摘 要：煤矿巷道辅助运输设备的转向系统，大多采用全液压转向系统，煤矿井下巷道坑洼不平、煤泥深，在防爆柴油机无轨胶轮车运行过程中，转向球头既要承受转向油缸推拉传递的力，还要实现由坑洼路面反馈到转向系统中的反作用力，在实际使用过程中，拉杆球头极易出现断裂。为避免类似问题发生，经过计算分析，并结合对断裂实物的分析检测发现，经过液压系统的优化，可有效避免转向球头经常断裂的发生。
　　关键词：液压;转向球头;断裂;分析;改进
　　一、概述
　　煤矿巷道辅助运输设备的转向系统，大多采用全液压转向系统，主要是靠全液压转向器提供转向动力油，经过转向油缸的左、右工作油口来推动左、右转向拉杆、转向球头、转向直臂，从而推动前轮转向。
　　煤矿井下巷道坑洼不平、煤泥深，在防爆柴油机无轨胶轮车运行过程中，转向球头既要承受转向油缸推拉传递的力，还要实现由坑洼路面反馈到转向系统中的反作用力，在實际使用过程中，拉杆球头极易出现断裂。为避免类似问题发生，经过计算分析，并结合对断裂实物的分析检测发现，经过液压系统的优化，可有效避免转向球头经常断裂的发生。
　　二、转向球头断裂分析
　　1、转向球头的断裂分析
　　2、装车状态分析：断裂的转向球头实际装车工作时长均不超过100h，断裂位置及状态基本一致;装车中的转向球头无卡死、无干涉、运动顺畅、润滑正常、摆动角度均在设计范围内。
　　3、拉杆球头材质分析：对断裂的转向球头进行材质、金相、拉伸测试、剪切测试、X射线探伤、硬度的分析。最终检测结果显示：抗拉强度为1050MPa，屈服强度942MPa;金相组织发现大量细小裂纹，呈应力开裂特征，边缘组织为马氏体+残余奥氏体，芯部组织为索氏体+残余奥氏体;材料表面硬度为52.1-54.0HRC，芯部硬度为43.5-45.1HRC;化学成分符合20CrMo钢的成分要求。从检测的结果和数据上看，均符合设计要求。
　　经计算，20CrMo材料能够满足正常工况使用，但考虑井下工况恶劣，较快速度过坑洼路面及紧急转向到底时，交变载荷可能超过材料极限，经常性出现时会产生疲劳裂纹，从而可能产生断裂;
　　4、转向力核算：当车辆进行转向时，全液压转向器输出压力油进入转向油缸，使转向油缸实现左右直线运动（见图1），当一侧转向到限位时，液压系统达到溢流压力，溢流压力为16MPa，如果在极限转弯或一直在转大圈时，液压系统会一直保持系统压力为16MPa，此时为液压系统提供的最大转向力F转;转向球头采用20CrMo材质，计算转向球头能够承受的最大横向力：
　　F转=3.14×452×16≈101KN
　　Fb=3.14/202×411/4≈129KN
　　Fb> F转，符合要求
　　5、转向限位分析：转向限位是靠转向桥的限位螺钉进行限位，当转向角达到最大角度时，触碰限位螺钉进行刚性限位，这样整个液压油缸、转向拉杆、转向球头、转向直臂、转向节受最大拉力，处于紧绷状态;频繁达到转向极限碰撞时，可能会出现疲劳极限。
　　三、转向球头的改进
　　1、材质的改进
　　结合井下实际工况，将20CrMo改为40CrMo，表面硬度和芯部硬度均降低3-5度，改善热处理工艺。
　　2、液压系统的改进
　　经长时间、多工况的转向压力监测，工作中最大转向压力为8MPa，只有达到转向极限时才会达到溢流压力。为改善转向球头的受力情况，将转向系统的溢流压力调至10MPa（最高额定工作压力的1.2倍左右）。
　　3、机械结构的限位
　　通过精确计算液压油缸的行程及转向角度，改进液压油缸的结构，使转向达到最大角度时，由转向油缸的活塞和缸体触底进行机械限位，转向拉杆、转向球头、转向直臂、转向节等部件均处于松弛状态，而不再受最大拉力。
　　四、结论
　　上述的改进及优化已经在小批量生产，经在矿区连续使用六个月以上的验证，未出现断裂现象，大大提高使用安全性和车辆的出勤率。目前还在继续技术跟踪中，待得到充分验证后进行大批量生产并定型。