LH514E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)大臂油缸斷軸分析

鄭 軍，張 雨

（1.攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司興茂公司生產(chǎn)科，四川攀枝花 617000；2.攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司攀枝花鐵礦尖山生產(chǎn)作業(yè)區(qū)，四川攀枝花 617025）

0 引言

攀枝花鐵礦2011年從露天開采轉(zhuǎn)入地下開采，引進(jìn)3臺山特維克LH514E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)作為主要出礦設(shè)備。該型鏟運(yùn)機(jī)額定載重量為14 t。該設(shè)備作業(yè)效率高，操作方便，非常適合井下作業(yè)環(huán)境。該設(shè)備近期相繼發(fā)生2起大臂油缸斷軸事故，對正常生產(chǎn)造成很大影響。

1 舉升機(jī)構(gòu)

舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)如圖1所示，變量泵（P3211）將液壓油輸送給液壓控制的鏟斗主閥（V2201），最大液壓油壓力為29.5 MPa（295 bar）。鏟斗的液壓先導(dǎo)壓力用比例伺服閥控制，而比例伺服閥由駕駛室內(nèi)右側(cè)的控制搖桿通過車輛控制和管理（Vehicle Control and Management，VCM） 控 制 。VCM系統(tǒng)處理輸入和安全條件，當(dāng)安全時(shí)，VCM控制比例伺服閥打開，讓先導(dǎo)壓力進(jìn)入主閥閥芯端，液壓油壓力經(jīng)鏟斗主閥被導(dǎo)向大臂油缸和鏟斗油缸。

圖1 舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)

2 故障現(xiàn)象及判斷

在一次作業(yè)中發(fā)現(xiàn)大臂油缸回收過程中油缸落到底后自動(dòng)上升，同時(shí)抖動(dòng)異常劇烈，更換鏟斗主閥后故障依舊，拆卸油缸和大臂鉸接軸，對油缸單獨(dú)動(dòng)作發(fā)現(xiàn)一根油缸正常，另一根油缸回收后自動(dòng)伸出，松開無桿腔油管接頭后發(fā)現(xiàn)無桿腔無液壓油流出但活塞桿仍伸出，由此判斷大臂油缸損壞。將油缸解體后發(fā)現(xiàn)活塞桿斷裂（圖2）。

圖2 活塞桿斷裂

3 強(qiáng)度校核

鏟運(yùn)機(jī)大臂油缸活塞桿由于工作中承受較大的交變應(yīng)力，運(yùn)動(dòng)頻率高，要求活塞桿必須要有足夠的強(qiáng)度。大臂油缸受力如圖3所示。

圖3 大臂油缸受力圖

對鏟斗位于最高位置時(shí)活塞桿強(qiáng)度進(jìn)行校核，F(xiàn)≤Fk/Sk，其中，F(xiàn)為活塞桿所受軸向力，F(xiàn)k為活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，Sk為安全系數(shù)，通常 Sk取 3.5～6。

（1）臨界壓縮力計(jì)算。

式中E——活塞桿材料彈性模量

I——活塞桿截面的慣性矩

K——液壓缸安裝末端系數(shù)，兩端鉸接取K=1

K1——考慮活塞桿材料缺陷和截面不均勻的系數(shù)K1=0.85～1，取 K1=1。

LB——油缸最大長度，mm

已知，LB=2242 mm，E=206 GPa，d=90 mm，D=160 mm，慣性矩。

（2）活塞桿受軸向力計(jì)算（雙油缸）。2×F×r=G1×R+G2×L，其中，G1為鏟斗及礦石重量，G2為大臂自重。已知，G1=140 000+39 500=179 500 N，G2=21 000 N，r=400 mm，R=2355 mm，L=1100 mm。經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)=557 278 N，Sk=Fk/F=2.33。通過上述分析計(jì)算，該油缸設(shè)計(jì)安全系數(shù)低是油缸斷軸的主要原因。

4 設(shè)備使用及維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)時(shí)動(dòng)作要求柔和平順，避免粗暴操作，盡量避免經(jīng)常將鏟斗滿載舉升到較高位置。同時(shí)作業(yè)路面要求平整，不能有較大的起伏，否則必然產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，長期作業(yè)時(shí)一方面會加快鏟運(yùn)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的早期磨損，另一方面又使液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生沖擊壓力，損壞液壓元件。

（2）鏟運(yùn)機(jī)安裝有鏟斗限位器及緩沖裝置，緩沖裝置損壞未及時(shí)更換，更換鏟斗時(shí)未及時(shí)對限位器進(jìn)行調(diào)整或調(diào)整不當(dāng)都會影響大臂油缸的使用壽命。