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挖掘机工作装置关节轴承端面摩擦副磨损特性分析与优化

为研究工程机械行业大型机器结构零部件关节轴承端面摩擦副磨损严重问题。以某型号典型代表挖掘机为例，将机械系统多体动力学分析与关节间隙磨损相融合。通过建立工作装置拉格朗日动力学模型计算得出关节处所受载荷与关节变量之间关系式。结合动量和能量守恒定律充分考虑在运动过程中因关节间存在间隙所导致的端面接触碰撞磨损问题。此外，基于经典Archard磨损模型的基础上通过修正和改进，提出一种以挖掘机工作装置关节轴承端面间隙磨损为代表的面与面磨损模型，且同样适用于其它工程机械行业机器零部件关节磨损分析。采用联合仿真方法，真实模拟挖掘机典型工况得出关节轴承所受载荷谱数据后，通过有限元分析方法分析计算出端面摩擦副磨损量变化，通过归纳拟合总结出端面磨损变化数学方程式，对未来预测端面磨损量提供理论参考。根据上述分析的基础上在大型摩擦磨损实验机上进行仿真实验验证，针对当前安装在关节轴承间隙处耐磨垫片常用材料1Cr13，在不同外界物理条件下对其进行实验，主要分为干摩擦、脂润滑以及泥沙杂质三种情况。结果表明：接触碰撞力大的区域必然会造成磨损，且磨损区域为环形区域，磨损会导致关节间隙进一步加大。实验所测磨损量的值符合预测数学方程式，验证了分析思路的正确性。通过上述分析对端面摩擦副磨损提出优化改进建议，当前粉末冶金材料对端面摩擦副耐磨损性能方面具有很好的效果，此外对端面摩擦副整体结构进行密封设计，在润滑装置的选取上以及对端面摩擦副结构表面进行改进设计如添加凹槽、曲面设计均能有效的减少磨损等。此分析方法对日后其它工程机械行业工作装置关节轴承端面摩擦副磨损研究均可提供理论预测指导意义。