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液压挖掘机工作装置型式试验强度测试 傅顶和 福建省特种设备监督检验所 摘要 为进行液压挖掘机型式试验中的强度试验， 对挖掘机工作装置进行静态与动态应变测试。根据箱形 断面在各种外力作用下的应力分布特点， 在动臂、 斗杆等应力集中的位置布置 1 4 个测点 ， 采集铲斗斗齿挖掘受阻 时各测点的静态应变时域信号和空载下降冲击、 满载铲斗最快速度下降止动、 满载铲斗最快速度上升止动过程中 各测点的动态应变时域信号， 在进行时域特征分析后得到各测点的应变数据， 计算工作装置的安全系数， 并判定安 全系数是否符合相关规定。 石 鬯 寄 e 穹 e e e ；＼ _ 、 ；＼ 啸 _’ 、 ‘ ‘矗 ＼ 啸 啸‘ ， ＼ 关键词 液压挖掘机 ； 型式试验； 应变测试 ； 安全系数 工作装置是液压挖掘机的主要 和关 键部件之 一 ，在实际作业中， 由于物料的不确定性 ， 经常出现 偏载、 横向载荷及冲击振动等危险工况 ， 工作装置 被破坏现象时有发生。工作装置被破坏会严重影响 机器本身及人员的安全 ， 所以在型式试验中， 必须 对挖掘机的工作装置进行不同工况下的强度试验 ， 计算出工作装置的安全系数， 并判定安全系数是否 符合相关规定。 1 测点的布置 液压挖掘机工作装置是由钢板构成的箱形结 构， 通常承受拉 压 、 弯、 扭等几种外力， 结构断面 的应力分布十分复杂， 通常在断面角点沿构件的棱 线方向布置应变片测量其正应力。图 1 为箱形断面 在各种外力作用下的正应力分布图。 图 1中 a 为正 应力 的分布图， b 和 c 分别为垂直弯曲和水平 弯曲正应力 和 ‰ 的分布图， d 为约束扭转所 产生的扇形正应力 分布图。由于断面为轴对称， 各应力成分在4个角点处各 自相等， 且组合正应力 分布沿断面轴线成线性， 因此测得角点处正应力就 可得到断面上正应力分布图。 箱形断面在各种外力作用下的正应力分布图 图 1 箱形断面在各种外力作用下的正应力分布 可以为正确地布置测点提供帮助， 型式试验中， 在动 臂、 斗杆两部件上共布置 1 4 个测点。图 2 为某型液 压挖掘机型式试验现场测点布置简图。 2 工况选择 分析表明，危险断面最大应力发生在铲斗挖掘 受阻的工况下，位置按以下条件确定 1 动臂位于 动臂液压缸作用力臂最大处； 2 斗杆位于斗杆液压 缸作用力臂最大处； 3 铲斗位于发挥最大挖掘力位 置。如图 3所示 。 作者简介 傅顶和 1 9 6 8 一 ， 男， 福建人， 高级工程师， 学士， 研究方向 特种设备。 一 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 斗杆 图 2 试验测点布置 I E J X ． G f f 0 f N 之 f 图 3工作装置最大应力工况 此工况下， 铲斗产生主动力 ， 其最大推力产生 最大挖掘力 。 为了反映挖掘机的复杂作业工况， 对空载下降 冲击、 满载铲斗最快速度下降止动和满载铲斗最快 速度上升止动等 3 种工况进行比较试验。 3 静态和动态试验 3 ． 1 试验过程 以某型液压挖掘机型式试验样机为对象， 首先 按图 2所示位置对各测点依次进行打磨一表面清 洗一应变片清洗应变片粘贴一引线连接一质量 检查一固化一防护等步骤后， 用带有屏蔽线的长导 线在接线端子处进行引线， 屏蔽线接仪器外壳。 测量 选用 德 国 I MC集成 测 控公 司 I n t e g r a t e d Me a s u r e m e n t C o n t r o 1 生 产 的 C R P L 2 一 D I O U N I 8 型数据采集器， I M C系统操作软件 I M C D e v i c e s ， 快 速信号分析处理软件 F A M O S 。 在系统操作软件上设 置 四分 之一 桥测量方式 、 应 变片的灵敏度 、 采样 时 间、 采样频率及滤波方式 ， 进行桥路平衡后处于待 测试状态。 依次对挖掘机进行 4种工况操作， 采集各测试 点静态时域信号和动态时域信号。 3 ． 2 测试框图 整个系统测试框 图如图 4所示 。采用 l 4通 道 数据采集和存储装置。试验前对应变仪进行测试前 的软件设置 ， 如灵敏度 系数 、 桥路形式及滤波形式 。 以采样频率 5 1 2 0 H z 进行数据采集， 用所有测量数 据进行时域特征分析。分析所得各测点的静态和动 态应变最大值如表 1 所示。 图4 液压挖掘机工作装置测试和分析系统框图 一 25 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 各测点的静态和动态应变最大值 I m ／ m 静态 动态应变 应变 名称 测点 挖掘 空载 满载 满载 受阻 下降 下降 上升 1 8 1 ．7 - 3 0 ． 3 - 8 0 ． 1 3 4 ． 2 2 2 3 4 ． 8 9 9 ．4 ～ 1 0 6 ． 7 1 21 ．8 斗 3 4 2 1 ． 7 3 1 1 ． 7 - 2 2 1 ． 1 - 1 8 6 ．4 杆 4 - 1 9 8 ． 0 - 2 0 5 ． 1 3 3 8 ．6 - 3 7 7 ．5 5 4 8 6 ． 6 3 3 9 ． 3 - 2 1 8 ． 0 -1 8 3 ． 1 6 4 0 9 ． O - 3 5 4 ． 6 41 8 ． 2 - 4 1 7 ． 3 7 1 8 7 ． 1 2l 2 ． 2 -1 3 2 ． 9 1 0 9 ． 6 8 4 7 ． 4 - 3 4 ． 7 4 9 ． 6 4 3 ． 2 9 - 2 6 6 ． 4 3 1 4 ． 6 - 8 9 ． 1 1 0 1 ． 3 动 1 0 1 4 3 ． 2 - 2 2 1 ． 2 1 2 0 ． 9 2 3 8 ．4 臂 l 1 2 6 9 ． 1 - 1 9 6 ． 7 1 2 7 ． 6 1 4 4 ． 5 1 2 - 2 8 0 ． 8 3 0 4 ． 2 1 l O ． 0 9 4 ． 4 1 3 7 7． 3 一l 1 2． 2 -25 6．4 - 27 6． 8 1 4 - 7 8 ． 7 -1 3 0 ． 7 1 8 1 ． 0 1 5 6 ．7 3 ． 3 试验结果讨论分析 图 5 给出的是液压挖掘机工作装置处于如图3 所示位置，挖掘受阻工况时各测点所对应的时域信 号图。 图 5 横坐标是时间坐标， 单位为 s ； 纵坐标是应 变坐标， 单位为 Ix m ／ m 。 图5显示 ， 在 8 2 1 1 2 s 之间， 挖掘机工作装置 挖掘受阻期间， 各测点的应变基本保持不变。 如表 1 所 示 ，最大应 变 出现在挖 掘 受阻 时 的测 点 5 ， 为 4 8 6 ．6 I m ／ m 。本台型式试验样机工作装置的材料为 Q 3 4 5 ，屈服强度 3 4 5 M P a ，弹性模量 E 2 0 6 k N ／ m m 。所 以 ，最 大 应 力 2 0 6 k N ／ mm 4 8 6 ． 6 t x m ／ m 1 0 0 ． 2 MP a 。安全系数 n r r 3 4 5 MP a ／ 1 0 0 ． 2 MP a 3 ． 4。 型式试验技术要求规定液压挖掘机工作装置 的安全系数不小于 1 ．4 ，因此本台型式试验样机的 安全系数满足要求。 在设计液压挖掘机工作装置时， 安全系数的选 取与计算载荷的选取密切相关。如果计算载荷比较 一 26一 图 5 挖掘受阻工况各测点的应变时域 图 精确， 安全系数可较小。在实际操作过程中， 由于敞 性和冲击， 液压挖掘机的工作装置会承受不确定的 动载荷，且这方面的试验和统计工作做得不够完 善， 没有确切可靠的系数参考， 因此， 一般在设计时 加大安全系数 ，安全系数一般取 n 3 ．0 。本台样机 3 ．4的安全系数符合设计要求。 4 结束语 本文对 液压挖掘机工作装 置在 4种 最恶劣工 况下进行 了静态和动态应变试验 ，对 1 4个测点 的 数据进行分析， 得出各测点应变最大值 ， 对工作装 置的安全系数进行判定。为今后液压挖掘机型式试 验 中强度试验工作 的开展提供了参考依据 。 参考文献 [ 1 ]1杨为 ， 邱清盈 ， 胡建军． 液压挖掘机工作装置动应变的 实验研究[ J 】 I 工程机械， 2 0 0 4 1 1 l 5 1 9 ． 【 2 】张明， 苏小光， 王妮． 力学测试技术基础【 M】 ． 北京 国防 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 】 徐格宁， 滕裕昌． 厂内机动车辆技术检验[ M 】 ． 北京 学苑 出版社， 2 0 0 1 ． [ 4 ] G B ／ T 7 5 8 6 - - - 2 0 0 8 液压挖掘机试验方法【 s 】 ． 【 5 】 刘鸿文． 材料力学[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 9 ． 通信地址 福建省福州市北环中路4 5号福建省特种设备监 督检验所 3 5 0 0 0 1 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m