挖掘機支重輪承載挖掘機自身質量及作業載荷，支重輪屬性是衡量其品質優劣的重要標準，本文對支重輪屬性及損壞及原因進行分析。
一、支重輪的屬性
1、結構
支重輪結構如圖1所示。支重輪主軸7兩端的外蓋2、內蓋8固定在挖掘機履帶架的下部，將外蓋2、內蓋8固定后，既能防止主軸7軸向竄動，又能防止其轉動。輪體5兩側設有凸緣，可夾持履帶鏈軌，防止履帶脫軌，確保挖掘機沿履帶行駛。
支重輪結構
外蓋2、內蓋8的內部分別設有1對浮封環4和浮封膠圈3，外蓋2、內蓋8固定后，將浮封膠圈3、浮封環4相互壓緊。
2個浮封環4相對的接觸面光滑而堅硬，形成密封面。當輪體轉動時，2個浮封環4相對轉動，構成浮動密封。
O形密封圈9用于主軸7與外蓋2、內蓋8之間的密封，浮動密封及O形密封圈9可防止支重輪內的潤滑油滲漏，同時阻止泥水浸入到支重輪內部。螺塞1內的油孔用于向支重輪內部加注潤滑油。
2、受力狀況
挖掘機支重輪輪體受到履帶鏈軌向上的支撐力，主軸兩端承受挖掘機重力，如圖2所示。
支重輪受力狀態
挖掘機的重力通過履帶架、外蓋2、內蓋8傳遞給主軸7，通過主軸7傳遞給軸套6、輪體5，再通過輪體5傳遞給鏈軌和履帶板(見圖1)。
挖掘機在凹凸不平場地作業時，容易造成履帶板傾斜，導致鏈軌傾斜。挖掘機做轉向動作時，主軸與輪體之間會產生軸向竄動力。
由于支重輪受力復雜，其結構必須合理，主軸、輪體和軸套需要有比較高的強度、韌性、耐磨性及密封性。
3、技術要求
主軸 主軸材質為50Mn優質碳素結構鋼，C含量為0.48%~0.56%，Si量含為0.17%~0.37%，Mn含量為0.7%~1.0%，S含量小于0.035%，P含量小于0.035%，Cr含量小于0.25%，Ni含量小于0.30%，Cu含量小于0.25%。
其中Mn是合金鋼中重要元素，能改善鋼材的鍛造性與可塑性，能夠確保該材質具有足夠的韌性和耐磨性。
50Mn鋼經熱處理后，具有較高的強度和硬度，淬透性優良，硬化層較深，珠光體組織較細，機械性能較好。
主軸設計標準要求，淬硬層深度T為2~7mm，淬火硬度為50~62HRC，如圖3所示。
主軸淬硬層深度
輪體 支重輪輪體軌道面承受頻繁的沖擊載荷，容易出現擠壓變形，使輪體軌道面延伸成圓錐形狀。
為改善受力狀況，我們加長了輪體軌道面的長度，并將軌道面與輪腰的過渡處設計成斜面，以提高軌道面支撐能力，圖4所示陰影部分為加長的軌道面和過渡斜面。
改進后的支重輪輪體
為了提高支重輪輪體的耐磨性，輪體材料為40Mn2合金結構鋼。C含量為0.37%~0.44%，Si含量為0.17%~0.37%，Mn含量為1.4%~1.8%，P含量小于0.030%，S含量小于0.030%。
輪體采用鍛造方式成型，成型后對輪體毛坯進行調質處理，硬度達到26~32HRC，以保持輪體內部具有較高的強度、塑性、韌性和綜合機械性能。
輪體表面進行淬火處理，以提高支重輪軌道面的硬度、耐磨性。
淬火硬度為50~58HRC，淬硬層深度為6~12mm，這樣軌道面硬度與鏈軌節硬度(48~58HRC)基本接近。
密封 O形密封圈環槽尺寸及表面粗糙度要符合設計要求，相配合面應倒角，并清理毛刺及銳邊。
浮封膠圈、O形密封圈應選用優質丁晴橡膠，內徑尺寸、線徑尺寸、彈性、硬度(邵氏)、表面光潔度應符合標準，裝配前應按以上項目逐一檢驗合格后，方可投入裝配。
若浮封膠圈未套住浮封環環槽，或者未與浮封環貼合，會造成浮封膠圈對浮封環施壓不均勻。
施壓不均會造成浮封環轉動時局部刃面磨損加劇，導致浮封環漏油。若裝配內、外蓋時將O形密封圈邊緣切壞、半邊卡在環槽外，或裝入環槽時被扭曲，會造成O形密封圈密封性能或使用壽命降低。
有時，氣密檢查壓力達不到一定數值，則檢查不出泄漏，注油后也不會發生泄漏，但挖掘機工作一定時間后，支重輪各部件摩擦升溫、內腔壓力升高到一定數值，就會出現泄漏。
若出現泄漏后繼續使用，則浮動油封會出現嚴重漏油。
間隙 支重輪主軸與輪體上的軸套間隙為0.2~0.4mm，轉動時不應有阻滯現象，密封性能良好，不漏油。
潤滑 應使用加油器向支重輪內加注齒輪油，必要時可適當提高潤滑油黏度。加注齒輪油前，應先放盡已經失效的齒輪油，再將新齒輪油加至油塞孔內，至到油液流出為止。
加注潤滑油時，將軸端螺塞擰下，把注油器注油嘴端頭頂住油道內肩，向油道內注油。安裝油塞時，需用扭力扳手，將油塞的擰緊力矩控制在157~255N•m范圍內。
二、損壞原因分析
本文以某廠家20t級挖掘機為例，分析其支重輪損壞原因。我們檢查該挖掘機部分損壞的支重輪，發現其故障以主軸、輪體損壞和漏油為主。其中損壞嚴重的支重輪主軸出現抱軸，造成整個支重輪無法轉動，現分別進行分析。
1、主軸損壞
材質不合格我們用光譜測量儀檢測支重輪損壞主軸各元素含量，其中Mn元素實測含量為0.59%，與標準含量(0.7%~1.0%)相差很多。這嚴重影響了主軸機械性能。
熱處理不合格實測損壞主軸表面硬度及淬硬層深度，如表1所示。
測試數據表明主軸表面淬火硬度及淬硬層深度均達不到設計要求，嚴重影響主軸的強度、剛度及耐磨性。
實測損壞主軸表面硬度及淬火層深度
磨損嚴重經檢測發現，主軸彎曲、主軸軸徑與軸套配合部位磨損嚴重，如圖5所示。經測量，主軸與軸套配合間隙已大于0.3mm(該間隙應小于0.2mm)，需更新主軸及軸套。
圖5
2、輪體損壞
檢查損壞的支重輪輪體，發現輪體軌道面變形、開裂、掉塊。圖6為支重輪滾道面受沖擊后延伸為圓錐形。
支重輪滾道面受沖擊后延伸為圓錐形
磨損嚴重輪體磨損主要表現在軌道面、導向凸輪緣及軸套座孔。
這是因為挖掘機經常在沙土、泥濘、粒石場地作業，大量磨料進入支重輪軌道面與鏈軌之間，形成強烈的磨料磨損，且這些砂石對軌道面及凸緣與履帶鏈軌節間產生較大的擠壓應力，形成很多微觀擠壓變形及干摩擦。
這些干摩擦既有滾動摩擦也有滑動摩擦，由此造成輪體軌道面嚴重磨損，導致輪體剛度與強度降低。而凸緣嚴重磨損后，容易出現支重輪脫軌現象。
熱處理不合格實測支重輪損壞輪體表面硬度及淬硬層深度，測試結果如表2所示，從實測數據數據表明，輪體表面淬火硬度及淬火硬度層深度未達到設計要求。
實測損壞輪體表面硬度及淬硬層深度
將材質有問題的輪體解剖，發現其內部有裂紋，如圖7所示。這說明輪體毛坯鍛造不合格，需改善輪體鍛造工藝，防止晶粒粗大、組織異常。
2、漏油
檢測支重輪主軸O形密封圈密封槽尺寸(槽寬、槽深、O形槽圓度等)均在設計公差范圍之內，符合技術要求。
檢測浮封膠圈、O形密封圈線徑及內徑尺寸超差，表面有損傷。其損壞的原因是密封圈材質不合格，體現在接觸潤滑油后膨脹變形、失去彈性、早期老化、硬度(邵氏)不符合設計要求，因密封不嚴而導致漏油。
分析支重輪漏油的原因有2點:一是挖掘機作業時支重輪長時間浸泡在水里，造成浮封環、O形密封圈環槽被腐蝕;二是冬季在泥水中施工，造成浮封環結冰失效。
本文選自《工程機械與維修》雜志，2017年第1期
作者：王緒橋 高祥
責任編輯：Keyi
