[发明专利]确定填充物在挖掘机大臂中填充位置的方法及大臂结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫铝合金填充的挖掘机大臂结构及确定填充物在挖掘机大臂中填充位置的方法，属于工程机械领域。

背景技术

挖掘机作为工程机械的重要成员，在楼宇建筑、道路施工、市政园林、油田开采、灾害现场等场所发挥重要作用，为社会经济发展做出重大贡献。挖掘机的工作部分，主要包括大臂、小臂和铲斗。其中，大臂亦称动臂，是挖掘机的重要工作部位，该结构的强度、刚度和振动方面的性能直接影响到挖掘机的工作性能。

在实际应用中，挖掘机要承受复杂的冲击载荷，按普通设计方法设计的大臂结构，内部是中空的，没有填充物，在某些施工工况下会出现强度不足、变形等的情况，影响工作安全。而且当挖掘机的发动机工作频率与其大臂固有频率相近时，大臂结构会产生共振，不仅产生噪音，而且影响工作效率和工作精度，严重时引发安全事故。专利CN 103669452A公开了一种挖掘机大臂与小臂结构，在大臂与小臂内部添加填充物，但导致了大臂及小臂重量的增加，改变了挖掘机最初设计时的整体的受力情况。

鉴于此，需要设计一种挖掘机大臂结构，不改变其原有尺寸，保持其重量变化较小的情况下，提高其固有频率，使其固有频率远离发动机工作频率，增强其抗冲击和吸振能力，减少其作业时的变形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在不改变其原有尺寸，保持其重量变化较小的情况下，提供一种挖掘机大臂结构，与普通大臂结构相比，提高其固有频率、抗冲击能力和吸振能力，降低其在作业时的振动，减少其作业时的变形。

本发明所设计一种挖掘机大臂结构，其形状与普通挖掘机相同，在提高大臂结构性能的前提下，选择大臂内部特定的位置，进行泡沫铝合金的填充。并通过设计对比试验，确定泡沫铝合金的填充位置，具体的方案如下：

一种确定泡沫铝合金在挖掘机大臂中填充位置的方法，如下：

步骤1选取挖掘机的挖掘工况；

步骤2在挖掘机大臂结构的不同位置填充泡沫铝合金；

步骤3、在步骤1的工况下，使挖掘机工作；按照设定的位置，将应变片贴在挖掘机的相应位置，检测不同填充方案下的大臂结构应变，应变越小的大臂结构，其强度越好；

步骤4、在相同的工况条件下，使用振动测试系统和分析系统测量上述不同填充方案下下的大臂结构的固有频率，固有频率越高的大臂结构，振动越小；

步骤5、在相同的工况条件下，由加速度传感器测量上述不同填充方案下的大臂结构振动幅度；振动幅度越小的大臂结构，其减振性能越高；

步骤6、根据上述试验结果，选择应变最小、固有频率最大、振幅最小的方案，确定泡沫铝合金在挖掘机大臂中填充位置。

步骤1中所述的工况包括三种：

1)、挖掘机处于停机面最大挖掘半径处，铲斗挖掘，铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘；

2)、挖掘机处于最深挖掘位置处，铲斗挖掘，铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘；

3)、大臂、斗杆处于最大受力位置处，铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘。

步骤4中检测固有频率的方法如下：

利用锤子在大臂的不同位置随机打击使大臂产生振动，改变加速度传感器位置，进行数次测试；将测量结果中准确的三组数据进行快速傅里叶变换，在某些频率值处产生明显的波峰，这个频率值就是挖掘机大臂结构的固有频率值。

步骤4中所述的加速度传感器安装在大臂表面。

步骤3中，在每一种填充方案中的大臂结构上测量八个点的应力应变情况，八个应变片粘贴点绕大臂一圈。

步骤6中在大臂内部填充泡沫铝合金方法是：

1根据上述试验结果，确定泡沫铝合金在挖掘机大臂中填充位置；

2根据大臂的尺寸，确定泡沫铝合金的填充尺寸，并按照尺寸加工出泡沫铝合金；

3在挖掘机大臂板材焊接过程中，将泡沫铝合金填充在大臂内部，并采用粘结剂将大臂与泡沫铝合金进行粘结。

一种填充泡沫铝合金的挖掘机大臂，在上述方法所确定的挖掘机大臂的填充位置填充有泡沫铝合金。

所述普通挖掘机大臂结构，挖掘机额定功率为110KW，大臂长度为5650mm，大臂各板材由不同厚度的16Mn钢焊接而成。

所述泡沫铝合金材料是将氧化的铝合金粉末与在加热气化过程中分离一种物质相混合而获得的。它具有以下优点：密度小，比刚度高，其抗弯比刚度为钢的1.5倍，阻尼减震性能高，冲击能量吸收率高。此外，其具有便于加工的优良特点，可锯、可切，可刨、可铣等，易加工成板材、条材，棒材及各种异型件。