1.故障現象
1臺使用3了個月的ZL50C型裝載機，在毫無前兆的情況下，其雙變濾油器上的內六角螺栓突然斷裂。該裝載機雙變濾油器主要由濾芯和殼體組成，其中殼體包括上蓋和筒體，均為鑄鋁材質。上蓋和筒體通過4個8.8級內六角螺栓組裝在一起，如圖1所示。 維修人員反映，該型裝載機在惡劣工況作業時，出現過多起雙變濾油器內六角螺栓斷裂現象，造成上蓋與筒體分離、變矩器油外溢，導致裝載機無法繼續使用。
2.原因分析
拆解雙變濾油器后發現其筒體完好，上蓋出現損壞。斷口表面基本平直，與螺栓軸線垂直，斷口無明顯塑性變形，斷裂螺栓的2個斷口可以上、下吻合，說明螺栓硬度較高。螺栓的斷口形狀如圖2所示。 (1)分析螺栓斷口
螺栓正確安裝后，其螺紋連接處的第1扣大約承受25%的總載荷，第2扣承受19%的總載荷，因此60%~65%螺栓斷裂均位于螺紋連接處第1扣的根部。該雙變濾油器螺栓的斷裂就是發生在第1扣螺紋根部，由此可知螺栓第1扣螺紋位置確實承受了較大的載荷，載荷過大是引起螺栓斷裂的主要原因。
(2)分析螺栓斷裂面
我們從螺栓的斷裂面發現，該斷裂面形成的區域非常明顯，可清楚看到疲勞裂紋源、疲勞擴展區和脆性斷裂區。據此分析認為，螺栓長期承受預緊力和雙變濾油器內油液脈動沖擊的交變載荷，首先在疲勞裂紋源處產生裂紋，并向疲勞斷裂區延伸。當剩余部分不足以承擔預緊力及交變載荷時，Z終導致螺栓發生斷裂。螺栓的斷裂面如圖3所示。 (3)確定斷裂原因
以上分析，雖然可以確定螺栓是由于疲勞斷裂引起，但是不能確切得出引起疲勞斷裂的原因。我們檢查了多個螺栓斷裂的雙變濾油器，對螺栓斷裂面研究后發現，不論哪個位置的螺栓斷裂，螺栓斷裂的疲勞裂紋源總是位于筒體近心端，疲勞擴展區、脆性斷裂區總是位于筒體遠心端。由此可推斷，所有螺栓均承受圖4中箭頭方向的彎矩，且該彎矩為交變載荷，容易造成螺栓斷裂。 螺栓承受彎矩的原因是雙變濾油器上蓋剛度不足，在裝載機工作過程中，因持續的油液脈動沖擊，引起上蓋周期性變形，導致上蓋中心處產生持續的凸起、恢復、凸起交替變形，使螺栓承受持續、交變的彎曲載荷，進而在應力集中區域產生初始的疲勞裂紋源，并逐漸擴展增大，Z終發生脆性斷裂。
3.改進方法
由以上分析可知，單純增加螺栓直徑、提高其強度等級，并不能從根本上杜絕螺栓疲勞斷裂的產生。為此我們將雙變濾油器上蓋的厚度增加了2mm，以提高上蓋的剛度、減小其在工作時的變形量、避免螺栓承受彎曲載荷。上述改進解決了雙變濾油器內六角螺栓疲勞斷裂問題。