挖掘机驾驶室门的转动惯量、刚度、门锁质量、密封条及驾驶室内的气密性等均与门锁的可靠性相关,改变其中的任何一项参数都会影响门锁的可靠性。我们通过改进某型挖掘机驾驶室结构,使门锁故障得以消除。
1. 故障现象
我们对某新型挖掘机样机进行验证试验,当试验到 100h 后其驾驶室的门锁陆续出现锁芯卡滞、锁不住门等故障。拆解故障门锁后,发现锁体、锁杆变形,拉杆卡滞、脱落。门锁故障情况如图 1 所示。
2. 原因分析
该挖掘机配装了新开发的驾驶室,我们对其门锁质量、门锁安装尺寸及驾驶室结构进行了分析,以期找出门锁故障的原因。
(1)门锁质量
此款驾驶室门锁在旧款驾驶室上应用效果很好,未出现过批量损坏故障,且同批次门锁依然在旧款驾驶室上装配,没有出现故障。由此可初步判定驾驶室门锁没有质量问题。
(2)门锁安装尺寸
检测该挖掘机驾驶室门及门框的平面度小于2mm,安装时门锁拉杆操作灵活,对门锁装配的相关尺寸进行了检验,质量均合格。由此可判定门锁安装尺寸没有问题。
(3)驾驶室结构
对比新、旧两款驾驶室,发现新款驾驶室门的宽度比旧款驾驶室宽 158mm,新、旧款驾驶室尺寸对比如图 2 所示。
关闭门的惯性力为转动惯量与关闭加速度的乘积。驾驶室门加宽后,关闭门的惯性力必
然增大。为此,我们计算了旧款驾驶室门的转动惯量为 8.1kg·m2,新款驾驶室门的转动惯量为12.1kg·m2。如果新、旧款驾驶室门关闭时的加速度相同,惯性力的大小主要取决于门的转动惯量。由此可知,同一款门锁,安装在新款驾驶室上受到的惯性力比旧款驾驶室大出约 50%。
为了验证惯性力对门锁的影响,我们挑选了新、旧两款驾驶室各 1 台,在相同关闭加速度的情况下,分别对驾驶室门锁进行5000次开关试验。试验完成后,用钥匙开启门锁,新款驾驶室门锁锁芯有轻微卡滞,旧款驾驶室门锁开启自如,无卡滞现象。拆掉锁盖发现新款驾驶室门锁拉杆接头端有磨损痕迹,旧款驾驶室门锁拉杆机构无磨损痕迹。
我们对完成开关试验的新、旧两款驾驶室门进行淋雨试验,发现旧款驾驶室无漏水现象,而新款驾驶室门缝靠近门锁处有水渗出。测量新款驾驶室门和门锁的相关尺寸,发现门锁拉杆及驾驶室门已经变形。通过以上分析可知,新驾驶室门设计偏大是造成门锁损坏的主要原因。
3. 解决方案
针对新款驾驶室门惯性力大,关门时引起驾驶室门锁损坏及门变形的问题,最直接的办法就是更改驾驶室门的结构,使其与旧款驾驶室门尺寸相同。但是,由于驾驶室的模具已经开发完成,如果更改驾驶室门的结构,相关联部件的模具都会报废,其代价太高,为此需要从减小门锁受力和增加驾驶室门的强度等方面进行适宜的改进。
(1)密封条
我们检查驾驶室门,发现关门后门锁受力的大小与密封条的变形阻力有关,占关门力的 30%~ 50%。因此,可以通过增大密封条的阻力来消除一部分关门时的惯性力,达到降低惯性力对门锁冲击力的作业。
分析关闭驾驶室门的过程,其可分为 2 个阶段:第 1 个阶段是门与门锁未接触,门轴侧的密封条逐渐受到挤压,但密封条压缩量不大;第 2个阶段是门与门锁接触,关门推力发生突变。我们选用比原密封条硬度大的密封条,且将密封条的截面积加大,以增大密封条阻力。密封条压缩力与位移趋势曲线如图 3 所示。
(2)增设缓冲限位块
为了进一步降低门锁受到的冲击力,我们在门锁附近增设了 1 个橡胶材质的缓冲限位块,其结构如图 4 所示。该限位块采用 CR-12 氯丁橡胶制作,由内、外 2 块组成,具有缓冲功能。在驾驶室当门与门锁接触前这2块橡胶块开始接触,通过橡胶块的缓冲挤压,降低驾驶室门的冲击力,进而减小惯性力对门锁的冲击力。
(3)增加气压阻力
在驾驶室天窗及推拉窗关闭的情况下,驾驶室内产生气压阻力效应,对关门能量的影响较大,占关门能量的 30% 左右。为了增大驾驶室关门时的气压阻力,将驾驶室内底板上开口减小,并用橡胶套密封,使关门时驾驶室内的气压由原来的3Pa 增大到 5Pa。
(4)增加驾驶室门强度
为了消除驾驶室门变形的问题,还需要增加门的强度。对驾驶室模具进行局部修改,增加门板厚度及门裙边的高度,并将门锁安装位置的安装板加厚、加大,以增加门的强度。
4. 改进效果
我们对新款驾驶室进行改进和完善后,门锁故障大为降低,其可靠性与旧款驾驶室基本相当。目前,此款驾驶室在市场上已经应用 3000 多台,驾驶室门锁故障率极低。
作者:臧德江、刘永祥、任海波
来源:《工程机械与维修》2018年第一期
修机|某型挖掘机驾驶室门锁故障 原因分析及解决方案
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来源:匠客工程机械
挖掘机驾驶室门的转动惯量、刚度、门锁质量、密封条及驾驶室内的气密性等均与门锁的可靠性相关,改变其中的任何一项参数都会影响门锁的可靠性。我们通过改进某型挖掘机驾驶室结构,使门锁故障得以消除。
1. 故障现象
我们对某新型挖掘机样机进行验证试验,当试验到 100h 后其驾驶室的门锁陆续出现锁芯卡滞、锁不住门等故障。拆解故障门锁后,发现锁体、锁杆变形,拉杆卡滞、脱落。门锁故障情况如图 1 所示。
2. 原因分析
该挖掘机配装了新开发的驾驶室,我们对其门锁质量、门锁安装尺寸及驾驶室结构进行了分析,以期找出门锁故障的原因。
(1)门锁质量
此款驾驶室门锁在旧款驾驶室上应用效果很好,未出现过批量损坏故障,且同批次门锁依然在旧款驾驶室上装配,没有出现故障。由此可初步判定驾驶室门锁没有质量问题。
(2)门锁安装尺寸
检测该挖掘机驾驶室门及门框的平面度小于2mm,安装时门锁拉杆操作灵活,对门锁装配的相关尺寸进行了检验,质量均合格。由此可判定门锁安装尺寸没有问题。
(3)驾驶室结构
对比新、旧两款驾驶室,发现新款驾驶室门的宽度比旧款驾驶室宽 158mm,新、旧款驾驶室尺寸对比如图 2 所示。
关闭门的惯性力为转动惯量与关闭加速度的乘积。驾驶室门加宽后,关闭门的惯性力必
然增大。为此,我们计算了旧款驾驶室门的转动惯量为 8.1kg·m2,新款驾驶室门的转动惯量为12.1kg·m2。如果新、旧款驾驶室门关闭时的加速度相同,惯性力的大小主要取决于门的转动惯量。由此可知,同一款门锁,安装在新款驾驶室上受到的惯性力比旧款驾驶室大出约 50%。
为了验证惯性力对门锁的影响,我们挑选了新、旧两款驾驶室各 1 台,在相同关闭加速度的情况下,分别对驾驶室门锁进行5000次开关试验。试验完成后,用钥匙开启门锁,新款驾驶室门锁锁芯有轻微卡滞,旧款驾驶室门锁开启自如,无卡滞现象。拆掉锁盖发现新款驾驶室门锁拉杆接头端有磨损痕迹,旧款驾驶室门锁拉杆机构无磨损痕迹。
我们对完成开关试验的新、旧两款驾驶室门进行淋雨试验,发现旧款驾驶室无漏水现象,而新款驾驶室门缝靠近门锁处有水渗出。测量新款驾驶室门和门锁的相关尺寸,发现门锁拉杆及驾驶室门已经变形。通过以上分析可知,新驾驶室门设计偏大是造成门锁损坏的主要原因。
3. 解决方案
针对新款驾驶室门惯性力大,关门时引起驾驶室门锁损坏及门变形的问题,最直接的办法就是更改驾驶室门的结构,使其与旧款驾驶室门尺寸相同。但是,由于驾驶室的模具已经开发完成,如果更改驾驶室门的结构,相关联部件的模具都会报废,其代价太高,为此需要从减小门锁受力和增加驾驶室门的强度等方面进行适宜的改进。
(1)密封条
我们检查驾驶室门,发现关门后门锁受力的大小与密封条的变形阻力有关,占关门力的 30%~ 50%。因此,可以通过增大密封条的阻力来消除一部分关门时的惯性力,达到降低惯性力对门锁冲击力的作业。
分析关闭驾驶室门的过程,其可分为 2 个阶段:第 1 个阶段是门与门锁未接触,门轴侧的密封条逐渐受到挤压,但密封条压缩量不大;第 2个阶段是门与门锁接触,关门推力发生突变。我们选用比原密封条硬度大的密封条,且将密封条的截面积加大,以增大密封条阻力。密封条压缩力与位移趋势曲线如图 3 所示。
(2)增设缓冲限位块
为了进一步降低门锁受到的冲击力,我们在门锁附近增设了 1 个橡胶材质的缓冲限位块,其结构如图 4 所示。该限位块采用 CR-12 氯丁橡胶制作,由内、外 2 块组成,具有缓冲功能。在驾驶室当门与门锁接触前这2块橡胶块开始接触,通过橡胶块的缓冲挤压,降低驾驶室门的冲击力,进而减小惯性力对门锁的冲击力。
(3)增加气压阻力
在驾驶室天窗及推拉窗关闭的情况下,驾驶室内产生气压阻力效应,对关门能量的影响较大,占关门能量的 30% 左右。为了增大驾驶室关门时的气压阻力,将驾驶室内底板上开口减小,并用橡胶套密封,使关门时驾驶室内的气压由原来的3Pa 增大到 5Pa。
(4)增加驾驶室门强度
为了消除驾驶室门变形的问题,还需要增加门的强度。对驾驶室模具进行局部修改,增加门板厚度及门裙边的高度,并将门锁安装位置的安装板加厚、加大,以增加门的强度。
4. 改进效果
我们对新款驾驶室进行改进和完善后,门锁故障大为降低,其可靠性与旧款驾驶室基本相当。目前,此款驾驶室在市场上已经应用 3000 多台,驾驶室门锁故障率极低。
作者:臧德江、刘永祥、任海波
来源:《工程机械与维修》2018年第一期
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