6 t挖掘機與快換裝置的匹配研究

□ 李 景 □ 程星星

廣西柳工機械股份有限公司 廣西柳州 545007

1 研究背景

近年來,我國小型挖掘機市場發展速度較快,是帶動我國工程機械行業,特別是挖掘機行業發展的重要力量。6 t挖掘機以小巧、靈活、多功能、高效等優勢,日益成為土方工程應用的理想設備。6 t挖掘機適用于農業種植、園林綠化、果園挖溝施肥、小型土方工程、市政工程、路面修復、混凝土破碎、電纜埋設、管道鋪設、河道疏通等方面,其功能包括鉆土、開溝、夯實、抓運、松土、滾壓、篩分、掘進、破碎、切削等十余種[1]。為適應多功能作業需求,施工中需要頻繁更換工作裝置。傳統方法雖然可以實現工作裝置的更換,但是要耗費大量人力,而且容易造成銷軸表面污染,縮短銷軸的使用壽命[2]。應用快換裝置,可以使挖掘機快速更換各種屬具,實現一機多用和一機多能,大大提高了挖掘機的使用價值及產品附加值,同時也減少了屬具的吊裝拆卸時間,提高了工作效率,節約了人力資源[3]。

由以上介紹可見,挖掘機與快換裝置的有效匹配是實現挖掘機多功能應用的關鍵,筆者對6 t挖掘機與快換裝置的匹配進行研究。

2 挖掘力計算

挖掘力是反映挖掘機作業性能的最關鍵參數之一,安裝快換裝置后,鏟斗挖掘力及斗桿挖掘力會發生變化,將影響挖掘機的整機性能[4-7]。以下對安裝快換裝置前后6 t挖掘機的最大鏟斗挖掘力和最大斗桿挖掘力進行計算。

2.1 最大鏟斗挖掘力

鏟斗挖掘力計算示意圖如圖1所示。

▲圖1 鏟斗挖掘力計算示意圖

鏟斗油缸推力Fb為:

(1)

式中:D1為鏟斗油缸直徑;P為液壓系統最大工作壓力。

根據圖1,計算安裝快換裝置后挖掘機的最大鏟斗挖掘力W1f為:

(2)

而未安裝快換裝置時挖掘機的最大鏟斗挖掘力W1s為:

(3)

某6 t挖掘機安裝快換裝置后,L為974.26 mm,I為771.39 mm,將數值代入式(2)、式(3),計算得到安裝快換裝置后,該6 t挖掘機的最大鏟斗挖掘力減小了20.82%。

2.2 最大斗桿挖掘力

斗桿挖掘力計算示意圖如圖2所示。

▲圖2 斗桿挖掘力計算示意圖

斗桿油缸推力Fa為:

(4)

式中:D2為斗桿油缸直徑。

根據圖2,計算安裝快換裝置后挖掘機的最大斗桿挖掘力W2f為:

W2f=FaR5/R6

(5)

而未安裝快換裝置時挖掘機的最大斗桿挖掘力W2s為:

W2s=FaR5/r6

(6)

某6 t挖掘機安裝快換裝置后,r6為2 546.04 mm,R6為2 297.85 mm,將數值代入式(5)、式(6),計算得到安裝快換裝置后該6 t挖掘機的最大斗桿挖掘力減小了9.75%。

3 挖掘力測試

采用圖3、圖4所示方法對6 t挖掘機的鏟斗挖掘力和斗桿挖掘力進行測試[8],測得安裝快換裝置后挖掘機的最大鏟斗挖掘力為32 400 N,最大斗桿挖掘力為28 500 N,而未安裝快換裝置時,挖掘機的最大鏟斗挖掘力為41 000 N,最大斗桿挖掘力為31 000 N,安裝快換裝置后最大鏟斗挖掘力和最大斗桿挖掘力的減小幅度與理論計算結果較為吻合。

▲圖3 最大鏟斗挖掘力測試示意圖▲圖4 最大斗桿挖掘力測試示意圖

從理論計算及測試結果可以看出,安裝快換裝置后,6 t挖掘機最大鏟斗挖掘力的減小幅度為20%左右,最大斗桿挖掘力的減小幅度為10%左右。挖掘力減小可能導致挖掘機無法進行正常挖掘作業,為了使挖掘機能夠滿足作業要求,需要減小鏟斗挖掘阻力。鏟斗挖掘阻力與鏟斗切削半徑及主刀板寬度相關,減小這兩個參數,可以使鏟斗挖掘阻力減小。由此可見,挖掘機在安裝快換裝置時,需要設計與快換裝置相匹配的專用鏟斗,進而配套使用。

4 強度校核

挖掘機在工作時,工作載荷在鏟斗上的分布不均勻。在少數作業中,甚至會出現單齒挖掘的極端情況。因此,在強度分析時,選擇最大挖掘阻力作用于鏟斗的邊齒處[9]。強度分析時,載荷與約束加載如圖5所示,E點為最大挖掘阻力加載點,A、B、C、D點為約束點。通過軟件分析快換裝置的靜力學強度,按各板材屈服極限的80%進行評估,快換裝置的強度分析結果如圖6所示。

▲圖5 強度分析載荷與約束加載▲圖6 快換裝置強度分析結果

5 安裝匹配性校核

快換裝置匹配尺寸如圖7所示,圖中各尺寸需與挖掘機斗桿尺寸、鏟斗尺寸相匹配,以確保快換裝置能夠正確安裝,同時在相關位置留有適當間隙。

▲圖7 快換裝置匹配尺寸

安裝過程中,要確認快換裝置的卡扣在行程范圍內不與鏟斗槽板產生干涉,并保證尺寸Y不小于15 mm,如圖8所示。

▲圖8 快換裝置與鏟斗槽板干涉檢查

裝配完成后,確認在鏟斗工作范圍內快換裝置與連桿、搖桿、黃油護板、斗桿、鏟斗之間，以及鏟斗與斗桿之間均不發生干涉[10-11],如圖9所示。

▲圖9 快換裝置與各部件干涉檢查

對于快換裝置工作壓力的匹配問題,當6 t挖掘機整機快換管道壓力小于16 MPa時,可選用低壓快換裝置;當6 t挖掘機整機快換管道壓力大于16 MPa時,需要選用高壓快換裝置。

6 結束語

挖掘機作為一種多功能工程機械,在施工過程中可以通過換裝各種工作屬具以滿足不同的作業需求。科學合理地對挖掘機與快換裝置進行匹配,可以有效提高作業效率,節約人力資源。筆者對6 t挖掘機與快換裝置的匹配問題進行了研究,在充分考慮安全性和可靠性的前提下,提高了6 t挖掘機的作業效率。