LH514E電動鏟運機大臂油缸斷軸分析

鄭 軍，張 雨

（1.攀鋼集團礦業公司興茂公司生產科，四川攀枝花 617000；2.攀鋼集團礦業公司攀枝花鐵礦尖山生產作業區，四川攀枝花 617025）

0 引言

攀枝花鐵礦2011年從露天開采轉入地下開采，引進3臺山特維克LH514E電動鏟運機作為主要出礦設備。該型鏟運機額定載重量為14 t。該設備作業效率高，操作方便，非常適合井下作業環境。該設備近期相繼發生2起大臂油缸斷軸事故，對正常生產造成很大影響。

1 舉升機構

舉升機構液壓系統如圖1所示，變量泵（P3211）將液壓油輸送給液壓控制的鏟斗主閥（V2201），最大液壓油壓力為29.5 MPa（295 bar）。鏟斗的液壓先導壓力用比例伺服閥控制，而比例伺服閥由駕駛室內右側的控制搖桿通過車輛控制和管理（Vehicle Control and Management，VCM） 控 制 。VCM系統處理輸入和安全條件，當安全時，VCM控制比例伺服閥打開，讓先導壓力進入主閥閥芯端，液壓油壓力經鏟斗主閥被導向大臂油缸和鏟斗油缸。

圖1 舉升機構液壓系統

2 故障現象及判斷

在一次作業中發現大臂油缸回收過程中油缸落到底后自動上升，同時抖動異常劇烈，更換鏟斗主閥后故障依舊，拆卸油缸和大臂鉸接軸，對油缸單獨動作發現一根油缸正常，另一根油缸回收后自動伸出，松開無桿腔油管接頭后發現無桿腔無液壓油流出但活塞桿仍伸出，由此判斷大臂油缸損壞。將油缸解體后發現活塞桿斷裂（圖2）。

圖2 活塞桿斷裂

3 強度校核

鏟運機大臂油缸活塞桿由于工作中承受較大的交變應力，運動頻率高，要求活塞桿必須要有足夠的強度。大臂油缸受力如圖3所示。

圖3 大臂油缸受力圖

對鏟斗位于最高位置時活塞桿強度進行校核，F≤Fk/Sk，其中，F為活塞桿所受軸向力，Fk為活塞桿彎曲失穩臨界壓縮力，Sk為安全系數，通常 Sk取 3.5～6。

（1）臨界壓縮力計算。

式中E——活塞桿材料彈性模量

I——活塞桿截面的慣性矩

K——液壓缸安裝末端系數，兩端鉸接取K=1

K1——考慮活塞桿材料缺陷和截面不均勻的系數K1=0.85～1，取 K1=1。

LB——油缸最大長度，mm

已知，LB=2242 mm，E=206 GPa，d=90 mm，D=160 mm，慣性矩。

（2）活塞桿受軸向力計算（雙油缸）。2×F×r=G1×R+G2×L，其中，G1為鏟斗及礦石重量，G2為大臂自重。已知，G1=140 000+39 500=179 500 N，G2=21 000 N，r=400 mm，R=2355 mm，L=1100 mm。經計算，F=557 278 N，Sk=Fk/F=2.33。通過上述分析計算，該油缸設計安全系數低是油缸斷軸的主要原因。

4 設備使用及維護注意事項

（1）鏟運機作業時動作要求柔和平順，避免粗暴操作，盡量避免經常將鏟斗滿載舉升到較高位置。同時作業路面要求平整，不能有較大的起伏，否則必然產生沖擊負荷，長期作業時一方面會加快鏟運機機械結構的早期磨損，另一方面又使液壓系統中產生沖擊壓力，損壞液壓元件。

（2）鏟運機安裝有鏟斗限位器及緩沖裝置，緩沖裝置損壞未及時更換，更換鏟斗時未及時對限位器進行調整或調整不當都會影響大臂油缸的使用壽命。