基于动力学特性的挖掘机工作装置端面摩擦副间隙磨损机理研究

doi:10.3901/JME.2022.19.191

机械工程学报 ›› 2022, Vol. 58 ›› Issue (19): 191-205.doi: 10.3901/JME.2022.19.191

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基于动力学特性的挖掘机工作装置端面摩擦副间隙磨损机理研究

陈雪辉¹, 李威¹, 刘伟¹, 李昊¹, 黄磊¹, 王子健¹, 何鸿斌²

1. 安徽建筑大学机械与电气工程学院合肥 230601;
2. 合肥波林新材料股份有限公司合肥 230601

收稿日期:2021-11-01 修回日期:2022-07-01 出版日期:2022-10-05 发布日期:2023-01-05
通讯作者: 刘伟(通信作者)，男，1982年出生，博士，副研究员。主要研究方向为机械产品零部件摩擦学分析。E-mail：liuwei@ahjzu.edu.cn。
作者简介:陈雪辉，男，1977年出生，博士，教授。主要研究方向为机械结构零部件优化设计与智能制造、精密与特种加工技术。E-mail：chenxuehui@ahjzu.edu.cn。李威，男，1995年出生，硕士研究生。主要研究方向为机械工程动力装备摩擦学分析。E-mail：hhxliwei@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金(51875152)、安徽省重点研究与开发计划(202004a05020066)和安徽省高校省级自然科学重点研究(KJ2020A0489)资助项目。

Excavator Working Device Based on Dynamic Characteristics Analysis of Clearance Wear Mechanism of End Face Friction Pair

CHEN Xuehui¹, LI Wei¹, LIU Wei¹, LI Hao¹, HUANG Lei¹, WANG Zijian¹, HE Hongbin²

1. Institute of Machinery and Electrical Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601;
2. Hefei Bolin Advanced Materials Co. Ltd., Hefei 230601

Received:2021-11-01 Revised:2022-07-01 Online:2022-10-05 Published:2023-01-05

摘要/Abstract

摘要： 机械动力装备中常因为作业工况恶劣导致关节端面摩擦副间隙处磨损严重，为了探讨关节端面摩擦副间隙处作业过程中磨损变化行为及作用机理，以某型号挖掘机为例，基于动力学模拟分析两种典型工况下得到动臂关节处动态载荷数据基础上，利用有限元数值模拟技术并修正Archard磨损模型计算得出端面摩擦副间隙处磨损深度与磨损次数的关系，在端面磨损试验机上验证两种工况下关节间隙处耐磨垫片磨损变化过程，在扫描电镜下观察磨损后的表面形貌分析磨损作用机理。结果表明：两种工况下，磨损区域均为环形区域；偏载工况磨损主要与接触应力值大小和偏载角度有关，磨损过程中表面产生锥刺凹坑和交叉犁沟等，磨损机制由疲劳磨损向黏着磨损转化，同时伴随有少量的磨粒磨损；满载启动回转工况磨损主要与接触碰撞程度有关，磨损形式主要为黏着磨损与磨粒磨损。此分析方法对工程机械行业分析其它动力装备关节摩擦副和工程应用具有较好的参考价值。

关键词: 端面摩擦副, 挖掘机, 典型工况, 磨损区域, 磨损机理

Abstract: Mechanical power equipment often because of bad operation condition affecting the face friction pair clearance of wear serious, in order to discuss joint changes in operation in the process of friction pair clearance and wear behavior and mechanism of action, to a certain type excavator as an example, based on dynamics simulation analysis under two kinds of typical working condition of the movable arm joints based on dynamic load data, Using finite element numerical simulation technology and correct Archard wear model calculated friction pair clearance in the relationship between the number of wear depth and wear, in the end wear test machine to verify two joint clearance under the condition of abrasion and gasket change process, and observed under scanning electron microscopy (SEM) analysis of surface topography after wear and wear mechanism. It turns out that the wear areas are annular in both conditions. In off-load condition, the wear is mainly related to the contact stress value and off-load Angle. During the wear process, the surface produces cone-punctured pits and cross furrows, and the wear mechanism changes from fatigue wear to adhesive wear, accompanied by a small amount of abrasive wear. At full load, the wear is mainly related to the degree of contact and collision, and the wear forms are adhesive wear and abrasive wear. This method of analysis has a good reference value for the construction machinery industry to analyze other power equipment joint friction pairs and engineering applications.

Key words: face friction pair, excavator, typical working condition, wear areas, wear mechanism

中图分类号:

TH117

陈雪辉, 李威, 刘伟, 李昊, 黄磊, 王子健, 何鸿斌. 基于动力学特性的挖掘机工作装置端面摩擦副间隙磨损机理研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(19): 191-205.

CHEN Xuehui, LI Wei, LIU Wei, LI Hao, HUANG Lei, WANG Zijian, HE Hongbin. Excavator Working Device Based on Dynamic Characteristics Analysis of Clearance Wear Mechanism of End Face Friction Pair[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(19): 191-205.

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Excavator Working Device Based on Dynamic Characteristics Analysis of Clearance Wear Mechanism of End Face Friction Pair

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