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挖掘机工作装置载荷分析及控制载荷的方法
来源:工程机械与维修  作者:佚名  2017-05-17 09:15:52

    1.载荷分类
    挖掘机作业时,铲斗、斗杆、动劈及机架承受挖掘载荷、制动载荷、附加载荷(操作不当和违章操作载荷)。
    (1)挖掘载荷
    斗齿尖沿着弧线运动,对土壤进行剥离、剪切、挤压,其切线方向力为挖掘力F,其承受的阻力FZ与挖掘力F方向相反,挖掘力F与切削角和切削速度成正比,如图1所示。

    这种挖掘载荷通过铲斗、斗杆、动臂传递至回转平台、回转支承至机架,只要进行挖掘作业就必然产生挖掘载荷,传递路线如图2所示。挖掘载荷会对工作装置销轴、轴套及回转支承造成磨损,并对斗杆、动肾及机架结构件的焊缝产生不同程度应力。

    (2)制动载荷
    挖掘机在耳次作业循环中,铲斗离开地面上、下运动,由于铲斗、斗杆、动臂自身质量加上铲斗内土石方的质是,尤其是斗杆、动臂自上向下运动骤然停止时,必然产生较大惯性冲击载荷。该惯性冲击载荷施加到斗杆、动臂上,会形成较大惯性冲击力,称为制动载荷。显然,频繁的制动,尤其是部分驾驶员习惯于快停造成的紧急制动力,会对斗杆、动臂及整机相关部件造成很大冲击载荷。
    (3)附加载荷
    操作不当载荷挖掘机进行挖掘作业时,铲斗处于挖掘机下方沟槽内,驾驶员视线无法观察到。此时若铲斗初始位置不当,铲斗底板外侧顶在所挖掘的上体上,出现“压土”现象。驾驶员误认为挖掘遇到强大阻力FZ,仍加大油门甚至采用增压方式进行挖掘,就形成因操作不当产生的附加载荷,如图3所示。由此可见,操作不当的附加载荷造成的载荷远大于正常的挖掘载荷。

    违章操作载荷若挖掘现场遇到较大的建筑构件或石头,无法将其铲装全运输车上,有些驾驶员会以快速下落动臂方式,用铲斗撞碎建筑构件或石头,如图4a所示。有些驾驶员拆除建筑物时,会先全收斗杆和全收铲斗,再以快速伸斗杆,用铲斗底部撞击墙体,如图4b所示。

    操作不当的附加载荷及违章操作载荷均属于人为载荷,这2种载荷产生较大冲击力的同时,都会对铲斗、斗杆和动臂造成很大损害。

    2.受力分析
    (1)工作装置受力分析
    我们对挖掘机做铲斗挖掘、斗杆挖掘、铲斗与斗杆复合挖掘、拆墙操作工况进行了受力分析。分析结果表明,无论进行单一动作还是复合动作,铲斗、斗杆、动臂均处于受力状态;各种载荷越大,受力越大,工作装置容易出现甲期损坏、使用寿命缩短现象。
    (2)液压缸受力分析
    挖掘作业时,动作液压缸是实现挖掘的执行元件,而非动作液压缸也必须 “锁死不动”与之配合,才能对土壤实现挖掘。
    动作液压缸受力取决于挖掘阻力的大小,其形成液压力的上限通过系统主溢流阀控制,非动作液压缸无杆腔或有杆腔油液压力则是被动建立,与主溢流阀开启压力无关。动臂、斗杆在某种位置作业时,会使动作液压缸与非动作液压缸内的油液压力存在较大差异。由于挖掘机动臂、斗杆较长,非动作液压缸压力往往远大于动作液压缸油液压力,故该压力要通过安全阀泄压,以控制非动作液压缸油液压力持续升高,避免造成斗杆和动臂过早损坏。

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