延长推土机变速箱密封环使用寿命的研究

前言

推土机变速箱内的密封环磨损是引起变速箱产生故障的主要原因，因此，为了提高变速箱的运行效率，减少故障的产生，研究人员需要对引起密封环磨损的影响因素进行分析，并采取一定的措施来提高密封环的寿命，从而提高推土机工作的稳定性和安全性

1 推土机变速箱密封环简介。

1.1 推土机变速箱密封环的作用

推土机主要是由油发动机、传动系统、行走底盘、工作装置(铲刀、松土器)、电气部分、驾驶室和机罩等组成。推土机传动系统的核心装置为动力换挡变速箱和液力变矩器，简称双变。推土机作业时，因工作载荷变化范围大，而内燃机转速和扭矩的变化范围不大，即使变矩器能降低发动机转速，增大扭矩，也不能完全满足要求，因此必须通过变速箱换挡以改变传动比，以适应工作载荷的变化；另外变速箱可以实现空档，以便于发动机启停，还能实现倒档，以改变运行方向。

1.2 密封环异常磨损引起的变速箱故障

在我国的推土机故障中，由于密封异常环磨损引起的索赔一直居高不下。当密封环异常磨损失效后，密封性的下降导致变速箱内液压油内泄量过冬，发动机怠速转速低时，输油泵流量变小，常出现档位压力不稳，导致挂档难或挂不上档、变矩器发热等现象。相关数据显示：密封环问题造成故障占到了69%。因此密封环早期异常磨损严重影响了推土机传动系统的质量稳定性，是亟需解决的问题。

我国推土机整车保修一般在工作2000小时之后，但早于500小时就有因密封环异常磨损引发的变速箱故障发生。通过对100台推土机的密封环磨损程度跟踪分析，如图1所示，在推土机工作2000小时内的变速箱密封环异常磨损比例占到了37%，在工作2500小时内故障率高达64%，更为严重的是工作前500小时的故障占比高达5%。

2 密封环早期异常磨损原因分析

第一，密封环材料的化学成分、物理性能和表面粗糙度均达标；第二，密封环的配合件密封环槽的表面粗糙度不稳定，无法全部达到Ra0.4的设计要求，这可能是造成密封环早期异常磨损的重要原因之一；第三，密封环自由状态开口间隙大，造成自身张力较大且不稳定，这可能是另外一个造成密封环早期异常磨损的重要原因。

3 密封环槽表面粗糙度对密封环使用寿命的影响

3.1 表面粗糙度对耐磨性的影响

一般情况下，零件表面的质量越好，其粗糙度值也就越小，零件表面的耐磨性也就越好。但是，若两个相互运动的零件表面粗糙度值过小，则接触面会发生分子粘连，反而会加大磨损。所以，两个相互运动的接触面的表面粗糙度，应该存在一个最佳值，这与零件的具体工作载荷有关。正常工作的零件之间，磨损一般分为三个阶段：

第一阶段是磨合阶段，即接触面之间相互运动，通过峰部塑性变形和剪切变形产生轻微磨损，为正常磨损做创造条件。

图1 国产密封环异常磨损故障率统计

第二阶段是正常磨损阶段，磨损率会比磨合阶段降低，且稳定在一个小范围内，属于零件高效工作阶段。

第三阶段是剧烈破坏磨损阶段，因工作疲劳是冷作硬化的表面硬度下降，产生疲劳裂纹，表面精度失去，零件产生破坏性磨损。

通过有关人员对密封环磨损程度的分析，可以断定其严重磨损是发生在哪一个阶段。如果磨合阶段即发生严重磨损，则说明密封环或其配合件密封环槽的表面粗糙度不合适；如果正常磨损阶段时间达不到使用要求，可能是密封环或密封环槽的表面硬度、强度不够，耐疲劳性太差。

3.2 工作载荷对表面粗糙度的影响

一般情况下，经过加工的表面都会有冷作硬化的作用，使得金属表面的显微硬度得到提升，从而提高耐磨性，但并非冷作硬化的程度越高，其耐磨性就越高，因为冷作硬化会引发金属组织的疏松，过分的冷作硬化会引发金属表面裂纹或表层随摩擦削落，引起耐磨性大大降低。

就密封环来说，由于其工作载荷是交变载荷，使得表面的凹部很容易产生应力集中，引发疲劳损坏，而当压力超出承受范围之后，就会造成密封环于密封环槽摩擦力过大甚至抱死，破坏零件表面的冷作硬化层，发生严重磨损。所以我们对变速箱一档压力有严格要求，其最大理论数值不能超过1.35MPa经多次实验测量实际值为1.35MPa左右，不存在一档压力过高的情况。所以变速箱工作载荷不是引起异常磨损的原因。

4 推土机变速箱密封环槽研磨工艺研究

因为密封环槽的结构导致传统的加工工艺存在局限性，而为了保证表面粗糙度质量，降低密封环的磨损程度，我们决定采取研磨工艺，对密封环槽难加工的表面进行研磨处理，最终得到技术要求的表面质量。

4.1 研磨工具准备

常用的研磨工具材料有：

第一，灰铸铁：灰铸铁具有硬度适中、嵌入性好、价格低、研磨效果好等特点，是一种应用广泛的研磨材料。

第二，球墨铸铁：球墨铸铁比灰铸铁嵌入性更好，且更加均匀、牢固，常用于精密工件的研磨。

第三，软钢：软钢具有良好的韧性和塑型，在加工小型工件时常用来作为研具材料。

第四，铜：铜较软刚更软，嵌入性好，常用来作研磨软钢类工件的研具材料。

考虑到成本因素，我们需要选用铸铁件研磨工具，并对灰铸铁和球墨铸铁进行验证和比较，通过实验证明，球墨铸铁制作的研具比灰铸铁更容易嵌存磨粒，精度保持性最有效。

4.2 研磨工艺

第一，先对密封环槽进行车削，达到尺寸要求后，在密封环槽内刷入调制好的研磨剂，然后再放入研具。研磨剂应该涂敷的薄而均匀，在更换被加工零件时，研具表面的研磨剂需要用柴油彻底清洗干净。

第二，根据被加工件直径选择合适车床转速，手持研磨环以一定的力度推动，根据实验，左右两侧各研磨约2分钟最为合适。

结束语

总之，合理的选择研磨工具和研磨工艺，能够改善密封件环槽表面质量，从而降低了密封环的磨损程度。同时，密封环槽经过研磨工艺加工后，能够稳定达到Ra0.4的表面粗糙度值，成本有小幅增加，在可承受范围内。这样一来，采用研磨工艺对密封环进行加工，能够有效提高密封环的使用寿命，从而减少推土机变速箱故障的出现。