挖掘機鏟斗是執(zhí)行挖掘工作裝置，一旦出現(xiàn)晃動，直接影響挖掘效率，甚至無法正常使用，所以鏟斗的使用狀況對整機的工作效率甚至整機壽命有著至關(guān)重要的作用。

1 鏟斗晃動原因

1.1  鏟斗與斗桿鉸接結(jié)構(gòu)

鏟斗晃動主要是鏟斗與斗桿的鉸接處出現(xiàn)晃動，對挖掘機使用最為明顯，鏟斗與斗桿的鉸接處結(jié)構(gòu)如圖1所示。襯套3與斗桿4之間為過盈配合，銷軸5與襯套3之間為間隙配合，鏟斗1與斗桿4之間的側(cè)向間隙一般為1～2mm。螺栓6穿過動臂一側(cè)的止動套和銷軸5，起到限位作用，防止銷軸5隨斗桿4轉(zhuǎn)動。潤滑脂通過斗桿4自身的通道進入銷軸5和襯套3之間的間隙，使該間隙充滿潤滑脂，襯套3端部設(shè)有防塵圈，O形圈阻止外部粉塵等雜質(zhì)進入端面間隙，保證端面清潔。

圖1 鏟斗鉸接機構(gòu)

1鏟斗耳板  2.O形圈  3.襯套  4.斗桿  5.銷軸  6.螺栓

1.2鏟斗晃動原因

鏟斗晃動有2方面原因：一是鏟斗耳板與斗桿側(cè)向接觸面磨損，使鏟斗軸向竄動；二是鏟斗耳板軸孔與銷軸配合面磨損，徑向間隙過大，引發(fā)左、右晃動。

鏟斗耳板與斗桿側(cè)向接觸面之間的磨損，是由于鏟斗與斗桿的相對轉(zhuǎn)動引起的。由于二者硬度均不高（見表1），且斗桿表面的硬度略高于鏟斗耳板。鏟斗挖掘時二者相對運動表面一直處于相互摩擦的狀態(tài)，造成鏟斗耳板表面很容易出現(xiàn)磨損。銷軸和鏟斗軸孔之間沒有潤滑油（被防塵圈隔開），銷軸只要在鏟斗耳板軸孔內(nèi)竄動或者晃動，都會產(chǎn)生很大的摩擦力，而銷軸的表面硬度更遠高于鏟斗耳板軸孔，鏟斗耳板軸孔極易出現(xiàn)磨損。

表1 結(jié)構(gòu)件性能對照表

2 改進方法

3.1  噴涂碳化鎢涂層

鏟斗耳板軸孔磨損最直接的原因是硬度低，如果硬度提高，就會大大減少磨損。提高表面硬度的方法主要是熱噴涂，即在產(chǎn)生摩擦的外表面上噴涂高硬度材料，以提高表面硬度。熱噴涂技術(shù)主要用于苛刻的工作條件，尤其是磨損和腐蝕性要求極高的工作領(lǐng)域。

熱噴涂工藝流程如圖2所示。粉末狀的涂層材料，按軸向送到噴槍內(nèi)，一般用氮氣作為輸送氣體。在噴槍中燃料與氧氣完全混合，混合物通過噴嘴射出，在噴槍外部被點燃。當(dāng)粉末狀的噴涂材料流出噴槍時，燃燒的氣體將其包圍起來，并將其均勻加熱，然后被射向工件表面?；鹧鎳娡恐袑⒏邉幽軅鬟f給粉末粒子狀噴涂材料，噴涂材料處于熔融狀態(tài)，當(dāng)其撞擊工件表面時被塑性壓平。

圖2 熱噴涂示意圖

較為常見的涂層材質(zhì)是碳化鎢，碳化鎢在高速氣流沖擊下直接噴射到工件表層，涂層材質(zhì)微粒在工件表面沉積形成均勻致密的涂層，一般孔隙率小于1％，氧化物含量小于1％，鍵合強度超過80MPa，宏觀硬度在70HR以上，能夠極大的提高鏟斗耳板側(cè)表面硬度。相關(guān)研究表面，碳化鎢涂層還能顯著提高工件表面的耐腐蝕、耐高溫性能。從效果使用上看，噴涂碳化鎢涂層是改善鏟斗耳板側(cè)面磨損問題的理想方法之一。碳化鎢噴涂技術(shù)的主要問題是材料價格昂貴，只適用于高端市場，普通機型上使用的話，成本太高，而且碳化物的噴射在軸孔內(nèi)表面上很難實現(xiàn)。

3.2  加裝T型套

為了同時改善端面磨損和軸孔磨損問題，可以使用加裝T型套的方式。與碳化鎢涂層直接提高鏟斗端面硬度不同，加裝T型套不能提高鏟斗本身的硬度，而是通過避免鏟斗參與摩擦的方法來避免鏟斗的磨損，如圖3所示。

圖3 加裝T型套的鉸接方式

1.鏟斗  2.T型套A  3.O形圈  4.T型套B  5.斗桿  6.銷軸  7.螺栓

T型套A和T型套B分別以過盈配合的方式嵌在鏟斗軸孔內(nèi)和斗桿軸孔內(nèi)，2種T型套均采用40Cr鋼制成，并經(jīng)過整體調(diào)質(zhì)處理和表面淬火，得到較高的整體強度和表面硬度（達52～60HRC）。加裝T型套后，鏟斗耳板端面不再與斗桿端面直接摩擦，而是由硬度遠大于二者且硬度相同的T型套相互摩擦，磨損速度可大大降低，鏟斗耳板軸孔也不再和銷軸直接磨損，而是由T型套A和銷軸磨損。

加裝T型套的改善方式相對碳化鎢涂層，價格低廉，制造簡單，但也存在缺陷，即磨損后很難進行更換，這是因為T型套與鏟斗和斗桿都是過盈配合，拆卸極為困難，強行拆卸會破壞軸孔的內(nèi)表面，影響使用性能?？紤]到后續(xù)問題，可以考慮增加潤滑的方法來減少磨損。

3.3  加裝潤滑襯套

為了減少鏟斗耳板軸孔和銷軸之間的磨損，可以采用加裝襯套、加強潤滑和保持密封的方法，如圖4所示。

圖4增加潤滑襯套的鉸接方式

1.鏟斗耳板  2.O形圈  3.襯套  4斗桿  5.銷軸  6.螺栓  7.襯套  8.黃油嘴

在鏟斗耳板軸孔內(nèi)面加裝襯套7，在原有的結(jié)構(gòu)中增加黃油嘴8，同時在銷軸5內(nèi)加工潤滑通道，在襯套7內(nèi)表面加工油槽，潤滑油進入油槽，并充滿銷軸5和襯套7之間的間隙，銷軸5和襯套7之間形成油膜，減少磨損。油槽內(nèi)潤滑油溢滿后繼續(xù)加油，多余的油脂部分進入鏟斗耳板1和斗桿4端面之間的間隙，在O形圈2的密封作用下，形成封閉的小型油池，有效減少鏟斗耳板的側(cè)面磨損。

考慮到O形圈耐候性較差，在惡劣的工作環(huán)境中很容易斷裂，而O形圈由于自身的環(huán)形結(jié)構(gòu)，更換時需要將鏟斗拆除，極為麻煩，故采取一種新型的O形圈密封結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。O形圈1主體的兩端注塑出通孔，使用時安裝在鏟斗端面外徑面上，螺柱2穿過通孔，將O形圈1連接成環(huán)形，并用螺母3進行固定。

圖5  新型的O形圈密封結(jié)構(gòu)

1.O形圈  2.螺栓  3.螺母

4 比較

采用以上3種方法均可減小由于過度磨損造成的鏟斗晃動。3種方法中，碳化鎢噴涂的方式效果最為理想，對結(jié)構(gòu)的改動也最小，但是價格昂貴；加裝T型套的方式不破壞鏟斗表面，但存在拆卸不便的問題；加裝潤滑襯套和新型密封結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法能夠簡單有效地減緩磨損問題。3種改善方式均適用于任何鉸接機構(gòu)，對其他運動機構(gòu)的設(shè)計和改進具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。