拖拉机转向节断裂原因浅析

宣兆海

【摘 要】本文就拖拉机转向节断裂的原因进行分析，认为其主要原因来源于操作不当、设计不合理、铸造缺陷以及材料强度不够等造成转向节断裂事故。

【关键词】拖拉机；转向节；断裂；原因

[Abstract] This paper analyzes the causes of the tractor steering knuckle fracture， don't think the main reason is derived from the improper operation， design reasonable， the casting defects and material strength is not enough causes which steering knuckle fracture accidents.

[Key words] tractor； knuckle； breakage； reasons

近年来，轮式拖拉机转向节（以下简称转向节）断裂事故屡有发生，带来的后果往往是灾难性的，不是车毁就是人亡，给用户带来了巨大的人身伤害和财产损失。转向节断裂的原因很多，很难用一种简单的模式去进行分析，必须进行断裂分析，只有通过这种综合性的分析才能确定造成转向节断裂的原因。我们认为其主要原因来源于操作不当、设计不合理、铸造缺陷以及材料强度不够等造成转向节断裂事故。

1 操作不当

我们在几例转向节断裂分析工作中发现，这些断口附近都有明显的塑性变形，断件拼合后，密合程度差。对断口进行仔细观察，通过金相、化学分析和机械性能检验，让人出乎意料的是转向节未发现任何瑕疵，这就排除了转向节本身产品质量存在问题而导致断裂的可能。通过进一步现场调查取证，我们了解到，转向节断裂时，拖拉机不是在凸凹不平的路面上快速行驶时突然断裂；就是在过横垄地、田埂时行驶速度过快产生断裂；有的是在快速行驶过程中，突然发生交通事故，把转向节当场撞断。通过我们综合分析，断定其断裂原因只有一种可能性，即：转向节所承受的冲击力超过了材料的屈服强度，使转向节产生了显著的塑性变形，瞬间冲击力的进一步增大，最终导致转向节塑性断裂。

2 设计不合理

2004年的一例断裂的小四轮拖拉机转向节事例显示该转向节是在前轮轴的内轴承颈过度圆角处齐根断裂。对断口处作仔细观察，其断口宏观外貌较平直，没有发生肉眼可见的塑性变形。断口处不存在气孔、疏松、夹杂等缺陷，但通过金相分析，断口周边（即过度圆角处）发现了疲劳裂纹。在排除了其它因素导致转向节断裂的可能性后，我们发现，这个部位的圆角过分尖锐，因此，我们对该转向节的其它部位的过度圆角（与断裂位置的加工方法相同）进行检测，结果发现，不仅过度圆角半径设计值要求的过小，而且实测值还远小于设计值。这就造成了转向节过度圆角处应力过于集中，在使用中难免会产生疲劳裂纹。这些不利因素都大大降低了材料的强度，而长期行驶过程中，在连续较大的交变冲击力作用下，必然会导致转向节脆性断裂。

3 材料强度不够

转向节在拖拉机工作中承载着各种动态的载荷和复合的应力，例如：拖拉机自重产生的弯曲力及剪切力、转向臂产生的扭力、转向时产生的拉力及摩擦力、行驶时产生的冲击力等。转向节特有的工作条件，就对其材料的综合力学性能有了很高的要求，行业标准JB/T5182规定，要采用高强度、高韧性和具有良好耐磨性能（高硬度）的合金结构钢或碳素结构钢制造。而在断裂实例中，我们居然发现以次充好、以铁代钢的现象。设计要求的抗拉强度在735MPa以上；硬度在HB241～331的范围内。若是灰铸铁的机械性能根本达不到转向节技术要求的机械性能，远远低于合金结构钢和碳素结构钢的综合性能，强度低、塑性差，脆性较大。而长期受到较大的动态冲击力时，就导致了转向节在最薄弱的部位（应力集中处）产生了脆性断裂（即疲劳断裂）。

4 铸造缺陷

4.1 气孔、疏松、缩孔等缺陷引起的转向节断裂

在所有的断裂案例中，因这种缺陷导致转向节断裂的例子比较多。在这些断口外观，我们直接发现了气孔、疏松及缩孔等。该缺陷需要综合检验分析材料的金相组织、化学成分、机械性能等各项指标是否符合技术要求。

4.2 夹杂物引起的转向节断裂

在外力作用下，硫化物就与其周围金属基体的界面产生开裂，形成疲劳裂纹，长期受到动态冲击力时，就加快了裂纹的扩展，直至断裂。

其实，导致转向节断裂的原因很多，还需我们不断地研究，通过断裂分析，积累经验，找出造成转向节断裂的原因及影响因素，确定要改进的问题，提高产品质量，以防重大事故的重复发生，减少经济损失。