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  引导轮安装架的结构改进


  挖掘机在施工过程中,为满足作业需求,随时需要移动。挖掘机整机移动依靠行走马达装置、引导轮、托链轮等部件协调完成。整机移动过程中受场地限制、路线变更等各种因素影响,经常发生急停、转向等动作,这样容易导致引导轮安装架变形,从而引起引导轮偏摆、引导轮轴损坏以及履带脱轨等故障,严重影响施工效率。本文以某6 t 级为研究对象,对其引导轮安装架的受力变形进行有限元分析,确定了引导轮安装架结构改进方案,并进行试验验证。
小型挖掘机引导轮安装架的结构改进

  1 引导轮工作原理


  引导轮安装在履带架的前方,用来引导履带正确绕转,防止其跑偏和轨链脱轨。


  引导轮总成的工作过程如下:用黄油枪将黄油经黄油嘴注入黄油缸内,使活塞外伸推动张紧弹簧,同时引导轮向外移动来张紧履带。在张紧力过大时弹簧被压缩起到缓冲作用;过大的张紧力消失后,被压缩的弹簧将引导轮推向原位,这样可以保证引导轮沿履带架滑动以改变轮距,减小行走过程中的冲击。


  2 故障描述


  某 6 t 级在恶劣施工条件下,工作一段时间后发生引导轮安装架处扒开变形的现象,从而容易引发引导轮损坏及履带脱轨故障。经调查扒开变形的位置主要集中在安装架的中下部。

小型挖掘机引导轮安装架的结构改进
  3 故障分析及改进方案


  3 .1 故障分析


  在现场检查故障机器后分析,故障原因存在以下几种可能:


  (1)机器长时间使用后或者在粗暴使用的情况下,履带轨链套及销轴异常磨损,拉长了整条履带的长度,引导轮在张紧弹簧的弹力作用下向着安装架远距离末端移动,因此在行走过程中,引导轮的左右摆动对安装架末端产生了更大的转矩,引起更大的变形。


  (2)经常在一些狭窄的场地作业,移动和转弯频繁,引导轮轴承支架经常撞击引导轮安装架,造成安装架变形。


  (3)安装架在此处的强度存在偏弱现象。


  3 .2 临时解决方案


  引导轮安装架一旦出现变形,维修人员通常采取校正的方法来处理,这种做法费时费力而且费用较高,单次校正费用至少需要 2 500 元,严重时还需要更换下车架,在给用户造成损失的同时,带给品牌的负面影响也是不可估量的。

  3 .3 改进方案


  综上分析,非常有必要对引导轮安装架进行结构改进,改进的方向归根结底是要增加引导轮安装架的强度。对于改进方案,一方面需要评估改进的效果如何,另一方面还要权衡成本增加多少。为了找到最合适的改进方案,本文设计了 8 套改进方案,利用三维建模软件对各方案进行实体建模后再利用有限元分析软件分析每套方案中的受力和变形安装架原状及分析:


  引导轮安装架在 Pro/ E 标准模块中进行实体建模,为方便有限元分析计算,只对引导轮安装处、易变形位置进行建模分析,并对模型进行细化。然后在 Pro/ E 的 Mechanica 模块中进行有限元分析。对模型进行材料定义并将材料分配到模型上,材料属性:密度ρ=7.827 08e- 06 kg/ mm3;杨氏模量 Y=1.999 48e+08 k Pa;泊松比 μ=0.27;热膨胀系数 =1.17e- 05/ ℃。对模型进行约束和载荷添加,对模型的侧面、底面及其中一个端面进行X、Y、Z 三个方向的固定约束,对易变形的另一端面施加一定载荷(根据实际工况确定)


  方案一:在原状模型基础上,将模型上部加强板延长至端面。对方案一模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析。


  方案二:在原状模型基础上,将模型易变形两侧增加加强筋。对方案二模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析。


  方案三:在原状模型基础上,将模型上部加强板前面延长至端面,后面延长 100 mm。对方案三模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析,结果


  方案四:在原状模型基础上,将模型上部加强板前面延长至端面,易变形两侧添加加强板,案四模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析。


  方案五:在原状模型基础上,将模型上部加强板前面延长至端面,易变形两侧添加 U 形加强板,对方案五模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析。


  方案六:在原状模型基础上,将模型上部加强板前面延长至端面,侧面同步延长至底部,对方案六模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析


  方案七:在原状模型基础上,将模型下部支撑条延长至隔板,对模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析。


  方案八:在原状模型基础上,将模型上部及下部支撑条同时延长至隔板。对方案八模型添加同等条件的约束及载荷,进行有限元分析。


  实践证明,在微量增加成本的情况之下实施引导轮安装架结构改进方案,提升了引导轮安装架的品质和耐久性,有效消除了其扒开变形的隐患。该改进方案可为今后其他车型的下车架设计优化提供参考


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