4M3电铲起重臂开裂原因分析及改造修复

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【摘 要】4m3电铲在使用过程中出现起重臂在不同位置处开裂，本文对开裂原因做详细的分析，通过对缓冲木连接方式的改进，解决起重臂底板开裂。

【关键词】电铲；起重臂；缓冲木；修复

1 起重臂使用环境

起重臂是电铲的重要部件，在挖掘、提升、开斗、尤其在啃根底、接大块、处理挡墙等工作时，起重臂受到冲击载荷，对起重臂损坏较大。在冬季生产中，环境温度变化大，最低温度达到零下25度，岗位人员由于操作不当造成铲斗撞击缓冲木事件频繁发生，是造成起重臂损坏的重要原因。2 起重臂结构

4M3电铲起重臂为单臂双铲杆结构，起重臂为Q235钢板焊接成箱型截面体，这种结构的优点是结构简单，易于加工，但加工过程中急剧加热和冷却对其结构的强度、断裂韧性和疲劳寿命影响很大，尤其在起重臂焊接处易产生断裂。

WK-4B型电铲缓冲木使用焊接方式与起重臂底板链接，当缓冲木受到冲击时，起重臂与缓冲木相接触的焊缝处受到较大的冲击载荷。

2.1 起重臂在正常作业过程中的受力分析

起重臂在作业过程中受到绷绳及提升钢丝绳方向的拉力，铲杆方向双向的作用力以及中间推压机构和自身的重力，起重臂与中盘连接处支撑力，如图示。

当电铲作业时，遇到根底、大块及爆破效果不好时，铲装阻力会急剧变化，而起重臂受到提升力F1和提升提升阻力F2以及铲杆向上的顶力N1和向下的拉力N2也随之变化，F1、F2和N1、N2的急剧交替变化是造成起重臂薄弱处开裂的主要原因。据相关资料显示，4M3电铲在挖掘过程中最大静提升力达到500KN左右，最大静推力达到230KN左右，经常出现挖掘力瞬间增大数倍，这时工作装置的推压、提升传动的运动速度急剧下降，受到反复变量冲击载荷会急剧增加。另外，电铲在提升（尤其是啃根底时），铲斗离开地面过程中，如果提升过猛，也会造成载荷急剧变化。在电铲接台阶上部大块时，大块重力和下降的冲击力同样造成起重臂受力急剧变化，这也是造成起重臂薄弱部位开裂的主要原因。

2.2 WK-4B型电铲起重臂中部受力分析

当铲斗由于操作原因撞到上缓冲木上时，上缓冲木受到冲击载荷F1，而作用在起重臂上的冲击力总和F2= F1=∑Fn，由于缓冲木和起重臂链接方式为焊接，除焊缝接触外，缓冲木底座和起重臂下部理论上是有一定间隙的，所以F2的构成由焊缝处的冲击力合成。

焊缝处受到的外力有：冲击力F的分力Fn，起重臂自重及工作时外力引起的拉应力f，由于电铲在工作中载荷急剧变化，拉应力f也在随之急剧变化。焊接过程中，由于热影响，钢板强度降低，焊接过程中的热裂纹等，造成焊缝处是起重臂底板面最薄弱的环节，所以WK-4B型铲在上缓冲木焊缝处开裂频繁。我矿使用的WK-4B型电铲3台，均在使用不到6月后，出现起重臂底面在上缓冲木焊接处开裂，多次补焊，未能彻底解决开焊的问题。

3 缓冲木的改进方案

由上述分析可见，起重臂中部开裂与缓冲木的安装结构关系非常大，电铲在作业中受力变化大，焊缝处又存在焊接影响和应力集中，所以解决起重臂中部缓冲木安装的结构是彻底解决起重臂下底面开裂的唯一途径。

我们通过增加起重臂底板强度的方式、缓冲木连接形式改变来解决上述问题。

3.1 加工起重臂底面贴板

选择与起重臂相同材质的钢板Q235，厚度选择为δ=10mm左右，纵向打破口与起重臂底板焊接，横向不焊接，在钢板两侧打φ20孔，打孔的数目按实际需求定。铁板的长度要求长出原缓冲木位置上下各100mm，宽度按照缓起重臂宽度下料。

使用气焊清理干净原焊接的缓冲木，使用磨光机将起重臂底面打磨平整，铁板打破口的两侧焊接，横向不做焊接处理，贴板打孔处要求错开起重臂裂纹处。

3.2 缓冲木底板及缓冲木安装

改变缓冲木与起重臂接触面积，由F=P*S.及P=F/S

其中：F-缓冲木上受到的冲击力；P-起重臂底板上受得单位压力；S-缓冲木底板与起重臂底面接触面积

焊接方式连接时，S的大小在理论上很小，接近直线，使用螺纹连接时，S的大小为可见面积。

改进后的缓冲木底板面积比原底板面积增大了，整体性能增强了，在受到外来冲击时，避免了单侧受力的情形。

在缓冲木底板和起重臂底板上使用钻打φ20孔，孔在缓冲木轴线方向均布，数量视情况定。

4 结束语

我矿使用电铲均出现不同程度起重臂开裂现象，在平时检修过程中，总结出了起重臂开裂的根本原因，2012年6月我矿5#电铲出现起重臂开裂，通过上述方法处理后，使用半年以来，运行良好，相同厂矿可以借鉴，

参考文献：

[1]周振丰.焊接冶金学.北京：机械工业出版社，2003.

[2]王磊.材料的力学性能.沈阳：东北大学出版社，2005.

[3]赵凤婷.工程力学.沈阳：东北大学出版社，2006.