修機(jī)｜某型挖掘機(jī)燃油箱底座的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1 故障現(xiàn)象

某型挖掘機(jī)投放市場一段時間后，部分挖掘機(jī)燃油箱安裝座端部出現(xiàn)焊縫開裂故障，造成燃油箱底部鋼板出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致燃油箱漏油。燃油箱底部鋼板開裂位置如圖 1 所示。

2 故障排查 

燃油箱底座焊縫開裂造成燃油箱底部鋼板開裂并漏油，主要有以下 2 方面原因：一是燃油箱底座焊縫存在焊接質(zhì)量問題，二是燃油箱底座結(jié)構(gòu)不合理。為此我們進(jìn)行了以下排查。

2.1 檢查燃油箱底座焊縫質(zhì)量

燃油箱底座由厚度為 4.5mm 的 Q235B 鋼板折彎成槽形，再將兩邊采用斷續(xù)焊的方法焊接在燃油箱底部，焊縫為角焊縫，焊腳尺寸為4mm。為了判斷焊接質(zhì)量是否符合技術(shù)要求，我們分別對開裂位置的焊縫進(jìn)行超聲波探傷和斷面剖切檢查，經(jīng)過探傷和檢查焊縫質(zhì)量良好，不存在焊接缺陷。

2.2 檢查燃油箱底座受力情況

我們應(yīng)用 ANSYS 仿真軟件，對挖掘機(jī)工作時燃油箱底座受力情況進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示，挖掘機(jī)在進(jìn)行挖掘時燃油箱底座僅受到壓力，焊縫受力較小。挖掘機(jī)在進(jìn)行回轉(zhuǎn)時燃油箱底座受到較大的橫向載荷，焊縫受力較大。尤其是燃油箱加滿燃油、挖掘機(jī)做連續(xù)回轉(zhuǎn)動作時，燃油箱與底座的焊縫會受到很大的橫向沖擊力及拉應(yīng)力。

燃油箱通過底座固定在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺上，在挖掘機(jī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)時，燃油箱和燃油產(chǎn)生的離心力以及燃油箱內(nèi)部燃油晃動時的沖擊力，都集中到底座上，使燃油箱底座焊縫受力較大。特別是挖掘機(jī)做回轉(zhuǎn)動作的啟動和停止瞬間，底座焊縫承受的沖擊力更大。通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，燃油箱底座受到的沖擊力并不是均勻分布到底座上，而從底座中間至兩端逐漸增大，最大的受力位置集中于底座的兩端，造成底座兩端的焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中，挖掘機(jī)長工作時間較長后就會導(dǎo)致其焊縫開裂。

如果燃油箱底座焊縫開裂初期不能及時發(fā)現(xiàn)，隨著焊縫開裂的延伸，會造成燃油箱底板母材出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致燃油的泄漏。由此可見，造成燃油箱漏油主要原因是燃油箱底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，使其端部位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而引發(fā)該故障。

3 燃油箱修復(fù)方法

查明故障原因后，我們迅速對所有已銷售該型挖掘機(jī)的燃油箱進(jìn)行了檢查，并對出現(xiàn)裂縫的燃油箱進(jìn)行了修復(fù)，具體修復(fù)方法如下所述。

3.1 修復(fù)裂縫

首先將燃油箱底座切割下來，找到燃油箱箱體發(fā)生裂縫的位置，某個燃油箱底板裂縫如圖 2 所示。

修復(fù)燃油箱底部裂縫的方法如下：

先使用磨光機(jī)沿裂縫磨出溝槽，再用焊機(jī)將溝槽填平，最后將焊縫打磨平整。由于燃油箱箱體板厚為 4.5mm，所磨溝槽過深容易切透，過淺焊接不夠牢固，所以磨削深度以3mm 為宜。

3.2 增加 U 形板

為了解決燃油箱底座端部焊縫應(yīng)力集中問題，我們在燃油箱底座端部補(bǔ)焊 1 塊 U 形板，U 形板周圈焊接在燃油箱底板上，使燃油箱底座的受力由 2 個端部，轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植嫉饺加拖涞装迳希_(dá)到增加受力面積的效果。為了消除焊接收弧時造成的應(yīng)力集中，燃油箱底座端部預(yù)留 5mm 不予焊接。消除燃油箱底座應(yīng)力集中的方法如圖 3 所示。

4 燃油箱底座改進(jìn)方法

4.1 改進(jìn)結(jié)構(gòu)

為了避免以后制作的燃油箱底座再次出現(xiàn)開裂故障，需從減小應(yīng)力集中入手改進(jìn)其結(jié)構(gòu)。為此，我們將燃油箱底座改進(jìn)為模具模壓成型的凹槽結(jié)構(gòu)，這樣就可以保證底座四周均可以焊接，以增加焊縫長度，減小焊縫受力，且能保證各條焊縫受力均勻，由此避免了底座端部焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中問題。

4.2 重新設(shè)計(jì)焊縫

為了加強(qiáng)燃油箱底座焊縫受力能力，我們根據(jù)燃油箱箱體尺寸重新設(shè)計(jì)焊縫，使底座兩端焊縫與燃油箱箱體側(cè)面的焊縫連成一體，這樣不僅可以有效消除焊縫應(yīng)力集中，而且在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時可使底座的受力均勻地傳遞到燃油箱側(cè)面。改進(jìn)后的燃油箱底座結(jié)構(gòu)及焊接方法如圖 4 所示。

5 改進(jìn)效果

上述燃油箱修復(fù)方法和新燃油箱底座改進(jìn)方法實(shí)施后生產(chǎn)的該型號挖掘機(jī)，已有 1000 多臺的市場保有量，這些挖掘機(jī)有的工作時間已超過 8000h，再沒有出現(xiàn)過燃油箱底座開裂、燃油箱漏油問題。

作者：朱東烈 魏敬成 王成

來源：《工程機(jī)械與維修》2018年第4期