張偉旗

(江西銅業(yè)集團銅材有限公司，江西 貴溪 335424)

大型礦山電動輪油氣懸掛系統(tǒng)常見故障診斷及維修技術研究

張偉旗

(江西銅業(yè)集團銅材有限公司，江西 貴溪 335424)

針對德興銅礦大型電動輪油氣懸掛系統(tǒng)常見故障診斷與維修技術進行深入的探究，結合礦山實際，摸索出一套行之有效的系統(tǒng)故障實用診斷與維修技術，可確保安全生產，作業(yè)效率高，維修成本低，使用壽命長，在國內外同行業(yè)具有良好的推廣前景和應用價值。

油氣懸掛系統(tǒng)；故障診斷與維修技術；安全可靠性

大型礦山電動輪汽車因具有中小型汽車無法比擬的優(yōu)勢，現已廣泛應用于國內外千萬噸級特大型露天礦山開采運輸作業(yè)。江銅德興銅礦(簡稱德銅)銅廠和富家塢采區(qū)日采選礦石產能13萬t/d，其年采剝礦石總量達1.32億t/a。故采用70多臺電動輪與10多臺大型電動挖掘機配套進行采裝作業(yè)，其電動輪汽車工況極其惡劣，長期處于露天作業(yè)環(huán)境，日曬雨淋，裝載任務繁重，作業(yè)條件苛酷且強度高[1]。特別是露天礦山路況通常很差，運輸干道坑洼不平，斜坡坡度大，大塊裸露尖石隨處可見，汽車行駛時顛簸大，振動強烈，沖擊力巨大，車輛故障率高且易損壞，對電動輪作業(yè)效率影響極大。

懸掛系統(tǒng)是車架與車軸之間的彈性連接傳力機件的統(tǒng)稱，是電動輪汽車最重要的總成之一。而油氣懸掛系統(tǒng)因具有良好的非線性剛度和阻尼特性，可極大地提高車輛的平順性，從而改善司機的舒適性，且可減輕車輛零部件的損壞程度，提高車輛的使用壽命，使其被廣泛應用于礦用自卸車[2]。因此，為使汽車始終處于完好的技術狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常工作和延長壽命，提高礦山技術經濟和環(huán)保效益，針對該懸掛系統(tǒng)常見故障診斷與維修技術進行深入的探析，十分必要。

1 油氣懸掛系統(tǒng)設計目的及主要功用

1.1 設計目的及主要優(yōu)點

該系統(tǒng)設計目的主要是為了實現電動輪汽車的整車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、車輛通過性、乘坐舒適性、結構耐久性及燃油經濟性。該設計采用油氣懸掛彈性地連接車橋和車架，利用惰性氣體如氮氣和液壓油構成油氣彈簧，以緩沖振動、沖擊載荷[3]，降低轉向力，且使前軸磨損減至最小。其主要優(yōu)點是可提供增強的作業(yè)和行駛特性，從而使車輪觸地性良好，整車技術性能大幅提升，左右兩輪能自由運動，輪胎與地面的自由度大，車輛操控性好，延長汽車車架的疲勞壽命，提高輪胎的耐磨性能。

1.2 主要功能及受力影響

懸掛系統(tǒng)部件外表看似簡單，但實際技術含量卻很高。其綜合了多種作用力，決定著電動輪汽車的整車技術性能，十分關鍵。其主要功能是可緩沖車輛行駛過程中因路面不平而傳給車身的動載荷沖擊力，以保證車輛行駛中的平穩(wěn)性良好；衰減因彈性系統(tǒng)傳入的振動，保持車輛行駛中的姿勢穩(wěn)定，以確保司機的安全舒適性、所裝載貨物的完好及改善操縱的穩(wěn)定性；傳遞垂直反力(支承力)、縱向反力(牽引力和制動力)、側向反力及其所產生的力矩作用于車架上，以保證車輛行駛的平順性；而車輪相對車架跳動特別是轉向時，則可起到使車輪按一定的軌跡相對車身跳動的導向運動。

2 系統(tǒng)主要結構原理及技術參數

2.1 主要結構組成原理

如圖1所示，為電動輪前油氣懸掛裝置結構圖。它主要由前置定位臂、懸架樞軸管和行駛支柱等部分組成。其作用是在路面震動從前置定位臂傳遞到車架之前，緩沖震動。車輪裝在車橋上，車橋裝在前置定位臂的外端；前置定位臂后部各由1個行駛支柱懸掛起來，前部裝在懸掛管上，且固定在車架前部；裝在前置定位臂和車架之間的行駛支柱起減震作用。

1.主軸 2.前置定位臂 3.懸架樞軸管 4.行駛懸架支柱 5.橫拉桿圖1 前油氣懸掛裝置

如圖2所示，為電動輪后懸掛裝置結構圖。它主要由后橋殼體、拉桿總成和行駛支柱等部分組成。其作用是避免路面震動從車輪傳遞到機器。后懸掛裝置將后橋殼體固定在車架上，為增加后橋穩(wěn)定性，拉桿總成被固定在殼體和車架之間，拉桿只允許作垂直運動。因此，構成后懸掛裝置的各部件受到保護，免于受到過度的扭力；后橋殼體的前部，安裝在支撐車斗液壓油缸總成的中部車架橫梁上；殼體的后部通過兩個行駛支柱懸掛在車架上。

1.后橋殼體 2.拉桿總成 3.行駛懸架支柱圖2 后油氣懸掛裝置

Neocon行駛支柱主要由桿總成、管總成、活塞導套和密封蓋導套等部件組成。桿總成在管總成的裝滿液體且充有氦氣的腔內“浮動”。吸收能量的行駛支柱可根據路面狀況的起伏，有效地抑制路面震動傳遞到車架。支柱設計彈性率低于標準輪胎的彈性率，產生路面震動時，支柱往往會縱向跳動，而輪胎側壁不會縱向彎曲，可減少熱量在輪胎內的堆積。因前行駛支柱安裝間距大于后行駛支柱安裝間距，且極有可能遇到極端的路面狀況，前行駛支柱需更大的行程，以維持良好的懸掛性能和輪胎與路面的接觸；其懸掛性能則由氦氣量和液體流量控制，壓縮的氣體量使支柱產生剛性，支柱內的液體流量受到控制，從而可起減震的作用。

當因附加有效載荷或路面震動使得行駛支柱上的輸入載荷增加時，桿總成被推入管總成，且通過壓縮氦氣吸收懸掛支柱上的載荷；當桿被推入管總成時，桿總成內腔里的液體被迫通過節(jié)流孔流出，并經過檢查球，流入桿總成與管總成之間的通道；密封蓋導套決定管總成內的桿總成和活塞導套的位置，它包括各種密封和軸承環(huán)，可防止桿總成泄露和損壞。

當因有效載荷的減小或受到路面震動等沖擊后，桿總成從管總成收縮時，氦氣壓力迫使桿總成返回到其初始位置；桿總成和管總成之間通道內的液體被迫流回內腔；液體壓力把檢查球保持在座上，從而使液體只能流過小的緩沖節(jié)流孔，這實質上減緩了液體流回桿總成內腔的速度；降低油速對返回至初始位置的桿總成產生減震效果。

2.2 主要技術規(guī)格參數

EH3500型電動輪車輪馬達傳動比 26.825∶1

額定載重量 171 t

滿載質量 324.324 t

最大容量 115.1 m3

驅動形式 4×2

功率 1510 kW/rpm

最大扭矩 8200 N·m

最高速度 55.7 km/h

前后懸掛裝置型式 支柱-NEOCON‘E’(硅/氦)

總有效行程 前355.6 mm，后127.0 mm

Neocon-X充滿容量 20.82 L

最大轉向角度 41°

最大制動壓力 前18961 kPa，后13800 kPa

3 系統(tǒng)常見故障診斷及維修技術

3.1 轉向沉重

主銷外傾角太大，可能造成轉向沉重，且會導致輪胎外緣的過度磨損；反外傾也會造成轉向沉重，使輪胎內緣出現過度磨損；不平衡的外傾角，易導致轉向不穩(wěn)、路面振動反饋、擺振及輪胎的過度磨損。

車輪未調正時，需調正前軸組件；轉向系統(tǒng)失調時，應排查管路連接、吸油管路、轉向系統(tǒng)壓力、油缸等是否有問題，及時進行排除；輪胎過度膨脹時，必須嚴格按技術規(guī)程對輪胎進行正確的充氣；推力軸承故障時，應及時進行更換；缺乏潤滑時，應按使用手冊中的說明進行潤滑。

3.2 甩擺

車輪未調正時，需調正前軸組件；橫拉桿或轉向油缸桿端磨損時，應立即更換；轉向系統(tǒng)失調時，應排查轉向系統(tǒng)壓力、油缸、管路連接、吸油管路等是否有問題，及時進行排除；而主軸彎曲時，則必須更換。

3.3 噪聲

行駛支柱安裝組件松動時，造成前懸架擺動，懸架支撐體與車體產生相對運動，導致產生摩擦而出現噪音，必須按規(guī)定力矩，及時緊固螺栓與螺母；主銷、軸套或推力軸承磨損時，應及時更換磨損零件；車輪未調正時，則必須調正前軸組件；而減震器與鋼板彈簧、車架或軸相磕碰，油液不足、防塵筒變形或膠墊損壞脫落時，在駕駛過程中易產生異響，則應及時進行修復或更換。

3.4 擺振

車輪未調正時，應調正前軸組件；車輪軸承故障或失調時，錐形軸承及軸承套出現明顯的過度磨損、卡住或不正常的噪音，皆應更換新備件；橫拉桿或轉向油缸桿端磨損時，需及時更換；主銷或軸套磨損時，應更換主銷、軸套和推力軸承；車輪和輪胎徑向跳動過大，若失去平衡超過正常值時，需更換；前置定位臂軸套磨損、減震器故障或主軸彎曲時，必須立即更換；而車輪軸承間隙過大或松散時，則應及時修正或更換。

3.5 主銷失效

主銷是懸掛裝置的重要受力構件，實際使用過程中，其使用壽命較短，往往易磨損斷裂，一旦損壞，將導致電動輪無法工作，而拆卸銷和懸掛裝置，既誤工又費時，嚴重影響生產的順行，經濟損失巨大。

3.6 減震器漏油或失效

(1)漏油現象

減震器漏油或有泄漏陳跡時，主要是由油封、密封墊圈損壞失效所致，必須更換新密封圈；仍無法阻止漏油時，則應拉出減震器，若感覺有卡滯或輕重不一，必須排查減震器活塞連桿有無彎曲，活塞連桿表面和缸筒是否有劃傷或拉痕，活塞與缸筒間配合間隙是否過大，應及時進行修復或更換。

(2)磨損、損壞或脫落

連接桿、連接銷、橡膠襯套等損壞、脫焊、破裂或脫落時，應及時修復或更換新備件；而活塞與缸筒間配合間隙過大，缸筒拉傷，閥門密封不良，減震器伸張彈簧折斷或過軟時，則應酌情進行修磨或更換。

3.7 懸掛部件磨損、裂紋、損傷或漏油

在適合的溶劑中徹底清洗前懸掛裝置所有部件，用壓縮空氣吹干，應確保所有的軸套孔和潤滑脂嘴得到良好的清洗，若軸套孔和潤滑脂嘴過度磨損或破壞時，應立即進行更換；若螺紋表面損壞，各管子、襯套和軸承出現劃傷、凹點或過度磨損，前置定位臂或懸掛管出現裂紋、翹曲或有受力現象，懸掛管、吊環(huán)孔總成和導套出現裂紋或扭曲時，應進行維修或更換；而微量精整為8～12 RMS時，桿徑應為φ152.35～152.40 mm，若桿不能滿足這些規(guī)格，則必須更換桿。

前油氣懸架桿筒與缸筒在導向座處過度磨損時，易產生漏油現象，嚴重影響前懸架系統(tǒng)的工作可靠性、使用效率及壽命，根據受力分析和現場觀察，它主要取決于前橋懸架系統(tǒng)內部導向座處的受力大小及水平，必須對前輪定位參數進行進一步優(yōu)化，則有利于提高整車的操縱穩(wěn)定性[4]。

3.8 懸架彈簧、金屬件或密封失效

懸架彈簧有塑性變形、裂紋或其它缺陷時，應立即進行更換；彈簧表面銹蝕時，必須除銹后，進行表面噴漆處理；而彈簧產生斷裂或安裝錯位時，則應立即更換彈簧。

金屬件如帽螺釘、墊圈和螺母等，在座或螺紋表面顯示有生銹、腐蝕、擦傷或局部屈服跡象時，應及時進行更換；若在懸掛裝置安裝處于松動的接合狀態(tài)下操作汽車，則應更換所有懸掛裝置安裝金屬件。

密封損壞通常是由壓力密封故障而引起的，這將損壞密封且造成污染；若因軸承環(huán)的過度磨損而引起時，將導致密封變形，應及時更換磨損或損壞部件；而壓縮桿密封時，切不可將它彎曲成尖角；否則，易損壞密封唇部，必須嚴格按技術規(guī)范操作。

3.9 輪胎磨損過度或不均勻

車輪未調正時，必須調正前軸組件；橫拉桿或轉向油缸桿端磨損時，應立即進行更換；輪胎充氣壓力不當時，應按預防性維護手冊中的技術規(guī)定對輪胎正確地充氣。

4 正確的維修保養(yǎng)技術要點

4.1 懸架支柱監(jiān)測與加注

最初作業(yè)48小時內，氦氣和Neocon-X將在溶解過程中相混合，而溶解可能會導致支柱長度的改變及支柱高度的降低；最初作業(yè)48 h之后，應定期檢查、監(jiān)測支柱的狀態(tài)，只需檢查一個尺寸即從缸密封蓋總成到桿總成頂端的間距X-2，需在機器空載且被停放在平坦路面的情況下完成該檢查；檢查前，至少運轉機器一小時，以避免猛烈制動機器；若不按有關操作步驟執(zhí)行，將導致讀數錯誤；而支柱尺寸超出允許極限時，則必須檢查是否有Neocon-X氣體泄漏現象；支柱完全伸出時壓力值是否為P-1A，應排除任何明顯的故障，按加注步驟進行。

4.2 前軸總成間隙的檢查

檢查轉向連桿裝置間隙，找到間隙點，用停車制動器對后輪進行制動；按照提升/頂升程序，用千斤頂或類似的提升裝置將車輛前端抬起，使車輪離地；用手推拉輪胎底部，感覺主銷軸套的間隙，將一根手指放在推力軸承和前置定位臂的接合點上，若主銷或其軸套存在明顯磨損，在該點上皆可感覺到；而用手推拉輪胎前部，感覺橫拉桿球窩和軸組件懸臂接合點的間隙，若有任何明顯的磨損，則在該點上也可感覺到。

4.3 前端定位檢查與調整

正確的前端定位取決于主銷后傾角、外傾角和車輪前束3個基本因素，其描述了車輛轉向系統(tǒng)的幾何結構。三者之間的關系非常重要，也極為微妙，其中一個因素的變化，勢必會直接影響到另外兩個因素，同時會影響到車輛的轉向。后傾角和外傾角內置于車輛，是無法進行調整的；而車輪前束則不同，其調整頻率主要取決于路況，若路面十分惡劣，則必須經常調整車輪前束。

如圖3所示車輪定位圖，主銷后傾角是指軸組件中主銷的前傾或后傾。主銷的上部向前傾斜時，后傾角為負；主銷的上部向后傾斜時，后傾角為正。后傾角的度數隨著行駛油缸被壓緊或被擴張而變化，其可保持車輪處于直線朝前位置，且有助于在轉彎完成后將車輪拉回原位置。若車輛無后傾角、或為負值或轉彎時，則車輛極可能出現“甩擺”；主銷外傾角是指前輪頂部的外側傾斜，車輛前端被內置了1°永久外傾角，是不可調整的；而車輪外傾角使輪胎中心線和主銷中心線匯聚于輪胎和路面接觸點上，則可減輕路面振動對轉向裝置的影響。

圖3 車輪定位圖

4.4 車輪前束測量與調整

如圖4所示，為車輪前束測量圖。車輪前束是在軸高度測得的一個數值，軸前部車輪間的距離比軸后部更近一些。車輪前束是必要的，可抵消輪胎磨損外傾角所造成的負面效應，主要作用是消除“甩擺”。但若車輪前束過大，則會導致劃傷現象和外胎面輪胎的快速磨損；車輪前束過小，則會對內胎面輪胎造成同樣的破壞。通過觀察轉向系統(tǒng)“拖拉”或“甩擺”現象的頻繁出現。

車輪前束檢查可采用一根端部為直角的滑桿，測量位于車輪水平中心線上的車輪突出部分，前輪和后輪皆要測量。若需調整車輪前束，可將橫拉桿組件中的夾緊螺栓擰松，用管鉗轉動橫拉桿，直至車輪前束達到圖中的正確值；擰緊夾緊螺栓和鎖緊螺母，直至扭矩符合車輛說明書中的規(guī)定值。

圖4 車輪前束測量

4.5 懸掛裝置的壓力測試

重新組裝后，必須測試懸掛裝置是否泄漏，整個懸掛裝置必須置于密封裝置內，以保持懸掛裝置活塞處于縮回位置，且防止其在加壓期間伸出；應確定懸掛裝置足可以承受施加的外力，若發(fā)生泄漏，安裝懸掛裝置前，必須確定泄漏原因并及時修理；測試完成后，從水箱上拆卸總成并釋放空氣或氮氣，但不要從懸掛裝置上拆下充氣閥。

4.6 懸掛裝置加油及充氣

一旦操作不當，所有充入加壓氮氣達到充足壓力的懸掛裝置，易導致受傷或損壞。為防止加油和充氣期間出現任何事故，懸掛裝置的正常充氣順序應遵循三個基本條件：油位必須正確；用于氮氣充入的懸掛裝置活塞桿的伸出必須正確；氮氣充入壓力必須正確。為取得最佳效果，前懸掛裝置或后懸掛裝置的充氣必須成對進行，若對后懸掛裝置充氣，必須先給前懸掛裝置充氣；為延長懸掛裝置部件的使用壽命，必須向懸掛裝置油內添加抗摩擦劑；加油和充氣步驟期間，必須保持規(guī)定的設定尺寸，加油支撐塊必須正確設定加油高度，當支承塊置于懸掛裝置之上時，必須將它們用綁帶或其它方式固定，以免出現意外飛出，未固定的支撐塊可能會在施加重量時因松動飛出，存在導致附近人員重傷或設備損壞的危險。

5 結語

油氣懸掛系統(tǒng)是大型礦用電動輪汽車的關鍵部件。其運行是否平穩(wěn)，將直接影響到其生產效率、維修成本和能耗水平，對其主銷、減震器、軸套、前軸及軸承等關鍵零部件實施重點維護保養(yǎng)、定期檢修、及時監(jiān)控和適時更新，十分重要。因此，針對其常見故障診斷與維修技術進行深入的探究，能大幅提升其整車技術性能，保證其始終處于完好的安全技術狀況，可為確保礦山安全生產，降低維修成本，節(jié)能降耗，有效地延長其使用壽命，提供強有力的技術保障，其技術經濟和環(huán)保效益十分顯著。

[1] 張偉旗.大型礦用電動輪巨型輪胎技術裝備創(chuàng)新及損壞處理[J].中國礦山工程，2012，(4):37-41.

[2] 徐道臨.張林.周加喜.重型礦用自卸車油氣懸架參數優(yōu)化[J].振動與沖擊.2012，7(24)：98-101，107.

[3] 何漫江.王惠明.電動輪自卸汽車后懸掛球頭銷失效分析及提高壽命的途徑[J].采礦技術，2002，(3)：67-69.

[4] 彭京誠.萬海如.礦用電動輪自卸車前橋懸架系統(tǒng)定位參數的優(yōu)化[J].煤礦機械，2006，27(6)：938-940.

Fault Diagnosis and Maintenance Technology Research of Hydro-pneumatic Suspension System of Mining Electric Wheels

ZHANG Wei-qi

(JCC Copper Products Co., Ltd. Guixi 335424, China)

The paper analyses common faults and maintenance technology of hydro-pneumatic suspension system of mining electric wheels in Dexing Copper Mine. Combined with the mining actual operation, this paper puts forward a set of effective system fault diagnosis and maintenance technology of practical, it can ensure safety production, and have lots of advantages such as high efficiency, low maintenance costs, long serving life. So it has a good promotion prospects and application reference value for the same industry at home and abroad.

hydro-pneumatic suspension system；fault diagnosis and maintenance technology；safety and reliability

2013-11-18

張偉旗(1965-)，男，江西余江人，高級工程師，大學本科，主要從事礦山機械、銅加工、有色冶金、機電設備工程等技術研究工作。

TD63

B

1003-8884(2014)03-0017-05