦于1990年代引進(jìn)的尼古拉斯SR.3型100t拖車在采礦場的使用情況及承擔(dān)的重要作用，對拖車的獨(dú)立懸掛油缸下支架裂紋進(jìn)行了原因分析；針對支架裂紋，實(shí)施了有效的修復(fù)方法；結(jié)合礦區(qū)道路條件及生產(chǎn)廠家存在的設(shè)計缺陷，采取了改進(jìn)措施；提出了各焊接工藝過程中的注意事項。

拖車；獨(dú)立懸掛；油缸下支架；裂紋分析；修復(fù)方法

1 引言

尼古拉斯SR.3型100t拖車是德興銅礦于1990年代引進(jìn)的大型運(yùn)載設(shè)備，主要用于礦山采礦工作面電鏟、牙輪鉆機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)等大型設(shè)備變換工位時的運(yùn)輸作業(yè)和鉆機(jī)鉆架、電鏟大架、電動輪汽車大件的運(yùn)輸，運(yùn)輸任務(wù)繁重、是該礦的主力運(yùn)輸設(shè)備。該機(jī)是20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的產(chǎn)品，整機(jī)設(shè)計先進(jìn)。由于已經(jīng)使用近30年，且大多數(shù)時間都在坑洼不平的采礦場道路上運(yùn)行，車輛的部分主要機(jī)件逐漸出現(xiàn)了老化、疲勞和裂紋，其中，6個車橋的獨(dú)立懸掛油缸下支架均出現(xiàn)了程度相似的不規(guī)則的裂紋（如圖1所示），嚴(yán)重影響了礦山的正常生產(chǎn)；基于生產(chǎn)急需、備件價格超高且外購困難等實(shí)際情況，經(jīng)過認(rèn)真分析研究，終于解決了這個問題。

圖1 懸掛下支架裂紋狀態(tài)圖

2 車橋獨(dú)立懸掛油缸下支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖2為獨(dú)立懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。SR.3型100t拖車尾部左、右分別設(shè)置了3組（共6組）外形結(jié)構(gòu)與性能完全相同的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，主要機(jī)件包括：輪胎、制動鼓及制動蹄、制動分泵、車軸（橋）、懸掛油缸、懸掛缸上支架及懸掛缸下支架等組成。其中，懸掛缸下支架的左端與車軸（橋）剛性連接，右端與懸掛缸上支架的下方鉸接孔通過鉸接銷軸實(shí)現(xiàn)鉸接，中間與懸掛缸活塞桿的下端通過螺桿實(shí)現(xiàn)剛性連接，從而形成整個獨(dú)立懸掛系統(tǒng)。每組獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的工作原理［1］為：通過調(diào)整液壓泵站向獨(dú)立懸掛油缸充油量的大小，可視情況調(diào)節(jié)拖車車架的高度；在坑洼不平的道路上行駛時，可減少拖車顛簸與振動。

圖2 獨(dú)立懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 懸掛油缸下支架裂紋原因分析

懸掛油缸下支架裂紋嚴(yán)重影響拖車的正常運(yùn)行，導(dǎo)致拖車經(jīng)常處于維修狀態(tài)，出勤率非常低，嚴(yán)重影響了礦山的生產(chǎn)正常。將6組獨(dú)立懸掛系統(tǒng)解體、清洗后，發(fā)現(xiàn)支架多處不規(guī)則裂紋，針對這一狀況，綜合諸多因素分析［2］，主要原因如下：

3.1 設(shè)計原因

該型號拖車是國際品牌，其產(chǎn)品質(zhì)量與性能是毋庸置疑的。由于原設(shè)計者是按普通公路路況下運(yùn)行來設(shè)計的，因此，懸掛油缸下支架的結(jié)構(gòu)技術(shù)性能只能適應(yīng)在普通公路上運(yùn)行。如果在普通公路上運(yùn)行，即使運(yùn)行到現(xiàn)在，懸掛油缸下支架各部位形狀、外形尺寸及整體結(jié)構(gòu)的技術(shù)性能基本上能夠適應(yīng)使用要求，懸掛油缸下支架出現(xiàn)裂紋的概率也非常小。但該拖車自投入運(yùn)行以來，一直在德興銅礦采礦場工作面運(yùn)行，由于德興銅礦采礦場的路面狀況極差，道路崎嶇不平，運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，因此，拖車支架的主要受力部位的形狀及外形尺寸就顯的非常單薄（如圖3所示）：懸掛油缸下支架受力部位鏤空過深（深達(dá)16mm），懸掛油缸右端叉形部位的厚度過?。ㄖ挥?6mm）。

圖3 支架受力部位鏤空區(qū)

3.2 長期受酸性泥漿的腐蝕

由于德興銅礦采礦場工作面的道路均為含硫較高的泥石路面，下支架的懸掛油缸活塞桿支承面上常年附著了厚度達(dá)40mm以上的泥漿，致使該部位難以清洗，導(dǎo)致懸掛油缸下支架在酸蝕中不斷變薄。

3.3 疲勞損傷

由于德興銅礦礦采礦場工作面道路非常差、道路崎嶇不平，該車經(jīng)過近30年的運(yùn)行使用，懸掛油缸下支架的主要受力部位產(chǎn)生了金屬疲勞。

3.4 道路環(huán)境影響

（一）受制于學(xué)時的限制，只能節(jié)選部分統(tǒng)計方法進(jìn)行講解，但講解方法明顯偏少或代表性不足，不利用學(xué)生統(tǒng)計思維的全面塑造。

拖車常年在德興銅礦采礦場工作面道路上運(yùn)行，由于道路崎嶇不平，懸掛油缸下支架長期經(jīng)受頻繁的交變振動和瞬間的沖擊力，導(dǎo)致懸掛油缸下支架產(chǎn)生應(yīng)力集中，叉形結(jié)構(gòu)部位出現(xiàn)應(yīng)力釋放。

4 懸掛油缸下支架材質(zhì)化驗(yàn)與分析

采取懸掛油缸下支架樣品，通過送檢得到該樣品化學(xué)成分化驗(yàn)結(jié)果如下：

C(%)：0.19，S(%)：0.019，Si(%)：0.39，Mn(%)：1.48，Cr(%)：≤0.11，Ti/(%)：0.00，V(%)：0.01。

從上述樣品成分化驗(yàn)結(jié)果可知，該支架材質(zhì)符合我國GB1591-1994Q345的國標(biāo)［3］，相當(dāng)于我國的優(yōu)質(zhì)Q345鋼。

5 懸掛油缸下支架修復(fù)

5.1 查找裂紋及打止裂孔

（1） 仔細(xì)清除附著于懸掛油缸下支架上的泥漿、油垢，直至露出干凈的原懸掛油缸下支架金屬表面。

（2）認(rèn)真查找每條裂紋，發(fā)現(xiàn)裂紋，立即用紅漆標(biāo)注，并將裂紋附近25~50mm范圍清理干凈，然后打Φ8mm的止裂孔，防止裂紋在焊補(bǔ)過程中、受熱繼續(xù)延伸［4］。

圖4 裂紋形狀示意圖

5.2 清理裂紋

（1）細(xì)小裂紋可采用砂輪機(jī)。

（2）較深的長大裂紋用碳弧氣刨清理。

為避免金屬表面粗糙，給下道工序創(chuàng)造條件，應(yīng)禁止使用氧氣乙炔焰清理裂紋。

5.3 刨坡口及修形

（1）用碳弧氣刨對裂紋刨坡口，坡口角度宜控制在40° ~50°之間，如圖5所示。

（2）用砂輪機(jī)對坡口修形，修形后的坡口面應(yīng)平滑整齊，露出完整的金屬光澤面。

圖5 坡口截面形狀示意圖

5.4 裂紋的焊接

（1）裂紋焊接采用分層、分道焊接法焊補(bǔ)，焊層分為打底層、填充層和蓋面層三道工序，三道工序必須依次完成，不允許合并進(jìn)行。

（2）層間溫度控制：上一層焊補(bǔ)完成后，不能連續(xù)實(shí)施下一層焊補(bǔ)工藝，必須在焊池溫度與母材溫度接近時，方可實(shí)施下道工序［5］。

5.5 加強(qiáng)鈑及焊條材質(zhì)的選取

基于拖車常年主要在采礦場工作面道路上運(yùn)行、懸掛油缸下支架叉形結(jié)構(gòu)部位的外形尺寸原始設(shè)計單薄、存在缺陷等因素考量，為了避免再次出現(xiàn)下支架裂紋故障，在完成現(xiàn)有裂紋焊補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對懸掛油缸下支架叉形結(jié)構(gòu)部位（圖1中的鏤空凹陷面）的內(nèi)、外兩個鏤空凹陷面及其他已產(chǎn)生裂紋的區(qū)域分別焊補(bǔ)1塊厚度為100mm的加強(qiáng)鈑。

（1）通過分析懸掛油缸下支架母材材質(zhì)及化驗(yàn)結(jié)果，在查閱國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，我們發(fā)現(xiàn)：HG60鋼板的主要化學(xué)成分及金屬物理性能與母材的化學(xué)成分及金屬物理性能非常相近，且具備高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性能。

（2）根據(jù)懸掛油缸下支架及加強(qiáng)鈑的主要化學(xué)成分特點(diǎn)，焊補(bǔ)下支架裂紋及加強(qiáng)鈑均可選用J507焊條。

5.6 焊接加強(qiáng)鈑

（1）施焊過程中一定要根據(jù)不同的焊接工藝需要適當(dāng)調(diào)整焊接電流，焊接電流的大小以焊條周圍的熔池都要熔化為宜。

（2）在裂紋交叉處,由于焊縫不允許出現(xiàn)交叉焊結(jié)點(diǎn)，一旦焊縫交叉，極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致整個懸掛油缸下支架結(jié)構(gòu)件的受力發(fā)生變化，引起裂紋繼續(xù)開裂延伸。如果遇到2條或多條裂紋交叉時，要將裂紋交叉點(diǎn)打成一個Φ8 mm的小孔，讓裂紋交叉點(diǎn)成為不焊接的空白結(jié)點(diǎn)（如圖6所示），焊接在避開裂紋交叉點(diǎn)后，先從交叉裂紋部位開始焊接，以免構(gòu)件裂紋在焊接過程中受熱而繼續(xù)開裂。

（1）用砂輪機(jī)將懸掛油缸下支架的所有焊縫處的蓋層高出部分打磨平整。

（2）用HG60鋼板按照圖1中懸掛油缸下支架鏤空凹陷面的形狀制作（6軸×2、共12塊）加強(qiáng)鈑，加強(qiáng)鈑的邊緣用砂輪機(jī)或電刨制成45° 角并保持邊緣面平整光澤。

（3）施焊前焊條須烘焙1h，支架母件預(yù)熱至400~600℃左右。

（4）裂紋焊接采用分層、分道焊接法焊補(bǔ)，焊層分為打底層、填充層和蓋面層三道工序，三道工序必須依次完成，不允許合并進(jìn)行；層間溫度控制：在上一層焊補(bǔ)完成后，不能連續(xù)實(shí)施下一層焊補(bǔ)工藝，必須在焊池溫度與母材溫度接近時，方可實(shí)施下道工序。

5.7 焊接注意事項

圖6 裂紋交叉點(diǎn)處打孔示意圖

（3）在同一工件上對多條裂紋實(shí)施焊接時，應(yīng)按照依次分層焊接的原則和順序進(jìn)行，必須在所有的裂紋都實(shí)施完成同一道焊接工序后，才能實(shí)施下一道焊接工序，不允許先將其中一道裂紋的焊接工序全部焊接完工后，再進(jìn)行另一道裂紋的焊接，否則，非常容易造成整個工件產(chǎn)生應(yīng)力集中和變形［6］。

6 結(jié)語

用上述方法，我們對尼古拉斯SR.3型100t拖車中的6根獨(dú)立懸掛油缸下支架都進(jìn)行了修復(fù)（如圖7），通過近2年的運(yùn)行，該車的懸掛油缸下支架沒有產(chǎn)生新的裂紋及其他故障，既取得了對修理進(jìn)口大型設(shè)備的寶貴經(jīng)驗(yàn)，又減少了對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響，還節(jié)約了維修成本。

圖7 完工后的效果圖

［1］黃艷林.WJZ-0.75型鏟運(yùn)機(jī)鉸接軸的改進(jìn)[J]. 銅業(yè)工程， 2013(5):61-62.

［2］王永, 張濤. 焊縫分析在裝載機(jī)車架結(jié)構(gòu)改進(jìn)中的應(yīng)用[J]. 工程機(jī)械, 2010(5):9-11, 105.

［3］GB/T 1591-1994, 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S]: 3-4.

［4］蔣日章, 吳正平, 程祥. 變幅液壓油缸撕裂焊接修復(fù)及改進(jìn)[J]. 工程機(jī)械, 2010(2):66-68.

［5］李宏亮. TB880E型巖掘機(jī)刀盤開裂原因分析及修復(fù)方法[J]. 工程機(jī)械, 2010(3):64-65.

［6］郭紅娟, 劉惠輕, 胡平, 等. 控制振動壓路機(jī)支架焊接質(zhì)量的工藝方法[J]. 工程機(jī)械, 2014(4):56-59, 93.

Crack and Repair of Independent Suspension Bracket for Nicholas Trailer

WU Zheng-ping ，ZHAO Yue
（Dexing Copper Mine, Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The service situation and important role of Nicholas SR.3 type 100 tons trailer which imported in 1990s in Dexing Copper Mine is introduced. The cause of the independent suspension bracket crack under the fuel tank is analyzed, and the effective repair method for cracks is implemented. Combined with the mine road conditions and manufacturers design flaws, improvement approaches adopted and various considerations in soldering process are proposed.

trailer；independent suspension；cylinder bracket；crack analysis；repair method

U463.33

B

1009-3842（2015）05-0079-04

2015-08-04

吳正平（1965-），男，江西樂平人，工程師，主要從事設(shè)備管理工作。E-mail:jxdxtkwzp@163.com