装载机动臂上横梁断裂原因及改进

作者:王振道 刘崇等 
　　我公司的一台ZL40装载机动臂上横梁发生断裂，动臂原结构及断裂位置见图1所示。由此，查找断裂发生的原因，并对上横梁结构及动臂加工工艺进行了改进。 

　　1 原因分析 
　 在排除了使用不当或者连接件损款导致上横梁断裂的可能性后，分析动臂结构，上横梁两端焊接在动臂板之间而刚性固定，支撑3焊在上横梁上，并焊贴在动臂板上。使用中，当翻头号缸促进使铲斗动作时，摇臂所受力通过支撑传递给上横梁和动臂板，上横梁受剪切力和弯矩力作用，其大小，方向经常变化，可见，上横梁本身应有足够的抗弯强度。同时，我们将上横梁断口对齐，测量了图1A-A截面处的动臂宽度尺寸L，参见图2a，测得上部实际尺寸L1为1208mm，下部L2为1105mm，与设计尺寸1210mm相差很大，这说明该动臂截面呈“喇叭口”状。又对未损动臂进行了测量，发现也不同程度地呈现“喇叭口”现象。因此，在实际使用中使动力臂上横梁受力变得更为复杂，加剧了横梁的破坏。现把“喇叭口”动臂截面变形简化如图2a所示，并对动臂举升进作受力分析。此时，上横梁的受力为重物对动臂板的压力G和液压缸对动臂的举力F。 

　　喇叭形动臂在载物升降过程中，由于所受压力G和举力F不重合，在上横梁内产生弯矩，引起了内应力，横梁上部受拉应力，下部受压应力，如图2b所法，最大应力位于上横梁上缘。 
　 当内应力超过横梁的弯曲许用应力时，就会引起断裂。况且，内应力随着动臂升降是不断变化的动载荷，在使用中也会促使动臂喇叭口状逐渐加剧，在横梁的薄弱部位产生疲劳裂纹，并迅速扩展，引起断裂；另外，由于横梁上焊缝长1m以上，手工焊时可能出现的未焊透、未熔合、夹渣等缺陷，都是引起焊缝开裂的原因。 
2 结构工艺改进 
　　使用中动臂上横梁受力复杂，内应力较大，因此在其结构上必须保证有足够的抗弯强度。由于横梁截面面积相对动臂侧面过小，并且位置有动臂板偏上方，焊角高度又很大，焊接后动臂板上下部分变形不一样，而使动臂呈“喇叭口”截面。因此，我们改进了横梁的结构形状，以保证L1、L2的结构尺寸，避免出现“喇叭口”形状，改变受力状况，并使焊缝位置避开最大应力处，同时还并加大了它的截面积，提高其抗弯强度，改时前后的横梁截面如图3（b）所示，同时，对上横梁截面相对于动臂位置也作了变动。 

　　在工艺上，人工焊接改为机器人自动焊接，提高了焊缝质量；调整动臂的焊接顺序，减少焊后变形；增加焊后检查校正工序。 
　　ZL40装载机动臂经过以上改进，质量提高，寿命延长，在使用中再未了现断裂，开焊现象。 

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摘自《工程机械与维修》

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