收获机械道路救援中交通事故的分析及思考

2021-09-17严亚平刘永杰赵文涛

河北农机 2021年9期

严亚平刘永杰赵文涛

1、河北沧州沧州师范学院 2、河北沧州市科技检验鉴定研究所

1 事故简要经过

2019年10月，一辆重型非载货专项作业车牵引着因主皮带断裂失去动力的自走式玉米收获机（以下简称收获机），沿某县级公路自东向西行驶。行进时收获机后轮被托起、前轮（驱动轮）着地（见图1），以时速约40km/h行驶约20分钟后，收获机底部突然飞溅出许多碎片，其中一块碎片碰撞到侧旁顺行的一辆小型客车，造成小型客车前风挡玻璃损坏、副驾驶座上的乘车人死亡的交通事故。

图1 收获机行驶示意图

2 事故发生的原因

收获机的行走机构采用发动机前置前轮驱动形式，前桥总成结构组成见图2（摘自收获机《使用说明书》）。

图2 变速驱动桥总成

事故后的收获机除前桥总成受损外，其余部分完好。通过对变速箱的观察发现：变速箱后方下半部壳体破裂缺损，下侧壳体缺失约1/2，缺口呈不规则形断裂，输入轴总成、输出轴总成裸露可见；输入轴总成脱离原来的安装位置，输入轴的左侧向左后方偏斜、右侧向右前方偏斜，右侧滚柱轴承损坏、解体，轴承内圈可见烧灼痕迹，轴承保持架破裂变形，轴承滚柱散落；变速箱右侧壳体破裂缺损，透盖缺失，输入轴右侧轴颈脱离安装孔空悬。变速箱左侧壳体破裂，下侧缺损，透盖缺失，输入轴左侧轴颈脱离安装孔空悬；变速箱上侧壳体破裂；倒档轴缺失；在变速箱壳体残留的齿轮油内捞出三颗有磕伤痕迹的滚柱；可观察到齿轮轮齿不同程度受损。见图3～4。

图3 变速箱损坏情况

图4 变速箱损坏情况

事故现场收集到的约40余块碎片中，倒档轴与变速箱壳体残片仍为一体，其余残片大小不一。经拼凑，其余残片属于变速箱壳体、行走离合器皮带轮及左侧刹车盘。

综合研判，可知交通事故发生的原因是：变速箱壳体破裂后输入轴总成失去安装定位，脱离正确位置向左前侧偏移，使得安装在输入轴右侧的行走离合器皮带轮与左侧刹车盘接触、碰撞，造成刹车盘碎裂、离合器皮带轮碎裂及其它相邻机构的损坏。碰撞造成碎片高速飞溅，其中一块碎片穿过顺行小型客车的前风挡玻璃击中乘坐人，造成人身伤亡事故。

3 事故成因分析

收获机变速箱总成（见图5）为二轴式齿轮变速箱（手动变速箱），与主减速器、差速器总成共同安装于同一个外壳之内,设有3个前进档和1个倒退档，由两对三个滑动齿轮在变速杆和换档机构作用下完成变速。

图5 变速箱体总成（摘自收获机《使用说明书》）

对于机械设备而言,润滑所具备的一个作用就是有效降低摩擦副温度[1]。手动变速箱采用飞溅式润滑，依靠齿轮的旋转将齿轮油搅动起来并溅到各运动零件的工作表面，为变速箱内部的摩擦副表面提供充分的润滑，同时使摩擦热能够得以有效减少。对于承受轴向载荷的圆柱滚子轴承，由于润滑油还得起到散发掉摩擦热的功能，所以良好的润滑显得特别重要[2]。

采用滑动齿轮换档的变速箱（见图6），输入轴上的各档齿轮均固连在输入轴上。输出轴齿轮为滑动齿轮，与输出轴通过花键相联接，通过齿轮的轴向滑动实现换档。空档时输入轴齿轮与输出轴齿轮轴向错开并不啮合。挂入档位时，输出轴相应的档位齿轮沿轴向滑动，与输入轴齿轮啮合，实现动力传递。当车辆发动机熄火空档滑行时，变速箱的输入轴不旋转，变速箱的输出轴在车轮的带动下旋转，输出轴齿轮随着输出轴旋转。

图6 空档位置的滑动齿轮变速箱原理图

收获机被牵引时没有动力输入，但传动系统依然连接，输出轴随同车轮旋转，带动输出轴齿轮转动，虽然能够将齿轮油搅动起来，但因收获机被牵引时变速箱后高前低，齿轮油流向前方（差速器方向），齿轮油液平面高度发生变化，溅起的齿轮油量减少，润滑状况变差，会导致运动零件工作表面的异常磨损及损坏。

如果被牵引时挂空档，动力传递路线为：前轮—边减机构—半轴—差速器—减速器—输出轴，输出轴带动从动齿轮旋转，因齿轮组处于不啮合状态，输入轴不旋转，此时发生异常磨损及损坏的部位应该在输出轴总成的轴承处。如果被牵引时挂档，此时动力进行逆向传递，路线为：前轮—边减机构—半轴—差速器—减速器—变速箱输出轴—变速箱输入轴，因有齿轮组啮合，输入轴旋转，此时变速箱内部的各运动零件的工作表面均会发生不同程度的异常磨损及损坏。

事故现场收集到的碎片中，倒档轴与变速箱壳体残片仍为一体，倒档轴轴颈与壳体孔之间可见烧蚀、粘连痕迹，输入轴右侧滚柱轴承损坏解体，1档和倒档滑动齿轮轮齿受损严重，据此可判断收获机被牵引时是倒档行驶，动力传递路线为：前轮—边减机构—半轴—差速器—减速器—变速箱输出轴—1档和倒档滑动齿轮—惰轮—倒档轴—输入轴右侧齿轮—输入轴。

收获机《使用说明书》中关于行走速度的规定为：倒退档3.62-8.03km/h。牵引时收获机以约40km/h时速行驶，5倍于倒退档的最高额定速度。

由此推断收获机牵引时变速箱内部润滑状况如下：①变速箱后高前低，齿轮油液平面高度发生变化，溅起的齿轮油量减少；②超速行驶，低档高转速产生高温，使得齿轮油粘度降低，不容易形成油膜；③啮合齿轮副、轴与轴承等运动部件，以超出额定值约5倍的速度旋转而产生的大量的摩擦热，因溅起的齿轮油量减少摩擦热得不到发散，变速箱工作温度升高；④牵引时位于较高位置的输入轴、倒档轴无法得到激溅的齿轮油，运动零件的工作表面基本处于干摩擦状态。以上因素造成输入轴与滚柱轴承之间、倒档轴轴颈与变速箱壳体安装孔之间由于润滑不良而过热、烧蚀，轴承元件(滚珠、保持架、内圈及外圈)产生烧蚀、脱落、破裂，倒档轴轴颈与壳体孔之间烧蚀、粘连，直到长距离超速行驶下零件工作表面粘连的输入轴滚柱轴承破裂过程中产生的破坏力造成变速箱壳体破损。