挖掘机斗杆上端开裂原因分析与改进

1.开裂现象

某型号挖掘机在其出厂之后, 作业时长达到3000h左右的这个阶段, 陆续出现了斗杆上端开裂的状况, 开裂的具体位置处在斗杆顶部加强板与斗杆缸活塞杆支座立板相衔接的重叠焊缝那里。这样的裂缝致使斗杆底板发生断裂, 并且裂缝沿着斗杆底板朝着横向方向进行延伸。那些负荷比较重的挖掘机的斗杆底板差不多快要断裂了, 个别挖掘机的裂缝已经延伸到斗杆的腹板上面, 就如同图1所展示的那样。

2.原因分析

（1）斗杆缸活塞杆支座原始设计里, 该型号挖掘机的底板下端没个加强板, 重复焊接致使钢材韧性降低, 使用时立板跟底板焊接处出现底板弯曲变形, 后期产品为增加底板刚度、防止其变形补焊加强板, 补焊后立板与加强板间出现重叠焊缝, 这造成斗杆底板塑性和韧性降低, 使得底板受力时出现裂纹。

（2）应力集中

挖掘机进行挖掘作业之际,斗杆缸活塞杆支座的地方受力为最大最甚, 斗杆缸活塞杆支座那儿的底板承受着拉、压交变应力, 此交变应力不断变化。并且, 支座立板延伸到加强板的那个地方属于薄弱点, 支座立板朝着底板延伸的长度比较短, 这就致使支座立板与底板相衔接的地方出现应力集中的状况, 进而导致支座立板把底板拉裂。

在对斗杆缸活塞杆支座开展有限元应力分析之后, 我们发现, 于挖掘机处于最大挖掘力状态之际, 立板延展至加强板部位产生的拉应力达到了175M P a, 又因焊缝焊接之时会产生应力, 故而应力集中相关现象更为显见。

（3）长期使用破碎锤作业

经过针对挖掘机用户展开调查, 了解到那些出现斗杆缸活塞杆支座开裂情况的挖掘机, 都配备了破碎锤。因为这些挖掘机长时间运用破碎锤进行作业, 致使该缸支座承受了较大的交变应力, 进而使得其底板出现开裂。

3.改进方案

要将斗杆缸活塞杆支座处开裂这一问题彻底处理好, 我们维持原支座铰点位置不做变动, 在此基础之上, 针对斗杆缸支座结构依照以下方案实施了改进措施。

（1）增加结构强度

采取了两项用于增加结构强度的措施, 其一, 是把支座底板2加大加厚, 使其在长度方面有所增长, 其二, 是将支座立板3进行加宽处理, 情况如图2所示。支座底板2被加厚以后, 能够提升斗杆上端的强度以及刚度, 可以减少斗杆上端出现变形以及开裂的可能性。支座底板2被加长之后, 躲开了与斗杆底板1在此处对接时处于的高应力区域, 从而减小了焊缝部位的作用应力。对支座立板3加以加宽, 并使其朝着下方多延伸300毫米波, 同时让支座立板3的截面积逐步变小, 这样一种有着缓慢过渡特性的结构能够减小应力在此处集中。

对改进过后的斗杆缸支座施加有限元应力方面的分析作业实施, 应力最大值在当下的为140.78MPa, 该数值是从改进之前的数值下降而得来的, 并且, 高应力区域的面积在得以缩小之后, 缩小的幅度是相当大的。

（2）改进焊接工艺

将要把支座立板3的焊接方式改成多层焊接, 去把焊接时焊缝部位的发热量给减小。在焊后要把焊缝过渡部位打磨得光滑, 以此来减少应力集中点的产生。把焊接工艺改进之后, 焊缝会减少, 焊接变形以及焊接应力会有所减小。

4.改进效果

对该挖掘机斗杆缸活塞杆支座处进行改进, 改进之后, 增强了其结构强度, 与此同时, 减少了焊接工作量, 还简化了制作工艺, 进而提高了斗杆制作效率。经过小批量试制, 投入市场使用以后, 该型号挖掘机再也没有出现斗杆上端开裂现象, 这表明此结构改进获得了成功。