一種新型液壓挖掘機自裝卸配重系統

李 培，石子貢，賓旭洲，何 旺，李 健

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 前言

液壓挖掘機作為使用最為廣泛的工程機型設備，經常需要借助于拖車在不同的作業地區輾轉。2016年，我國頒布《GB1589-2016汽車、掛車及汽車列車外廊尺寸、軸荷及質量限制值》國家標準，其中對拖車運載的重量做了嚴格的限制。該法規實施后，大型液壓挖掘機將不能再以整機的形式進行運輸。在國際市場，特別是成熟的歐美市場，租賃業務非常發達，液壓挖掘機轉運也非常頻繁，大多數國家、地區的道路運輸法規比國內更為嚴格。由于大型液壓挖掘機的運輸受到了國內、國際道路法律法規的限制，大型液壓挖掘機需要進行分拆運輸，其中挖掘機配重的占比往往超過整機重量的20%，其自身結構簡單，與其連接的零部件也較少，拆裝配重基本上不會對整機性能造成不良影響。因此，分拆配重進行單獨運輸，成為大型液壓挖掘機首先運輸方案。該課題研發了一種新型自裝卸配重系統設計方案，在不借助于大型起重設備的情況下，實現了配重快速拆卸與吊裝裝作業。

1 系統總體結構

該系統結構主要由機械構件部分和液壓傳動部分構成。支承座總成、主臂、副臂構成了機械構件部分的主體結構；液壓控制部分主要由挖掘機主泵、先導泵、換向閥組、主臂油缸、副臂油缸等元件組成。機械構件部分和液壓傳動部分通過主臂油缸和副臂油缸連接起來。挖掘機主泵利用發動機提供動力，分別向主臂油缸和副臂油缸的大、小腔提供動力油，通過操作換向閥組實現液壓油缸往復運動，以此帶動主臂和副臂分別繞某一鉸點轉動，實現配重的拆卸與吊裝功能。

2 自裝卸配重機構原理

如圖1、圖2所示：挖掘機車架（5）尾部增加了支承座總成（6），支承座總成（6）的E點鉸接安裝主臂（8）和 副臂油缸（4），主臂（8）與副臂（7）鉸接連接，副臂油缸（4）的桿頭端與副臂（7）鉸接連接，這樣，主臂（8）、副臂（7）和副臂油缸（4）三個機構組成一個三角形，控制副臂油缸（4）的伸縮，可以使配重吊裝點沿著軌跡 B（如圖 2）運動，實現配重（2）在車架（5）上的舉升和下降操作[1]。支承座總成（6）的E點安裝有主臂油缸（3）和，主臂油缸（3）由兩根同步油缸組成，兩根主臂油缸（3）的桿頭端通過鉸接的形式安裝在主臂（8）上，主臂（8）另一端鉸接安裝在與車架連接的支承座總成（6）上。這樣主臂（8）與主臂油缸（3）及支座總成（6）形成一個三角形。可通過調節主臂油缸（3）油缸伸縮，實現三角形機構油缸與連接板連接點繞著支承座總成（6）上連接板安裝點旋轉，從而實現 配重（2）到達軌跡C即軌跡D點運動[2-3]。

圖1 自裝卸配重系統結構圖

3 自裝卸配重液壓系統原理

圖2 自裝卸配重結構原理圖

圖3 所示：挖掘機在操作配重模式時，整機控制器（10）使電磁閥組（4）A4得電，電磁閥 A4換向，先導泵（2）液壓油通過先導閥塊（5），在通過電磁閥A4閥芯，接入主控閥（3）油口Pcb，使回油截斷閥Cut閥換向，截斷主泵（1）的回油，主泵油液通過主溢流閥Main建立壓力，最高可達30 MPa[4]。打開安全作用的截止閥（6），油液流入手動換向閥組（7），操作換向閥組（7）的換向閥1，可以控制副臂油缸（7）進油，實現副臂油缸（7）的往復運動。同樣，操作換向閥組（7）的換向閥2，可以控制主臂油缸（8）進油，實現主臂油缸（8）的往復運動。同時，為安全起見，在配重操作過程中避免其他動作的誤操作，控制器將截斷電磁閥組（4）電磁閥A1，使先導液壓系統截斷進油，避免誤操作[5]。

圖3 自裝卸配重系統液壓系統原理圖

4 驗證方案

4.1 操作要點

圖4為該自卸配重系統的吊裝作業展示圖，該系統主要通過換向閥組來實現配重拆卸和吊裝，換向閥組位于圖示整機的右后門，近配重安裝處，換向閥組的操作示意圖如圖5所示，具體操作說明如下。

圖4 實際操作展示

圖5 操作示意圖

4.1.1 將配重從車架拆卸至地面

（1）將操作桿B撥至右邊，副臂油缸逐漸伸出，配重將從車架上緩慢提起，直至副臂油缸達到全伸狀態，然后將操作桿B撥回中位。

（2）將操作桿A撥至左邊，2個主臂油缸逐漸縮回，配重將逐漸下降，直至配重降至地面或主臂油缸達到全縮狀態時，然后將操作桿A撥回中位。完成將配重從車架拆卸至地面的操作。

4.1.2 將配重從地面吊裝至車架

（1）將操作桿A撥至右邊，2個主臂油缸逐漸伸出，配重將從地面逐漸提起，直至主臂油缸達到全伸狀態，然后將操作桿A撥回中位。

（2）將操作桿B撥至左邊，副臂油缸逐漸縮回，配重將緩慢下降，直至配重降至車架上或副臂油缸達到全縮狀態時，然后將操作桿B撥回中位。完成將配重從地面吊裝至車架的操作。

4.2 測試要求

測試配重液壓系統拆卸與吊裝的時間，其要求如表1。

表1 作業時間實測結果及要求

4.3 設計驗算

當發動機轉速為800 r/min時，主泵最小流量為Qmin=21.1 L/min，各作業時間計算過程如下[6]：

從車架拆卸至地面T1=t3+t2

從地面吊裝至車架T2=t1+t4

注：油缸內徑 D=160 mm

油缸行程 L=415 mm

油缸桿徑 d=90 mm

油缸大腔容積 △V1

油缸小腔容積 △V2

通過以上計算，各作業動作理論時間如表2所示。

表2 理論計算結果

5 結論

通過對大型液壓挖掘機運輸需求的研究，研發了一種新型自裝卸配重系統，該系統可在不借助于大型起重設備的情況下，利用液壓挖掘機自身的動力，實現挖掘機配重的拆卸與吊裝作業。該自裝卸配重系統僅通過換向閥組兩個操作桿之間相互配合就能完成拆卸和吊裝作業。從車架拆卸至地面和從地面吊裝至車架的作業時間約為60 s，實現快速配重的拆卸與吊裝作業，滿足設計需求和市場需求。