技术·维修
TECHNOLOGY &MAINTENANCE
液压挖掘机连杆开裂原因及改进方法陈红杰王宾
1.开裂现象
某型号30t级多台挖掘机均出现铲斗连杆（以下简称连杆）开裂故障。该连杆用于连接铲斗缸和铲斗，是挖掘机作业时的重要受力部件。挖掘时，铲斗
缸产生的推力通过连杆传递到铲斗上连杆承受较大的压力。卸土时，铲斗自身质量及斗内粘接的土壤对连杆产生较大的拉力。由此可见，连杆承受较大的交变载荷。连杆受力如图1a所示。
该型挖掘机连杆下端销套与铲斗连接，上端销套与铲斗缸活塞杆连接。中间连接部分为16mm厚的筋板，两侧用 22mm厚钢板弯曲成弯板，筋板和弯板材料均为Q345B型钢，与上、下端销套焊接在一起。连杆结构及开裂部位如图 1b所示。
我们对开裂的连杆进行统计，发现开裂部位基本上都是下端销套、筋板、弯板3者对接部位的焊缝，如图1b中的红圈区域。连杆发生开裂后，挖揭机不能继
续工作，严重影响挖掘机作业的效率。 2.原因分析
（1）受力分析
应力我们采用四面体二阶单位方式划分有限元网格，并对焊缝位置的网格进行加密处理，然后对连杆进行有限元模型受力分析。连杆有限元模型分析结果如图2a所示。有限元分析结果表明，在连杆开裂处存在应力集中，该应力达到148.5MPa。我们用计算出的应力与连杆所用材料进行届服应力对比（148.5： 345），计算出连杆的安全系数为2.32，该安全系数大于设计要求的安全系数2，因此连杆结构及材料的选型符合强度及安全系数要求。
焊缝我们对连杆焊缝尺寸及焊接强度进行分析，其焊缝结构及尺寸满足 801工程机械与维修
a连杆受力
b连杆结构及开裂部位
图1挖掘机连杆受力及开裂部位
设计强度要求。连杆焊缝尺寸如图2b 所示。
（2）解剖检查
我们用火焰切割方法对开裂的连杆进行剂切，发现焊缝内侧外观质量差，焊缝内部焊接缺陷严重，由此初步判断是焊接不良导致焊缝开裂，
我们对开裂部位的剖面进行精加工后，发现销套、筋板和弯板组对时3者之间的间隧过大，即工艺要求组对间小于2mm，实际组对间隐超过10mm。工人焊接时，为了能够完成焊接，只能在内侧用焊缝填补间。由于内侧空间狭小，不便于施焊，导致内侧焊接缺陷严重，焊缝强度不足，从而出现开裂故障。
（3）焊接质量分析
由于连杆开裂的主要原因是焊接质量存在问题，我们对影响连杆焊接质量的焊接材料、焊接设备、焊接人员、焊接操作方法和焊接环境等5个方面因素，进行了详细分析并绘制了因果关系图，如图3所示，通过对5个方面因素进行分析，最终排查出的可能原因有弯板下料尺寸不符合要求、连杆结构工艺性差、焊缝尺寸不符合要求、组对间不符合要求等4个方面。
进一步分析组对间障不符合要求的原因有2个方面：一是弯板与销套对接处是圆弧与圆弧接触的相贯线，弯板展开是不规则的弧线，其下料尺寸不够精
确；二是由于弯板板厚为22mm，下料后进行折弯成型时出现扭转错位，折出弯后出现板材挤出现象。弯板展开形状如图4a所示，折弯成型如图4b所示。
3.改进方法
（1）调整制造工艺
为解决弯板、销套组对间隙过大问题，我们在制造工艺方面重新调整生产流程，由以前的下料一→开坡口一→折弯成型一→组对一→焊接一→机加工→检验入库，调整为下料一→折弯成型一→修型一→开坡口
148.5MPa a应力分布
CO
b焊缝尺寸
图2
连杆应力分布及焊缝尺寸