隧道施工用轮式装载机减振方法与维修保养方法

冉东旭

摘要：振动不仅降低操作人员的舒适感，而且还会对设备内部其他各个部件造成破坏，影响整个装载机的使用寿命，不利于隧道工程施工。基于此，对轮式装载机结构进行简单介绍，阐述轮式装载机减振方法与维修保养方法，以此为提升轮式装载机的性能提供支持。

关键词：隧道工程；轮式装载机；减振方法；维修保养

0   引言

轮式装载机运行时，随着发动机的转动，机体可能产生明显的振动问题。明显的振动不仅降低操作人员的舒适感，而且还会对设备内部其他各个部件造成破坏，影响整个设备的使用寿命，不利于隧道工程施工。所以在实际施工过程中，应采取科学、合理的方式对振动问题进行抑制。同时还应定期维修保养，以提升轮式装载机的性能，使其在隧道施工中发挥出最大的作用。

1   轮式装载机概述

轮式装载机是一个内部结构较为复杂的设备，其中主要动力系统、传动系统、转向系统、液压系统、工作装置系统、制动系统、电气系统、车架、驾驶室、防翻滚与落物保护装置等构成。

动力系统主要通过柴油的燃烧产生动力，以驱动整个设备运行。传动系统将柴油机产生的驱动力传输给设备中各个运动模块。液压系统主要用于改变压强，以此提升驱动作用力。制动系统用于控制设备减速、停止，为装载机作业提供支持。电气系统，用于显示设备运行状态。转向系统用于控制设备的运动方向。

驾驶室主要为工作人员提供设备的操作平台。防翻滚与落物保护装置，用于防止设备运行中出现翻滚问题，并避免高空坠物对驾驶室内工作人员的生命安全造成危害。车架用于安装与固定设备内各个部件。工作装置用于完成装载、挖掘等工作的。轮式装载机结构如图1所示。

2   轮式装载机减振方法

2.1   振源控制

为了降低轮式装载机的振动频率，必须要对振源进行控制，具体来说，主要从三个方面着手：

首先，在设计过程中，设计人员应将振动控制作核心内容之一，根据轮式装载机的实际需求，结合以往的工作经验，设计出发电机系统结构。之后以此为基础，通过有限元分析等方式，对发动机设计方案的性能、安全性、稳定性、振动频率等予以分析，寻找出其中存在的问题，并不断完善发动机系统结构，确保发动机系统性能良好的基础上，最大程度上降低发动机产生的振动问题[1]。

其次，在制造过程中，制造方应严格按照设计方案对发动机内部各零部件进行指导，确保每个零件的规格尺寸、材料等均满足预期要求，以提升整个发动机系统的性能。

最后，在发动机使用过程中，还要定期对发动机进行维修保养，延缓发动机的损坏速度，降低各种故障的发生率等，以使发动机在施工时具备良好的性能。

2.2   合理地设置控制参数

大量实践表明，轮式装载机运行时的振动，主要是由于车体振动固有频率处于路面起伏不平所引起干扰作用频率范围内，即与地面共振引发的。为了降低设备的振动水平，需要对共振进行控制。而想要达到这一目的，则应在设计阶段，对设备振动特性予以全面分析，确保其振动固定频率在路面可能引起的干扰频率范围之外。

有研究指出，对于路面干扰频率来说，与行车速度呈正相关关系，而与路面起伏不平的波长呈负相关关系。隧道施工路面凹凸不平，所产生的干扰频率范围较广，因而在设计过程中，应尽量缩减装载机的轴距，并采用高质量的材料。内部各部件安装时，尽量分布在车体质心的周边，降低绕质心的转动惯量值。另外，还要注重轮胎的选择，要确保其具备较高的阻尼系数，并尽量降低弹性系数。

2.3   振动隔离方案

2.3.1   橡胶隔离

轮式装载机运行时，采取有效的振动隔离方案，可降低振动对设备性能及內部人员舒适感的影响。为了达到这一目的，可以在发动机与后车架之间，通过多点支撑的方式，并固定一些橡胶块，用于对振动的抵抗。橡胶自身具有一定弹性，当发动机产生振动后，弹性力会抵消一部分振动力，只有很少一部分力能传输到车架上。

目前，橡胶隔离元件的类型有很多，针对受力情况的不同，可以划分成压缩型隔离元件、剪切型元件、压缩-剪切复合型元件等3种类型。压缩型隔离元件结构简单，加工容易，同时自振频率高，常用在竖直方向振动的抵抗。剪切型元件自振频率不高，但强度低。压缩-剪切复合型元件融合了上述两种元件的优点，耐久性更强，可靠性更好，因而在轮式装载机中更加常见[2]。

2.3.2   螺旋钢丝绳隔振

螺旋钢丝绳具有很多优良性能，如频率低而阻尼高、频率高而刚度低、参数可以随意设置等，因而将其安装到轮式装载机中，能够大幅度抑制机体产生的振动。同时，相对于常规橡胶减振器，其抗油性更强，耐腐蚀性更好，抗温差及抗高温性更加优良，且元件体积更小，因而近年来应用较为广泛。

钢丝绳减振设计时，主要考虑元件自身非线性迟滞特性，即便设备出现共振问题，也会将钢丝绳的加速度传递率控制在一定以内。若外界激励频率与隔振器固有频率相近，当振幅提高后，钢丝绳则变得越来越柔软，从而对固有频率予以调节，进而实现抑制共振的目的。螺旋钢丝绳隔振器如图2所示。

2.3.3   液压隔振

常规橡胶支撑当中，主要由金属板件与橡胶两部分构成，其结构较为简单，造价相对较低，但动刚度与阻尼损失角的特性曲线，不会随着激励频率的变化而改变。

针对这一情况，在常规橡胶支撑的基础上，增设液压阻尼元件，以此研发出液压隔振装置，从而大大提升了该装置的隔振效果。有研究表明，该装置处于10Hz的频率条件下，动刚度将达到谷值；处于20Hz的频率条件下，动刚度将达到峰值，之后逐渐下降；达到30Hz时，动刚度开始保持平稳。在5～25Hz频率范围内，该装置的阻尼损失角相对较高[3]。液压隔离动刚度变化曲线如图3所示。液压隔离阻尼损失角变化曲线如图4所示。

通過优化后，液压支撑的动刚度与阻尼损失角存在一定的变频特性，装载机频率较低时，可产生较高的阻尼，以逐渐抵消设备产生的振动问题；装载机频率较高时，则产生较高的动刚度，以此快速抑制振动频率。

3   轮式装载机维修保养方法

为了确保轮式装载机在隧道施工中发挥出最大的作用，还应采取科学、合理的方式进行维修保养，其中，维护保养共分6类，具体为如下[4]：

3.1   日维护

日维护由操作人员完成，每天施工前与施工后，分别对装载机予以检查，具体包括：

查看发动机机油面，若处于油标尺的下方，需立即添加机油；若在油标尺的上方，需判断机油增加的原因，并尽心适当处理。对设备内部发动机、液压泵等重要装置予以检查，判断各装置是否出现过热、损伤等问题。

对设备内部密封件予以检查，判断这些元器件是否出现漏油、漏水、漏气等问题。检查设备电气系统，判断系统是否出现漏电、短路等问题。对车身表面的污渍、灰尘予以清理。观察设备整体或各部件上是否出现异响等。

3.2   周维护

以1周为一个周期，由维修人员对设备进行检修，具体包括：

根据装载机的说明书的内容，向其中添加符合要求的油液。对粗滤器、滤芯等元件予以清洗，使得各元件表面保持洁净，降低各元件堵塞问题的发生率。对皮带、风扇予以检查，判断元件是否出现松动，并及时将固定元件拧紧。

对与蓄电池予以检查，判断电解池液面水平与密度是否符合规定要求，若不符合要求，需立即添加蒸馏水。测量踏板行程，并适当进行调整。对油门、制动系统等操作元器件予以检查，判断这些元件是否出现卡滞等问题，并针对具体原因，做出相应调整。

3.3   月维护

以一个月为一个周期，由维修人员对装载机予以检修，不仅要包括日维护与周维护的内容，而且还应包括：

对设备内部所有细滤器予以清洗，使细滤器保持洁净，可将油液中的杂质更好地过滤。对轮胎予以检测，判断气压是否处于0.27～0.39MPa范围内，若气压不足，应及时补气。观察轮胎表面是否出现损伤，若发现严重损伤，应更换新的轮胎。对设备主要的受力机构进行检查，如车架、工作装置等，判断这些机构表面是否出现裂缝、损伤等。

3.4   季维护

以一个季度为一个周期，由维修人员对装载机予以检修，除上述内容之外，还应包括：

对发动机冷却装置予以检查，并清除冷却装置中附着的杂质。在发电机等元件内，加入适量的滑脂，以提升内部各元件的润滑性，以免出现严重的磨损问题，同时对电路板、电气元件、电路等予以检查，判断电气系统是否存在漏电、高压等安全隐患，若发现问题，及时更换新的元件或线缆。

对发动机气门间隙予以清理，去除其中进入的杂物，保证气门间隙具有良好性能。对喷嘴予以检测，判断其喷射压力、角度、射程是否符合要求，若不符合要求，应及时予以调节。

每年春秋两季，由于气温变化较大，对装载机内部各模块油液具有不同的要求，因而在这一时期，应定期对各模块的油液予以更换，以确保油液符合季节的要求。对液压系统予以检查，判断液压缸是否出现沉降，必要情况下，应对液压系统内部各元器件进行更换，以保证液压系统的密封性等。

3.5   半年维护

以半年为一个周期，由维修人员对装载机予以检修，在上述内容的基础上，还包括：对发动机机油壳、燃油箱与管理予以清理。对运动副予以清理，并根据规定要求，向运动副内添加润滑油。对电气仪表、指示灯予以检查等。

3.6   年维护

以一年为一个周期，由维修人员对装载机予以检修，主要是对设备内部各个部件进行全面的检查，寻找出各个部件出现的细微问题，并根据问题的具体情况，采取合理的方式予以处理，问题较轻时，可进行适当的修复，若问题较为严重，则应更换全新的部件。

4   结束语

明显的振动不仅降低操作人员的舒适感，而且还会对设备内部其他各个部件造成破坏，影响整个设备的使用寿命，不利于隧道工程施工。为了确保轮式装载机安全、稳定地运行，需要控制振动源、合理地设置控制参数，并采取相应的振动隔离方案，同时还要以一天、一周、一个月、一个季度、半年及一年为一个周期，定期对装载机进行维修保养。

参考文献

[1] 魏加洁，孟令超，李晓枫，等.轮式装载机舒适性试验评估与减振控制[J].工程机械，2022，53（11）：77-80+10-11.

[2] 韩冬，王正兰，王威.某型轮式装载机钳盘式制动器活塞拆卸工具的改进[J].工程机械与维修，2021，26（2）：27.

[3] 陶伟，刘志强，陈世斌，等.基于模糊控制的轮式装载机驾驶室悬架减振设计[J].公路交通科技，2020，37（11）：118-129.

[4] 王海兴.轮式装载机制动系统故障质量分析及质量控制措施[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（17）：35-36.