挖掘机铲斗开裂原因分析及改进方法探析

刘文顺 张鹏

摘 要：随着经济社会不断发展和科学技术进步，近年来各行各业发展都产生翻天覆地变化，不管是人们生活方式还是生产方式都尤为明显。近年来，挖掘机在生产中得到广泛应用。然而，由于在具体工作实践中，经常会出现一些问题，给人们带来很大不利，尤其是挖掘机铲斗的开裂，困扰了很多人，如何让挖掘机更好地服务于社会，成为当前讨论的重要话题。本文主要说明挖掘机铲斗开裂现象，对当前挖掘机铲斗出现开裂不同原因进行分析，找出了有效的改进方法与解决措施，希望对相关人员有所帮助和借鉴。

关键词：挖掘机铲斗;开裂;原因;分析;改进方法

前言：铲斗作为挖掘机重要组成部分，对挖掘机正常工作和生产有着重要意义，从某种意义上来讲，可以将铲斗称作挖掘机的核心刀刃。铲斗质量与挖掘机有着密切联系，不但对其工作效率产生影响，而且会影响其燃油效果。通常情况下，挖掘机铲斗组成部分包含很多方面，比如，护板和主刀板、斗齿座和铲斗体以及侧齿和斗齿套。斗齿套和斗齿座一般是利用斗齿销进行连接的，这三部分组成被称为斗齿，在进行作业时，挖掘机铲斗主要作用就是将某些物料进行挖掘，装载于相关工程车辆上。在这过程中，对铲斗有着较高要求，特别是在耐磨性和强度上。

1.故障现象

一般情况下，挖掘机铲斗主要是通过焊接而形成，在焊接过程中有着很高强度，铲斗在挖掘机工作中主要扮演着挖掘角色，铲斗质量在某种情况下会影响挖掘机功能，比如，某型号挖掘机在使用一段时间之后，铲斗主刀板、垫板以及耳板均出现开裂问题。对于垫板来讲，其出现开裂位置经常是侧边焊接缝;对于耳板，其开裂位置经常不是发生在后端燕尾处，就是前端部位;针对主刀板，它在进行作业时，主要受力位置是主刀板和斗齿座的倒U型焊接缝，经常开裂部位是在护板附近或者斗齿座焊接缝端头。如果这三个地方出现问题，不能进行有效处理，情况严重会使铲斗体开裂，造成铲斗报废。

2.挖掘机铲斗开裂原因分析

2.1垫板开裂原因分析

关于垫板，是位于铲斗耳板下部，主要作用就是将耳板工作过程中承受压力进行有效传递，传递最终对象是主弧板，主弧板位于铲斗斗底[1]。垫板出现开裂主要原因是主板与垫板之间的搭接焊缝出现裂开。垫板上部和耳板进行连接，下部是和主弧板进行贴合，通过理论计算，分析主要结构，其本身受力不是很大。相关仿真分析结果证明，对于垫板这个部位，应力并不是非常集中，完全不会出现应力集中问题。由此可见，垫板开裂可能是因为垫板与主弧板都是圆弧结构，在进行折弯时，无法确保圆弧完全相符，最终导致主弧板和垫板出现贴合不紧等情况，使得板与板之间形成某些缝隙，一旦两者之间形成缝隙，就会将垫板受力作用进行减弱，使得所有外力利用焊接缝作用于主弧板之上，增加焊接缝所受压力，最终导致焊接缝出现开裂。

2.2耳板开裂原因分析

耳板在铲斗中所起作用就是将斗杆和铲斗进行有效连接，所谓耳板燕尾处加强板，就是我们所说的垫板。垫板和耳板作为一种传递件有着重要作用，可以增强铲斗挖掘的驱动力，在受力方面非常大。铲斗在进行挖掘时，不但会受到侧向力，而且会受到正向力的作用，一定程度上使得耳板受力更加复杂多样，加大了受力面积。结构件在实际制造过程中，由于精力有限，经常和理想尺寸的设计会出现一些偏差，偏差主要表现在对称度方面。一般情况下，力的直接傳递点是作用于耳板前端，一旦强度出现不足，就会使得耳板出现开裂，而耳板燕尾处属于弧形形状，力在传递过程中，方向主要为向内压，此时，如果不能将应力进行合理释放，会将燕尾部分（耳板最远处）应力集中起来，出现开裂现象。

2.3主刀板开裂原因分析

主刀板出现开裂主要位置就是在焊缝前端，一般在挖掘机使用之后，或者焊接完成放置一段时间后就会发现其出现开裂，初步可以判断，出现开裂是因为焊接延迟出现裂纹而形成。延迟裂纹通常不在焊接后立马出现，有着孕育期限，具有延迟现象。除此之外，主刀板开裂还与主板材料选择和质量以及焊接工艺有着极大关系。

3.挖掘机铲斗开裂改进有效方法

为了有效解决耳板、垫板以及主刀板出现的问题，我们可以采取以下改进方法，确保铲斗能够顺利开展工作。

3.1垫板改进方法

要想确保垫板开裂问题能够得到有效解决，主要改进方法就是将主板和垫板之间的贴合度进行有效提升，主要可以从两个方面入手， 一方面，是将耳板尾部燕尾长度进行顺延，其主要目的是将耳板与垫板之间焊接缝进行增加，实现斗底主弧板和垫板贴合度的提升，同时，还能将耳板燕尾产生的应力集中进行有效降低，在某种程度上降低开裂风险[2]。另一方面，可以在垫板之上加工相应长圆孔，在相应长圆孔之上加强焊接，主要目的就是将贴合程度进行适当提升。通过延长耳板尾部和在垫板上增加相应长圆孔等方法，对垫板进行改进，确认好改进方法后，就可以按照焊接相关工艺和技术，优化和完善焊接缝结构以及相应尺寸，参考完善后的相关尺寸，可以制定铲斗样品，开展试验工作，从试验结果可以得知，以上改进方法使得铲斗强度得到很大提升，也降低了垫板出现开裂故障。

3.2耳板改进方法

一般而言，耳板出现开裂最频繁的就是前端部位，主要是因为耳板强度较低，所以就需要将耳板前端位置强度进行提升，在对耳板改进过程中，主要包括两点，第一，适当将加强筋置于铲斗弯板和耳板之间，主要目的就是将耳板局部强度进行有效提升;第二，由于底板和耳板前端在连接时，连接部位相对来说较短，就需要将燕尾前端长度进行延伸。这种做法可以有效减缓耳板面临的应力集中问题。通过增加耳板加强筋和前端顺延等方法，对耳板进行改造之后，再利用仿真软件分析铲斗疲劳程度，能够发现，燕尾处出现应力集中，如果把耳板外形进行改变，用外弧形替代内弧形，再次通过仿真分析可以得出，应力集中问题得到有效解决。研究表明，在对耳板进行改进过程中，由于垫板和耳板燕尾处是相互连接的，针对耳板改进尺寸，需要结合垫板相关大小，从而确保改进方法的有效性、科学性以及可行性。

3.3主刀板改进方法

依照主刀板焊接工艺和材料选择进行分析，可以采取以下措施将主刀板进行改造。第一，在对主刀板材料进行选择时，用高强度焊接结构钢板代替合金结构[3]。第二，规范相关焊接工艺，尤其是主刀板与护板和斗齿座之间的顺序，一般情况下，首先要先焊接中间护板和斗齿座，其次，对称向两侧进行焊接，最后，斗齿座焊缝可以从2层改到4至5层，在对焊接缝层数进行选择时，可以按照焊缝大小来确定。第三，在对主刀板和斗齿座进行焊接时，要对焊接区进行预热，焊接之后要将石棉将其覆盖，实现保温缓冷，避免出现延迟裂纹。

结束语：综上所述，在具体作业过程中，要想促进挖掘机工作顺利开展，相关人员就需要重视铲斗出现的一系列故障，要根据实际情况，实事求是，对具体问题进行具体分析，尤其要根据挖掘机铲斗特点和实际工作强度，采取科学合理的办法，将这些问题进行有效解决，通过将铲斗故障进行优化和改善，确保每个部件都能够正常运行，并且符合实际作业要求和标准，从而提升挖掘机工作效率，确保各项工作顺利开展，为经济发展提供源源不断的动力支持，促进社会平稳运行和进步。

参考文献：

[1]马瑞永，郭中华，张志洋.挖掘机铲斗开裂原因分析及改进方法[J].工程机械与维修，2019（05）：89-90.

[2]杨斌.液压挖掘机铲斗的失效形式研究[J].南方农机，2018，49（02）：71-72.

[3]石晋伟，宋自平，符强.挖掘机铲斗的选配与日常维护研究[J].四川水力发电，2020，39（04）：32-34+52.