推土機(jī)松土器齒套開裂原因 及改進(jìn)措施

松土器懸掛在推土機(jī)或平地機(jī)尾部，推土機(jī)或平地機(jī)可根據(jù)施工需要，在行進(jìn)過程中，將松土器的松土齒下壓插入作業(yè)面，進(jìn)行松土作業(yè)，耙裂凍土、巖層或堅(jiān)硬的路面。松土器工作條件惡劣，作業(yè)過程中其松土齒和齒套承受巨大的拉力。

1.存在問題
1 臺(tái)某型號(hào)推土機(jī)在松土作業(yè)過程中，其松土器齒套發(fā)生開裂故障，開裂部位在齒套底部后側(cè)，如圖1 所示。齒套開裂后，維修人員采用焊接方法進(jìn)行加固，仍然未能遏制裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致松土器無法使用。
2.原因分析
該推土機(jī)松土器松土齒與齒套之間具有較大的間隙，造成松土齒齒桿在齒套內(nèi)出現(xiàn)擺動(dòng)，擺動(dòng)角度為β，如圖2a 所示。松土器松土?xí)r，齒桿與齒套分別在區(qū)域1 和區(qū)域2 接觸。松土器處于工作狀態(tài)時(shí)，其底座距離接觸區(qū)域2 較遠(yuǎn)，依力矩平衡原理，使區(qū)域2 承受的載荷較大，而區(qū)域2 僅有5mm的接觸面，可視為為線接觸，具有明顯的應(yīng)力集中問題。

為了解決區(qū)域2 容易產(chǎn)生開裂故障，我們對(duì)其應(yīng)力進(jìn)行分析。該應(yīng)力計(jì)算方法有2 種，一種是用赫茲接觸公式計(jì)算，另一種是用有限元軟件模擬分析。我們觀察齒套裂紋較長，說明齒套損壞主要是深層應(yīng)力，該裂紋形狀不適合使用赫茲接觸公式計(jì)算接觸應(yīng)力，只能使用有限元軟件模擬分析。
模擬分析時(shí)采用松土器位于最大入土深度工況，且作業(yè)中突然撞擊石塊，為此選取沖擊系數(shù)為2，在該工況下模擬分析齒套的應(yīng)力分布。分析結(jié)果如圖2b 所示，從分析結(jié)果可以看出，齒套接觸區(qū)域2 附近的局部應(yīng)力達(dá)到1063.7MPa，已超過材料


的強(qiáng)度極限，該分析結(jié)果與實(shí)際開裂位置（見圖1）相符合，說明有限元軟件模擬分析基本符合實(shí)際工況。

3.改進(jìn)措施
依據(jù)現(xiàn)場觀察及原因分析結(jié)果，我們決定對(duì)齒套采取2 項(xiàng)改進(jìn)措施，如下所述。
（1）上移接觸區(qū)域
在距離齒套底部增設(shè)1 個(gè)角度為δ 的斜面，該角度δ 大于松土齒齒桿在齒套內(nèi)的斜角β ，使齒套底部與松土齒齒桿脫離接觸。這樣松土齒齒桿與齒套接觸區(qū)域就會(huì)上移至距離底面h處。接觸區(qū)域上移后，可避免松土齒齒桿與齒套底部的線接觸，從而避免出現(xiàn)應(yīng)力集中。如圖3a所示。
（2）增加接觸面積
在距離齒套底面h 處，再增加1 個(gè)角度為a 的斜面，角度a 需小于松土齒齒桿在齒套內(nèi)的擺動(dòng)角度，當(dāng)松土齒齒桿與齒套發(fā)生接觸時(shí)，首先在h' 處接觸。當(dāng)推土機(jī)拉動(dòng)松土齒齒桿松土?xí)r，松土齒齒桿與齒套發(fā)生彈性變形，角度a 隨即減小。角度a 的斜面上，松土齒齒桿與齒套全部接觸，即從h 點(diǎn)至h' 點(diǎn)之間的區(qū)域全部接觸，使其接觸面積增大。這樣可以減小松土齒齒桿與齒套接觸位置的應(yīng)力，以進(jìn)一步減小應(yīng)力集中。

齒套改進(jìn)部位后的角度尺寸應(yīng)滿足a＜β ＜δ 。我們對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元軟件模擬分析，分析結(jié)果如圖3b 所示，最大應(yīng)力達(dá)到只有440.43MPa，分析結(jié)果表明應(yīng)力較原結(jié)構(gòu)降低了近3 倍。
3.改進(jìn)效果
松土器齒套經(jīng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，解決了應(yīng)力集中問題。改進(jìn)后的推土機(jī)松土器已經(jīng)工作2000 h 以上，其齒套再未出現(xiàn)任何變形、開裂現(xiàn)象，大大提高該松土器工作的可靠性及使用壽命。

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