一種新型液壓挖掘機(jī)自裝卸配重系統(tǒng)

李 培，石子貢，賓旭洲，何 旺，李 健

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 前言

液壓挖掘機(jī)作為使用最為廣泛的工程機(jī)型設(shè)備，經(jīng)常需要借助于拖車在不同的作業(yè)地區(qū)輾轉(zhuǎn)。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(zhì)量限制值》國家標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)拖車運(yùn)載的重量做了嚴(yán)格的限制。該法規(guī)實(shí)施后，大型液壓挖掘機(jī)將不能再以整機(jī)的形式進(jìn)行運(yùn)輸。在國際市場(chǎng)，特別是成熟的歐美市場(chǎng)，租賃業(yè)務(wù)非常發(fā)達(dá)，液壓挖掘機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)也非常頻繁，大多數(shù)國家、地區(qū)的道路運(yùn)輸法規(guī)比國內(nèi)更為嚴(yán)格。由于大型液壓挖掘機(jī)的運(yùn)輸受到了國內(nèi)、國際道路法律法規(guī)的限制，大型液壓挖掘機(jī)需要進(jìn)行分拆運(yùn)輸，其中挖掘機(jī)配重的占比往往超過整機(jī)重量的20%，其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與其連接的零部件也較少，拆裝配重基本上不會(huì)對(duì)整機(jī)性能造成不良影響。因此，分拆配重進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)輸，成為大型液壓挖掘機(jī)首先運(yùn)輸方案。該課題研發(fā)了一種新型自裝卸配重系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在不借助于大型起重設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)了配重快速拆卸與吊裝裝作業(yè)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由機(jī)械構(gòu)件部分和液壓傳動(dòng)部分構(gòu)成。支承座總成、主臂、副臂構(gòu)成了機(jī)械構(gòu)件部分的主體結(jié)構(gòu)；液壓控制部分主要由挖掘機(jī)主泵、先導(dǎo)泵、換向閥組、主臂油缸、副臂油缸等元件組成。機(jī)械構(gòu)件部分和液壓傳動(dòng)部分通過主臂油缸和副臂油缸連接起來。挖掘機(jī)主泵利用發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，分別向主臂油缸和副臂油缸的大、小腔提供動(dòng)力油，通過操作換向閥組實(shí)現(xiàn)液壓油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以此帶動(dòng)主臂和副臂分別繞某一鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)配重的拆卸與吊裝功能。

2 自裝卸配重機(jī)構(gòu)原理

如圖1、圖2所示：挖掘機(jī)車架（5）尾部增加了支承座總成（6），支承座總成（6）的E點(diǎn)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(gè)機(jī)構(gòu)組成一個(gè)三角形，控制副臂油缸（4）的伸縮，可以使配重吊裝點(diǎn)沿著軌跡 B（如圖 2）運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)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(diǎn)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(gè)三角形。可通過調(diào)節(jié)主臂油缸（3）油缸伸縮，實(shí)現(xiàn)三角形機(jī)構(gòu)油缸與連接板連接點(diǎn)繞著支承座總成（6）上連接板安裝點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn) 配重（2）到達(dá)軌跡C即軌跡D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)[2-3]。

圖1 自裝卸配重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 自裝卸配重液壓系統(tǒng)原理

圖2 自裝卸配重結(jié)構(gòu)原理圖

圖3 所示：挖掘機(jī)在操作配重模式時(shí)，整機(jī)控制器（10）使電磁閥組（4）A4得電，電磁閥 A4換向，先導(dǎo)泵（2）液壓油通過先導(dǎo)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?cái)嚅yCut閥換向，截?cái)嘀鞅茫?）的回油，主泵油液通過主溢流閥Main建立壓力，最高可達(dá)30 MPa[4]。打開安全作用的截止閥（6），油液流入手動(dòng)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(jìn)油，實(shí)現(xiàn)副臂油缸（7）的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同樣，操作換向閥組（7）的換向閥2，可以控制主臂油缸（8）進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)主臂油缸（8）的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為安全起見，在配重操作過程中避免其他動(dòng)作的誤操作，控制器將截?cái)嚯姶砰y組（4）電磁閥A1，使先導(dǎo)液壓系統(tǒng)截?cái)噙M(jìn)油，避免誤操作[5]。

圖3 自裝卸配重系統(tǒng)液壓系統(tǒng)原理圖

4 驗(yàn)證方案

4.1 操作要點(diǎn)

圖4為該自卸配重系統(tǒng)的吊裝作業(yè)展示圖，該系統(tǒng)主要通過換向閥組來實(shí)現(xiàn)配重拆卸和吊裝，換向閥組位于圖示整機(jī)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(shí)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(dá)到全伸狀態(tài)，然后將操作桿B撥回中位。

（2）將操作桿A撥至左邊，2個(gè)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(dá)到全縮狀態(tài)時(shí)，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(gè)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(dá)到全伸狀態(tài)，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(dá)到全縮狀態(tài)時(shí)，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(cè)試要求

測(cè)試配重液壓系統(tǒng)拆卸與吊裝的時(shí)間，其要求如表1。

表1 作業(yè)時(shí)間實(shí)測(cè)結(jié)果及要求

4.3 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min時(shí)，主泵最小流量為Qmin=21.1 L/min，各作業(yè)時(shí)間計(jì)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(nèi)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(jì)算，各作業(yè)動(dòng)作理論時(shí)間如表2所示。

表2 理論計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

通過對(duì)大型液壓挖掘機(jī)運(yùn)輸需求的研究，研發(fā)了一種新型自裝卸配重系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在不借助于大型起重設(shè)備的情況下，利用液壓挖掘機(jī)自身的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)配重的拆卸與吊裝作業(yè)。該自裝卸配重系統(tǒng)僅通過換向閥組兩個(gè)操作桿之間相互配合就能完成拆卸和吊裝作業(yè)。從車架拆卸至地面和從地面吊裝至車架的作業(yè)時(shí)間約為60 s，實(shí)現(xiàn)快速配重的拆卸與吊裝作業(yè)，滿足設(shè)計(jì)需求和市場(chǎng)需求。