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液壓挖掘機側向載荷產生的原因及解決對策

編者按: 作者閻子庚為本刊撰寫的這篇論文中,對液壓挖掘機工作裝置側向載荷產生的原因進行了分析,并提出解決對策。我們將此文的內容發給了一些業內挖掘機專家后,引起了他們的高度關注,并提出了各自的觀點和建議。

側向載荷傳遞至工作裝置相關零部件,可造成零部件損壞或疲勞損傷。且哪個零部件薄弱,哪里就先受損,甚至發生機械事故。側向載荷伴隨著挖掘機整個作業過程,且無法避免。本文針對液壓挖掘機工作裝置側向載荷產生的原因進行分析,并提出解決對策。


1. 側向載荷傳遞路線

單斗反鏟履帶式液壓挖掘機作業時,其工作裝置側面所承受的垂直載荷,可稱之為側向載荷,如圖1所示。側向載荷傳遞路線如圖2所示。

2.側向載荷產生的原因

(1)鏟斗兩側受力不均

土壤因素

挖掘作業時,若鏟斗兩側土壤硬度存在差異,將造成工作裝置受到較大側向沖擊載荷,導致回轉平臺自行輕微轉動。如圖3a所示。挖掘機挖掘較深溝槽時,若土壤表層松軟、深層密度較大,將使鏟斗單側受力越來越大。如圖3b所示。

人為因素

施工中常出現一些人為因素產生的側向載荷。如在公路拓寬施工現場,當路旁的樹根無法挖出時,司機操縱挖掘機高速回轉,用鏟斗撞擊樹根,將樹根撞擊松動后再挖掘。此時挖掘機工作裝置承受較大的側向載荷,給挖掘機帶來較大損害。如圖3c所示。

(2)挖掘機自身載荷不均將挖掘機停在斜坡上,并將鏟斗提升起來,只要操縱動臂動作,回轉平臺在工作裝置重力作用下,容易產生自動滑移。如圖4a所示。

挖掘機在陡坡上行走(或攀爬無斜梯平板車)時,若操縱工作裝置向上坡方向回轉,回轉平臺在工作裝置重力作用下,容易產生回轉無力甚至停滯現象。如圖4b所示。

3.側向載荷案例

現舉出3個案例,說明側向載荷對挖掘機產生的影響。

(1)動臂根部開裂

1臺使用1000h的挖掘機,由于司機經常違規操作,所產生的側向載荷造成動臂根部開裂。分析開裂部位,未發現母材及加工制造方面的質量缺陷。如圖5所示。

(2)回轉減速器輸出軸斷裂

1臺某型挖掘機司機操縱挖掘機動臂,采取即挖又撞的方法移除樹根。由于樹根粗壯,動臂承受較大側向載荷。在連續不斷的撞擊下,巨大的側向載荷反復作用于回轉減速器輸出軸,最終造成回轉減速器輸出軸斷裂。如圖6所示。

(3)挖掘機傾翻

1臺小型挖掘機在攀爬1輛無斜梯的運輸平板車時,操作人員先將鏟斗放在平板車上,再操縱動臂下落將履帶一端翹起后向前行走,以將履帶搭在平板車尾部。然后操縱動臂起升,使鏟斗離開平板車,回轉180°后落地。回轉時,由于該機在動臂自身質量(側向載荷)作用下產生了下滑,造成該機傾翻。如圖7所示。

3.解決對策

目前解決挖掘機側向載荷沖擊主要有以下2種對策。

(1)降低溢流閥設定壓力

將挖掘機回轉液壓回路中的溢流閥設定的壓力值比液壓系統主溢流閥設定的壓力值低一些,是解決挖掘機側向載荷沖擊的對策之一。以徐工某型號挖掘機為例,將其液壓系統主溢流閥溢流壓力設定為31.4或34.3MP a(增壓型),而將回轉溢流閥(7、8)溢流壓力設定為25MP a,即可通過回轉平臺輕微轉動,使側向載荷得到緩沖。如圖8所示。但是,回轉溢流閥的設定壓力不是越小越好,只可適當降低,否則將影響挖掘機正常使用和安全性能。

圖8


(2)解除回轉制動

為防止側向載荷損傷工作裝置相關零部件,可通過解除回轉制動來緩解側向載荷造成的沖擊。圖9和圖10所示為2種解除回轉制動的控制方法。


圖9 所示是利用梭閥組實現回轉制動器控制。當挖掘機工作裝置沒有任何動作時,所有先導手柄沒有輸出壓力油,  因此S H油口也沒有輸出壓力油。此時,圖8所示回轉制動器控制閥組中先導壓力油斷開,回轉制動器處于制動狀態。

當操縱任一工作裝置動作(行走除外)時,在梭閥組作用下,先導壓力油輸出至回轉制動器S H油口。此時圖8所示的先導壓力油進入回轉制動器,回轉制動即被解除。

圖10所示是利用主閥閥芯切斷先導壓力油,將先導泵提供的壓力油連接至回轉制動器S H油口,以解除回轉制動。

該控制方法如下:當不進行任何動作操作時,來自先導泵的壓力油穿過各個主閥閥芯中位,直接流回油箱1,S H油口無法建立油壓。當操縱除行走之外任意一個閥芯動作時,流回油箱的油路被切斷,先導泵油液流向回轉制動器SH油口并迅速建立起油壓。該壓力油推動回轉制動器活塞右移,將回轉制動解除。


專家點評

何勁松:這篇文章前面講得都有道理,但最后解決辦法的第2點有點牽強。回轉制動相當于一個手制動,用于不工作時或單獨行走時鎖住回轉動作,確保上車體不晃動。挖掘作業時,挖掘機回轉制動不是依靠回轉制動器的彈簧力制動的,而是依靠液壓閉鎖的制動力制動的。危害大的側向載荷主要是違章用回轉力去完成作業項目,如推大石頭或撞擊樹樁。此時回轉制動器的彈簧力還不起作用,回轉制動是解除的。那么,解除回轉制動的第2種方式與消除側向載荷有什么關系呢?

張金陽:這篇文章的觀點非常典型,很具有代表性。文中講述的例子在挖掘機實際作業過程中都出現過,只是很少有人將這種事重視起來,在各種培訓中也很少以此為重點進行講解。為防止側向載荷造成挖掘機減速器、回轉機構、動臂、斗桿等部件損傷,很多主機廠家采用了一些方法將回轉制動解除。如本文中就是采用典型的梭閥組及主控閥解除回轉制動。而像日立、凱斯等則是采用工作裝置的壓力傳感器給主控制器發送信號,再由主控制器控制回轉制動電磁閥來解除回轉制動。相對來說,采用后者故障率較低,靈敏度也高很多,但成本較高。

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