重型掘進(jìn)機(jī)銷軸設(shè)計(jì)及熱處理工藝

楊春海

摘 要：簡(jiǎn)要闡述了重型掘進(jìn)機(jī)銷軸的種類及其使用情況，比較了各種銷軸的優(yōu)缺點(diǎn)及其使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，從而研發(fā)出一種適合重型掘進(jìn)機(jī)的專用銷軸和熱處理工藝，以解決銷軸易生銹、耐磨性差的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：重型掘進(jìn)機(jī)；銷軸；熱處理；銹蝕

中圖分類號(hào)：TD421.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.086

掘進(jìn)機(jī)的種類繁多，其關(guān)鍵聯(lián)接部位的銷軸也有很多種。雖然銷軸不是掘進(jìn)機(jī)上的重要部件，但是，如果銷軸出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)引發(fā)重大事故。在部分銷軸被銹蝕的部位，因?yàn)殇N軸無(wú)法拆除，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)聯(lián)接部件需要全套更換。因此，有必要分析、比較掘進(jìn)機(jī)用銷軸的使用情況，為掘進(jìn)機(jī)銷軸選型提供參考依據(jù)。

1 掘進(jìn)機(jī)用銷軸種類及其使用情況

掘進(jìn)機(jī)銷軸的種類比較多，大體上分為開(kāi)槽式銷軸、環(huán)形槽式銷軸和T形銷軸。

1.1 開(kāi)槽式銷軸

開(kāi)槽式銷軸的結(jié)構(gòu)如圖1所示。這種銷軸有單邊開(kāi)槽的也有雙邊開(kāi)槽的，無(wú)論哪種方式，開(kāi)槽式銷軸主要配合擋板使用，擋板有螺孔，需與主機(jī)固定，擋板通過(guò)卡槽固定銷軸，使其無(wú)法旋轉(zhuǎn)。一般情況下，銷軸中部與油缸或其他活動(dòng)件滑動(dòng)配合，而且銷軸端部有注油孔，可到達(dá)銷軸中部，保持銷軸的潤(rùn)滑。該結(jié)構(gòu)銷軸適用于輕型掘進(jìn)機(jī)。對(duì)于重型掘進(jìn)機(jī)中的銷軸，由于外界環(huán)境比較差，再加上潤(rùn)滑不良，滑動(dòng)摩擦阻力系數(shù)比較大，在上百噸推力油缸的作用下，擋板會(huì)承受極大的作用力，使得螺栓被剪斷，失去固定作用。雖然擋板外可加焊限位板，防止螺栓受剪，但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，還是會(huì)因?yàn)榉N種原因?qū)е聯(lián)醢遄冃巍p壞。在有銹蝕或變形的情況下，銷軸很難拆除，雖然銷軸中部可加裝一個(gè)專門用于拆銷裝置的螺孔，但是，由于沖擊力太小，銹蝕銷軸還是很難取出。

1.2 環(huán)形槽式銷軸

環(huán)形槽式銷軸如圖2所示，其外側(cè)設(shè)置一個(gè)或兩人擋板限位，但是，受環(huán)形槽結(jié)構(gòu)的限制，擋板只能定位銷軸的軸向，防止銷軸來(lái)回竄動(dòng)，而銷軸卻可以圓周自由轉(zhuǎn)動(dòng)，有效解決了擋板受力易變形的問(wèn)題。這種銷軸要求的潤(rùn)滑點(diǎn)比較多，整機(jī)潤(rùn)滑點(diǎn)由20多個(gè)增加到60多個(gè)，增加了維護(hù)保養(yǎng)人員的工作量。同時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的2個(gè)部件都有可能相對(duì)銷軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣使用一段時(shí)間后，容易導(dǎo)致2個(gè)部件內(nèi)孔磨損度不一致，導(dǎo)致同心度出現(xiàn)偏差，部件偏載，成對(duì)的運(yùn)動(dòng)副單個(gè)受力，應(yīng)力集中，容易引發(fā)比較嚴(yán)重的大部件損壞事件。該結(jié)構(gòu)也同樣存在銷軸難拆裝的問(wèn)題。

1.3 T形銷軸

T形銷軸如圖3所示，銷軸端部直接鍛造出一個(gè)大端面，上端均布8個(gè)大直徑螺孔，安裝時(shí)，銷軸用8條螺栓固定。由于螺栓數(shù)量比較多，距中心有一定的距離，所以，預(yù)緊后能產(chǎn)生一定的摩擦力，有效防止銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該銷軸避免了其他銷軸容易出現(xiàn)的問(wèn)題，而且其大端部可加裝頂絲孔，拆裝力可達(dá)近百噸，而且在發(fā)生變形的情況下也可以輕易地將銷軸頂出。因此，推薦在重型掘進(jìn)機(jī)中使用這種結(jié)構(gòu)的銷軸。

2 銷軸熱處理工藝

銷軸有了固定的結(jié)構(gòu)后基本就可以消除結(jié)構(gòu)上的損壞，但是，潤(rùn)滑不良、銹蝕、磨損都是影響銷軸拆裝的幾個(gè)問(wèn)題，所以，需要從熱處理工藝入手解決問(wèn)題。由于掘進(jìn)機(jī)處于潮濕的環(huán)境中，溫度比較高，再加上淋水等情況，銷軸普通表面采用發(fā)黑、鍍鉻等處理已經(jīng)不能有效解決銹蝕、磨損等問(wèn)題，因此，需要進(jìn)一步改良表面熱處理工藝，從而有效解決這些問(wèn)題。

鑒于銷軸的重要性，提高表面處理質(zhì)量可以間接減少整機(jī)的維護(hù)成本，因此，建議銷軸表面處理使用性能良好的QPQ熱處理工藝。具體的處理工藝是：①預(yù)熱處理溫度為350～400 ℃，時(shí)間為20～40 min；②氮化處理溫度為520～570 ℃，時(shí)間為10～180 min；③氧化處理溫度為350～400 ℃，時(shí)間為15～20 min。

工件采用QPQ熱處理工藝處理后，其表面滲層組織主要由3層組成，由外向內(nèi)分別為氧化膜、化合物層和擴(kuò)散層。氧化膜是鐵的氧化物（Fe304），可以提高金屬表面的抗蝕性，對(duì)工件外觀有一定的美觀作用?；衔飳邮遣捎肣PQ技術(shù)所形成的滲層組織中最重要的部分，其耐磨性極高，抗蝕性也極高，與表面的氧化膜層一塊構(gòu)成了抗蝕性極高的綜合抗蝕層。這就是QPQ技術(shù)處理件的抗蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鍍鉻、發(fā)黑、氮化等防腐技術(shù)，甚至超過(guò)不銹鋼的主要原因。擴(kuò)散層是化合物層與工件中心之間的暗黑色組織，一般情況下，擴(kuò)散層的主要作用是提高金屬的疲勞強(qiáng)度。高速鋼、不銹鋼等高合金鋼的擴(kuò)散層硬度可以達(dá)到1 000 HV以上，所以，耐磨性也很高。

從銷軸熱處理工藝中可以看出，采用QPQ技術(shù)處理的銷軸表面有極高的抗腐蝕能力和抗磨性。采用QPQ技術(shù)處理過(guò)的抗鹽霧腐蝕能力為1Cr18Ni9Ti不銹鋼的5倍，鍍裝飾鉻的35 倍，1Cr13不銹鋼的40 倍，鍍硬鉻的70倍，發(fā)黑的280倍。由此可知，采用銷軸熱處理工藝極大地提高了銷軸的表面性能，徹底解決了銷軸表面存在的質(zhì)量問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展，使用方對(duì)掘進(jìn)機(jī)的要求也在不斷提高——由過(guò)去的傻大笨粗向精細(xì)化的方向發(fā)展。只有產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)硬，部件的生產(chǎn)廠家才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立足。在實(shí)際工作中，不斷改進(jìn)產(chǎn)品細(xì)節(jié)是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段之一。銷軸作為掘進(jìn)機(jī)各大部位聯(lián)接部件中小而重要的組成部件，通過(guò)改良其自身材料、加工精度、熱處理的硬度，有效解決了銷軸質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的整機(jī)故障，同時(shí)，也為其他零部件細(xì)化設(shè)計(jì)起到了示范指導(dǎo)作用。