壓路機振動輪高溫漏油故障分析與改進

徐峰

(柳工無錫路面機械有限公司，江蘇 江陰214400)

0 引言

振動輪是振動壓路機的核心部件，振動壓路機工作時振動輪里的偏心軸和振動軸承一直受到周期性變化的交變振動載荷作用，加上偏心軸轉(zhuǎn)速較高，必須使用潤滑劑對振動軸承進行冷卻。但受到結(jié)構(gòu)限制，散熱不良，會使軸承油封失效，振動輪漏油現(xiàn)象是壓路機振動輪的主要故障，直接影響用戶施工，抱怨較大。因此，振動輪振動軸承潤滑和密封是振動壓路機振動輪設(shè)計必須解決的核心問題。

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

1 振動室漏油分析

壓路機振動輪的熱量主要來自于在振動壓實過程中由振動軸承在承受沖擊載荷的情況下而產(chǎn)生的熱量。如果振動軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動輪中的裝配結(jié)構(gòu)、潤滑油的性能及清潔度等選用不當，振動軸承得不到良好的潤滑和散熱，就會導(dǎo)致振動軸承發(fā)熱的現(xiàn)象，嚴重影響整機的可靠性。

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

1.1 制造裝配因素

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

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

3)偏心軸油封安裝部位的防護不到位，從進貨到拋丸期間，存在磕碰、焊接飛濺，沒有按要求裝防護套。油封位置公差走上差，現(xiàn)場檢查存在超差現(xiàn)象，使油封和軸在相互運動摩擦中，加速磨損、失效、老化。

4)潤滑油的加注量不合理，加油量過多或過少，振動輪都會出現(xiàn)高溫漏油故障。

1.2 振動輪結(jié)構(gòu)因素

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

2)振動軸承的徑向游隙選擇，直接影響振動軸承的載荷分布、噪聲和振動以及溫升和使用壽命。游隙過大會引起軸承內(nèi)部載荷區(qū)域減小，接觸應(yīng)力加大，軸承運轉(zhuǎn)精度下降，振動噪聲加大。游隙過小在實際運轉(zhuǎn)中會引起摩擦發(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。受壓路機振動頻率的影響，偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可達到1920r/min，摩擦線速度能達到10m/s以上。在選擇油封時需滿足高轉(zhuǎn)速和高溫環(huán)境這兩個條件，以防止油封老化失去彈性。

2)在油封裝配過程中，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，不能隨時補償油封對軸的自緊力。

1.4 工作運轉(zhuǎn)情況

1)在振動作業(yè)中振動室腔體內(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)進入潤滑油中，影響潤滑油的清潔度。偏心軸在高速旋轉(zhuǎn)過程中，振動軸承和油封都會加速磨損失效，產(chǎn)生泄漏。

2)壓路機工作環(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，會加速軸和油封唇口磨損。

2 改進措施

根據(jù)以上對振動室漏油故障的原因分析表明，該改進項目涉及制造、裝配、設(shè)計等因素較多。以下重點介紹對振動輪部件結(jié)構(gòu)的改進、優(yōu)化設(shè)計。

2.1 振動軸承游隙調(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]。

以某機型壓路機振動軸承NJ2322為例計算游隙。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。

對于振動軸承受力來講，軸承外圈受到的是循環(huán)負荷，為了防止外圈與法蘭盤內(nèi)孔之間打滑，所以該軸承應(yīng)選擇過渡配合(推薦M7)。軸承內(nèi)圈所承受的是局部負荷，考慮到振動作用，應(yīng)選擇較松的過渡配合(推薦k6)。

計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盈量。

代入計算，得

ΔSp=ΔD+Δd=16.2+21.7=37.9 (μm)

(4)

計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為熱平衡時內(nèi)圈溫度；Vor為熱平衡時外圈溫度(外圈散熱比內(nèi)圈快，所以存在溫度差)。

代入計算，得ΔSr=41.3 (μm)。

考慮到偏心軸在剛啟動還未達到熱平衡時，軸承內(nèi)外圈的溫差比較大，并且考慮兩個軸承安裝孔的同軸度和孔的不圓度誤差帶來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(此時同時受載的滾子個數(shù)最多)。

綜合以上計算與分析，軸承的設(shè)計游隙為：

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 振動室腔體改進

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

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

2.3 油封的合理選擇與改進

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)計要求進行改進[5]，油封的技術(shù)要求如表1所示。

表1 油封安裝要求

3)由于壓路機為連續(xù)土方作業(yè)，處于揚塵環(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，長時間會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 改進驗證

按照以上振動輪部件結(jié)構(gòu)設(shè)計改進措施，制作振動輪樣件，安裝在整機上，與常規(guī)機型進行溫升對比試驗和400h可靠性試驗，較快地驗證了改進效果。

以22 T壓路機為例，兩臺樣機在相同工作環(huán)境中，檢測左右振動室的溫度，如圖1所示。分別記錄原始溫度、環(huán)境溫度，連續(xù)試驗2h，每隔10min記錄一組實時溫度。對比試驗2h后再進行溫度測量。

圖1 改進后振動室試裝樣機對比試驗

整個溫升對比情況如圖2和圖3所示，改進后左振動室軸承座表面溫度59.4℃低于常規(guī)機型的測量溫度64.2℃，改進后右振動室軸承座表面溫度60.6℃低于常規(guī)機型測量溫度67.1℃。改進后振動室溫度明顯低于未改進的。

圖2 左振動室溫升對比

圖3 右振動室溫升對比

溫升對比試驗后，在廠內(nèi)經(jīng)過400h可靠性試驗，改進后振動輪再未出現(xiàn)漏油故障。目前已進入市場驗證，效果良好。

4 結(jié)語

針對市場反饋的柔性振動輪高溫漏油故障，分析了主要的漏油原因。從振動輪軸承、油封、結(jié)構(gòu)等方面提出了改進措施，并制作樣機進行驗證。通過振動室溫升對比試驗和可靠性試驗，證明所采取的改進措施有利于提高振動輪可靠性和使用壽命。