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液压挖掘机侧向载荷产生的原因及解决对策
更新时间:2015/2/8 18:51:17

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作者阎子庚为本刊撰写的这篇论文中,对液压挖掘机工作装置侧向载荷产生的原因进行了分析,并提出解决对策。我们将此文的内容发给了一些业内挖掘机专家后,引起了他们的高度关注,并提出了各自的观点和建议。

侧向载荷传递至工作装置相关零部件,可造成零部件损坏或疲劳损伤。且哪个零部件薄弱,哪里就先受损,甚至发生机械事故。侧向载荷伴随着挖掘机整个作业过程,且无法避免。本文针对液压挖掘机工作装置侧向载荷产生的原因进行分析,并提出解决对策。

图1

图1

1. 侧向载荷传递路线

单斗反铲履带式液压挖掘机作业时,其工作装置侧面所承受的垂直载荷,可称之为侧向载荷,如图1所示。侧向载荷传递路线如图2所示。

图2

图2

2.侧向载荷产生的原因

(1)铲斗两侧受力不均

土壤因素

挖掘作业时,若铲斗两侧土壤硬度存在差异,将造成工作装置受到较大侧向冲击载荷,导致回转平台自行轻微转动。如图3a所示。挖掘机挖掘较深沟槽时,若土壤表层松软、深层密度较大,将使铲斗单侧受力越来越大。如图3b所示。

图3

图3

人为因素

施工中常出现一些人为因素产生的侧向载荷。如在公路拓宽施工现场,当路旁的树根无法挖出时,司机操纵挖掘机高速回转,用铲斗撞击树根,将树根撞击松动后再挖掘。此时挖掘机工作装置承受较大的侧向载荷,给挖掘机带来较大损害。如图3c所示。

(2)挖掘机自身载荷不均将挖掘机停在斜坡上,并将铲斗提升起来,只要操纵动臂动作,回转平台在工作装置重力作用下,容易产生自动滑移。如图4a所示。

图4

图4

挖掘机在陡坡上行走(或攀爬无斜梯平板车)时,若操纵工作装置向上坡方向回转,回转平台在工作装置重力作用下,容易产生回转无力甚至停滞现象。如图4b所示。

3.侧向载荷案例

现举出3个案例,说明侧向载荷对挖掘机产生的影响。

(1)动臂根部开裂

1台使用1000h的挖掘机,由于司机经常违规操作,所产生的侧向载荷造成动臂根部开裂。分析开裂部位,未发现母材及加工制造方面的质量缺陷。如图5所示。

图5

图5

(2)回转减速器输出轴断裂

1台某型挖掘机司机操纵挖掘机动臂,采取即挖又撞的方法移除树根。由于树根粗壮,动臂承受较大侧向载荷。在连续不断的撞击下,巨大的侧向载荷反复作用于回转减速器输出轴,最终造成回转减速器输出轴断裂。如图6所示。

图6

图6

(3)挖掘机倾翻

1台小型挖掘机在攀爬1辆无斜梯的运输平板车时,操作人员先将铲斗放在平板车上,再操纵动臂下落将履带一端翘起后向前行走,以将履带搭在平板车尾部。然后操纵动臂起升,使铲斗离开平板车,回转180°后落地。回转时,由于该机在动臂自身质量(侧向载荷)作用下产生了下滑,造成该机倾翻。如图7所示。

图7

图7

3.解决对策

目前解决挖掘机侧向载荷冲击主要有以下2种对策。

(1)降低溢流阀设定压力

将挖掘机回转液压回路中的溢流阀设定的压力值比液压系统主溢流阀设定的压力值低一些,是解决挖掘机侧向载荷冲击的对策之一。以徐工某型号挖掘机为例,将其液压系统主溢流阀溢流压力设定为31.4或34.3MP a(增压型),而将回转溢流阀(7、8)溢流压力设定为25MP a,即可通过回转平台轻微转动,使侧向载荷得到缓冲。如图8所示。但是,回转溢流阀的设定压力不是越小越好,只可适当降低,否则将影响挖掘机正常使用和安全性能。

图8

图8

(2)解除回转制动

为防止侧向载荷损伤工作装置相关零部件,可通过解除回转制动来缓解侧向载荷造成的冲击。图9和图10所示为2种解除回转制动的控制方法。

图9

图9

图9 所示是利用梭阀组实现回转制动器控制。当挖掘机工作装置没有任何动作时,所有先导手柄没有输出压力油, 因此S H油口也没有输出压力油。此时,图8所示回转制动器控制阀组中先导压力油断开,回转制动器处于制动状态。

当操纵任一工作装置动作(行走除外)时,在梭阀组作用下,先导压力油输出至回转制动器S H油口。此时图8所示的先导压力油进入回转制动器,回转制动即被解除。

图10

图10

图10所示是利用主阀阀芯切断先导压力油,将先导泵提供的压力油连接至回转制动器S H油口,以解除回转制动。

该控制方法如下:当不进行任何动作操作时,来自先导泵的压力油穿过各个主阀阀芯中位,直接流回油箱1,S H油口无法建立油压。当操纵除行走之外任意一个阀芯动作时,流回油箱的油路被切断,先导泵油液流向回转制动器SH油口并迅速建立起油压。该压力油推动回转制动器活塞右移,将回转制动解除。

专家点评

何劲松:这篇文章前面讲得都有道理,但最后解决办法的第2点有点牵强。回转制动相当于一个手制动,用于不工作时或单独行走时锁住回转动作,确保上车体不晃动。挖掘作业时,挖掘机回转制动不是依靠回转制动器的弹簧力制动的,而是依靠液压闭锁的制动力制动的。危害大的侧向载荷主要是违章用回转力去完成作业项目,如推大石头或撞击树桩。此时回转制动器的弹簧力还不起作用,回转制动是解除的。那么,解除回转制动的第2种方式与消除侧向载荷有什么关系呢?

张金阳:这篇文章的观点非常典型,很具有代表性。文中讲述的例子在挖掘机实际作业过程中都出现过,只是很少有人将这种事重视起来,在各种培训中也很少以此为重点进行讲解。为防止侧向载荷造成挖掘机减速器、回转机构、动臂、斗杆等部件损伤,很多主机厂家采用了一些方法将回转制动解除。如本文中就是采用典型的梭阀组及主控阀解除回转制动。而像日立、凯斯等则是采用工作装置的压力传感器给主控制器发送信号,再由主控制器控制回转制动电磁阀来解除回转制动。相对来说,采用后者故障率较低,灵敏度也高很多,但成本较高。

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