輪式裝載機(jī)振動的應(yīng)對措施

滑 明

秦皇島港股份有限公司流動機(jī)械分公司 河北 秦皇島066000

輪式裝載機(jī)是我國應(yīng)用最廣泛的工程機(jī)械之一,其性能的好壞和工程建設(shè)的進(jìn)度和效率息息相關(guān)[1]。目前,不管是在產(chǎn)量方面,還是在產(chǎn)品的外觀造型和品質(zhì)方面,我國的輪式裝載機(jī)行業(yè)都有了明顯的進(jìn)步,并逐漸發(fā)展成輪式裝載機(jī)的生產(chǎn)大國,同時也良好的帶動了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而因為輪式裝載機(jī)的工作環(huán)境的地面狀況都非常差,現(xiàn)階段我國生產(chǎn)的輪式裝載機(jī)前后橋和車架之間主要通過螺栓進(jìn)行緊固和聯(lián)接,裝載機(jī)在運行和轉(zhuǎn)場行駛的過程中,其產(chǎn)生的振動不僅不利于運行的穩(wěn)定性和乘坐的舒適性,還很容易發(fā)生鏟裝物料的散落現(xiàn)象,同時還會影響輪式裝載機(jī)的行駛速度,進(jìn)而阻礙輪式裝載機(jī)的運行效率。為了最大限度的發(fā)揮輪式裝載機(jī)應(yīng)有的作用,控制其振動幅度至關(guān)重要。

一、輪式裝載機(jī)振動的主要因素

(一)發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)。輪式裝載機(jī)在行駛過程中,由于路面不平,汽缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫瓦\動件的不平衡慣性力周期性變化,都會造成曲軸系統(tǒng)和整個發(fā)動機(jī)產(chǎn)生振動,發(fā)動機(jī)在車架上的振動也會導(dǎo)致和車架相連的相關(guān)零件等產(chǎn)生振動和噪音。

(二)制動系統(tǒng)。裝載機(jī)在制動過程中,行駛方向的慣性力和作用在輪胎上的地面制動力所形成的力矩會造成前橋負(fù)荷增大,后橋負(fù)荷減小,因此提高了整個裝載機(jī)的振動幅度,同時在制動過程中,制動器也會產(chǎn)生振動,并出現(xiàn)噪音。

(三)工作裝置和物料。工作裝置和物料的振動是因為工作裝置本身懸臂式的結(jié)構(gòu)形式、裝載機(jī)在行駛過程中路面的不平和裝載機(jī)其他產(chǎn)生振動的系統(tǒng)傳遞過來的振動所致,工作裝置和物料的振動不僅會通過和工作裝置聯(lián)接的各個鉸接點傳遞給車架,而且還會對工作裝置液壓系統(tǒng)造成沖擊,從而導(dǎo)致物料散落甚至損壞。

二、輪式裝載機(jī)振動的應(yīng)對措施

(一)合理設(shè)置運行參數(shù)。輪式裝載機(jī)在行駛過程中產(chǎn)生振動的主要原因是因為車體的振動固有頻率恰好在路面起伏不平所造成的干擾作用頻率范圍以內(nèi),也就是說是因為發(fā)生共振導(dǎo)致的[2]。為了預(yù)防共振的出現(xiàn),在設(shè)計過程中應(yīng)準(zhǔn)確計算車體振動的特性,使車體振動的固定頻率處在路面不平造成的干擾頻率范圍以外。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),路面不平造成的干擾頻率越大,行車速度也就越快,而路面起伏不平的波長范圍就越小,因此應(yīng)通過多次實測來確定常規(guī)路面的平均波長范圍,使不同速度造成的干擾頻率控制在一個較小的范圍內(nèi),以此為設(shè)計提供有效參考。在產(chǎn)品設(shè)計過程中,必須盡可能的增大軸距,并通過性能更好的結(jié)構(gòu)和材料來減少整個裝載機(jī)的質(zhì)量,分布質(zhì)量盡可能的靠近車體質(zhì)心,以便減少繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量,除此之外,還應(yīng)研發(fā)或者購入阻尼系數(shù)較大和彈性系數(shù)較小的裝載機(jī)專用輪胎。

(二)加強裝載機(jī)座椅的隔振和消振效果。加強輪式裝載機(jī)座椅的隔振和消振效果盡管無法從根本上改善整個裝載機(jī)的振動,但是能夠有效提高座椅的舒適度,同時還應(yīng)盡可能的研發(fā)或者購入工程機(jī)械專用的座椅,并且在駕駛室和車架的聯(lián)接處增設(shè)橡膠減振塊,以便降低車架和駕駛室之間振動的傳遞率。由于工程機(jī)械專用座椅的研發(fā)和改造所用的成本較低,因此這一措施在現(xiàn)階段得到了廣泛應(yīng)用。

(三)控制裝載機(jī)后車架的振動。控制裝載機(jī)后車架的振動主要有兩種方法:第一,在后車架和后驅(qū)動橋之間應(yīng)用可控油氣懸掛技術(shù),來隔離和減少輪式裝載機(jī)在行駛過程中受路面作用產(chǎn)生的振動;第二,應(yīng)用動力吸振的原理,通過附加的彈性元件、阻尼元件和輔助質(zhì)量塊形成的動力作用來降低后車架振動的幅度,并結(jié)合實際情況準(zhǔn)確地測算激勵振幅和圓頻率,以此為依據(jù)來選擇減振質(zhì)量、減振彈性元件剛度和阻尼,一旦工作場地發(fā)生變化,必須重新核算并進(jìn)行調(diào)整,因此,這種方法必須把減振質(zhì)量設(shè)計成積木式,并把彈性元件設(shè)計成層積式。

(四)控制后車架和傳動系統(tǒng)之間的振動傳遞。在裝載機(jī)后車架和發(fā)動機(jī)的多個支撐點中安裝橡膠減振塊,不僅能夠借助橡膠減振塊的彈性對發(fā)動機(jī)自身的振動進(jìn)行緩沖,還能在最大程度上降低對后車架和發(fā)動機(jī)的傳遞,發(fā)揮雙向隔振的作用,而且橡膠減振塊的阻尼作用也能有效吸收并轉(zhuǎn)化發(fā)動機(jī)和后車架的振動能量,從而發(fā)揮減少振動的作用[3]。現(xiàn)階段,輪式裝載機(jī)應(yīng)用最廣泛的是3點雙向減振懸架,裝載機(jī)的后車架和動力也可以通過3點雙向減振懸架來進(jìn)行聯(lián)接,這種結(jié)構(gòu)能夠避免由于制造誤差或者裝配過程中螺栓擰緊力矩不均等原因?qū)е碌南到y(tǒng)內(nèi)應(yīng)力。

(五)控制工作裝置的振動。工作裝置的振動可以通過阻尼動力吸振的原理進(jìn)行控制,因為制造成本比較低,因此這種方法在國內(nèi)外得到了許多工程機(jī)械制造商的高度關(guān)注。具體來說,根據(jù)輪式裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的特點,借助于合理的油氣懸掛油路,把現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)多路換向閥的動臂聯(lián)處于中位閉鎖狀態(tài),將工作裝置和前車架近似的剛性聯(lián)接轉(zhuǎn)變成具有合理阻尼的彈性聯(lián)接,該聯(lián)接性質(zhì)的轉(zhuǎn)變具有一定的可控性,如果輪式裝載機(jī)在鏟掘作業(yè)過程中,為了確保工作裝置的剛度充分,這種系統(tǒng)會處在閉鎖狀態(tài),不發(fā)揮作用;如果輪式裝載機(jī)的行駛速度較高,駕駛員也能夠?qū)@種系統(tǒng)展開控制和操縱,從而發(fā)揮該系統(tǒng)的作用,實現(xiàn)吸振和減振的目的。

三、結(jié)語

控制輪式裝載機(jī)的振動屬于一個系統(tǒng)性的工程,僅僅從某一個方面展開工作并不能取得良好的效果,必須通過振動控制的各個原因,在開發(fā)裝載機(jī)新產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品的過程中進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,合理設(shè)置運行參數(shù),加強裝載機(jī)座椅的隔振和消振效果,并控制裝載機(jī)后車架的振動、工作裝置的振動、后車架和傳動系統(tǒng)之間的振動傳遞,才能進(jìn)一步提高輪式裝載機(jī)的可靠性、穩(wěn)定性、舒適性和工作效率。