轮式装载机振动的应对措施

滑 明

秦皇岛港股份有限公司流动机械分公司 河北 秦皇岛066000

轮式装载机是我国应用最广泛的工程机械之一,其性能的好坏和工程建设的进度和效率息息相关[1]。目前,不管是在产量方面,还是在产品的外观造型和品质方面,我国的轮式装载机行业都有了明显的进步,并逐渐发展成轮式装载机的生产大国,同时也良好的带动了我国的经济发展。然而因为轮式装载机的工作环境的地面状况都非常差,现阶段我国生产的轮式装载机前后桥和车架之间主要通过螺栓进行紧固和联接,装载机在运行和转场行驶的过程中,其产生的振动不仅不利于运行的稳定性和乘坐的舒适性,还很容易发生铲装物料的散落现象,同时还会影响轮式装载机的行驶速度,进而阻碍轮式装载机的运行效率。为了最大限度的发挥轮式装载机应有的作用,控制其振动幅度至关重要。

一、轮式装载机振动的主要因素

(一)发动机和传动系统。轮式装载机在行驶过程中,由于路面不平,汽缸内的燃气压力和运动件的不平衡惯性力周期性变化,都会造成曲轴系统和整个发动机产生振动,发动机在车架上的振动也会导致和车架相连的相关零件等产生振动和噪音。

(二)制动系统。装载机在制动过程中,行驶方向的惯性力和作用在轮胎上的地面制动力所形成的力矩会造成前桥负荷增大,后桥负荷减小,因此提高了整个装载机的振动幅度,同时在制动过程中,制动器也会产生振动,并出现噪音。

(三)工作装置和物料。工作装置和物料的振动是因为工作装置本身悬臂式的结构形式、装载机在行驶过程中路面的不平和装载机其他产生振动的系统传递过来的振动所致,工作装置和物料的振动不仅会通过和工作装置联接的各个铰接点传递给车架,而且还会对工作装置液压系统造成冲击,从而导致物料散落甚至损坏。

二、轮式装载机振动的应对措施

(一)合理设置运行参数。轮式装载机在行驶过程中产生振动的主要原因是因为车体的振动固有频率恰好在路面起伏不平所造成的干扰作用频率范围以内,也就是说是因为发生共振导致的[2]。为了预防共振的出现,在设计过程中应准确计算车体振动的特性,使车体振动的固定频率处在路面不平造成的干扰频率范围以外。根据相关研究发现,路面不平造成的干扰频率越大,行车速度也就越快,而路面起伏不平的波长范围就越小,因此应通过多次实测来确定常规路面的平均波长范围,使不同速度造成的干扰频率控制在一个较小的范围内,以此为设计提供有效参考。在产品设计过程中,必须尽可能的增大轴距,并通过性能更好的结构和材料来减少整个装载机的质量,分布质量尽可能的靠近车体质心,以便减少绕质心的转动惯量,除此之外,还应研发或者购入阻尼系数较大和弹性系数较小的装载机专用轮胎。

(二)加强装载机座椅的隔振和消振效果。加强轮式装载机座椅的隔振和消振效果尽管无法从根本上改善整个装载机的振动,但是能够有效提高座椅的舒适度,同时还应尽可能的研发或者购入工程机械专用的座椅,并且在驾驶室和车架的联接处增设橡胶减振块,以便降低车架和驾驶室之间振动的传递率。由于工程机械专用座椅的研发和改造所用的成本较低,因此这一措施在现阶段得到了广泛应用。

(三)控制装载机后车架的振动。控制装载机后车架的振动主要有两种方法:第一,在后车架和后驱动桥之间应用可控油气悬挂技术,来隔离和减少轮式装载机在行驶过程中受路面作用产生的振动;第二,应用动力吸振的原理,通过附加的弹性元件、阻尼元件和辅助质量块形成的动力作用来降低后车架振动的幅度,并结合实际情况准确地测算激励振幅和圆频率,以此为依据来选择减振质量、减振弹性元件刚度和阻尼,一旦工作场地发生变化,必须重新核算并进行调整,因此,这种方法必须把减振质量设计成积木式,并把弹性元件设计成层积式。

(四)控制后车架和传动系统之间的振动传递。在装载机后车架和发动机的多个支撑点中安装橡胶减振块,不仅能够借助橡胶减振块的弹性对发动机自身的振动进行缓冲,还能在最大程度上降低对后车架和发动机的传递,发挥双向隔振的作用,而且橡胶减振块的阻尼作用也能有效吸收并转化发动机和后车架的振动能量,从而发挥减少振动的作用[3]。现阶段,轮式装载机应用最广泛的是3点双向减振悬架,装载机的后车架和动力也可以通过3点双向减振悬架来进行联接,这种结构能够避免由于制造误差或者装配过程中螺栓拧紧力矩不均等原因导致的系统内应力。

(五)控制工作装置的振动。工作装置的振动可以通过阻尼动力吸振的原理进行控制,因为制造成本比较低,因此这种方法在国内外得到了许多工程机械制造商的高度关注。具体来说,根据轮式装载机工作装置液压系统的特点,借助于合理的油气悬挂油路,把现有的液压系统多路换向阀的动臂联处于中位闭锁状态,将工作装置和前车架近似的刚性联接转变成具有合理阻尼的弹性联接,该联接性质的转变具有一定的可控性,如果轮式装载机在铲掘作业过程中,为了确保工作装置的刚度充分,这种系统会处在闭锁状态,不发挥作用;如果轮式装载机的行驶速度较高,驾驶员也能够对这种系统展开控制和操纵,从而发挥该系统的作用,实现吸振和减振的目的。

三、结语

控制轮式装载机的振动属于一个系统性的工程,仅仅从某一个方面展开工作并不能取得良好的效果,必须通过振动控制的各个原因,在开发装载机新产品和改造老产品的过程中进行统筹规划,合理设置运行参数,加强装载机座椅的隔振和消振效果,并控制装载机后车架的振动、工作装置的振动、后车架和传动系统之间的振动传递,才能进一步提高轮式装载机的可靠性、稳定性、舒适性和工作效率。