液压挖掘机司机保护结构实验室试验研究

1、技术研究背景
　　当今工程建设市场对液压挖掘机的要求越来越以人为本，因为液压挖掘机作为一种大型的施工机械，在行驶作业时，常常会出现一些危险情况，危及司机的安全。如液压挖掘机作业时，机器顶部坠落树木、岩石等物体砸坏驾驶室而伤害司机，还有在坡道、沼泽地面作业或行驶时转向速度过快，造成机器翻车而使司机受到伤害。目前，针对液压挖掘机司机安全保护结构的试验主要有两种：一种是现场实验方法，另一种是依据国家标准进行实验室试验方法。现场试验方法结果是真实的，可得到有效的试验数据，但试验费用高且试验过程难以得到有效控制，所以大多选用实验室试验方法。现在中国的液压挖掘机产品出口到欧盟，必须通过CE认证，在通过CE认证的过程中必须有司机保护结构的检验，并且这个试验是强制的。因此研究开发出用于液压挖掘机司机保护结构实验室试验的装置是很有必要的。
　　依据国家及国际标准ISO10262：1998；GB/T19932-2005《土方机械液压挖掘机司机防护装置的试验室试验和性能要求》、ISO12117：1997；GB/T19930-2005《土方机械小型挖掘机倾翻保护结构的试验室试验和性能要求》、ISO3164：1995；GB/T17772-1999《土方机械翻车和落物保护结构的实验室鉴定挠极限量规定》等，通过对液压挖掘机司机保护结构的实验室试验要求进行研究，设计研发出了一种用于液压挖掘机司机保护结构实验室试验用的试验装置。目前，该装置已在山河智能检测中心使用，经过与吉林大学工程装备实验中心进行实验比对后，证实了该试验装置的高可靠性和准确性，且具有安全、高效的特点。
　　2、具体实施方案
　　2.1装置总体结构

　　该方案用于液压挖掘机司机保护结构实验室试验的装置所采用的技术方案参见图1及图2：主要部件包括卷扬机1、试验平台2、机器简易底盘3、带司机保护结构的司机室4、挠曲极限量DLV 5、拉绳位移传感器6、称重传感器7、千斤顶8、主架体9、钢丝绳10、试验落锤11、起重电磁铁12等组成。
　　2.2顶防护结构试验用落锤
　　试验验收基准I的落锤是由实心钢制成，带有球形的的接触面且直径不大于250mm，拥有所需的势能。为了获得所需的能量，参照GB/T19932-2005标准中8.1和图2来决定质量和下落高度值。对于验收基准I来说典型的质量为46kg。
　　试验验收基准Ⅱ的落锤由钢制成，为了获得所需的能量，参照GB/T19932-2005标准中8.1和图2来决定质量和下落高度值。对于验收基准Ⅱ来说典型的质量为227kg。但验收基准Ⅱ不适用于质量等于或小于6000kg的小型挖掘机器。
　　顶防护结构的保护特性是通过司机室或保护结构的耐冲击能力来评定。保护结构的任何部位在下列能量基准下的初次或以后的撞击下不得穿入DLV。
　　验收基准I：吸收的能量　　1365J
　　验收基准Ⅱ：吸收的能量　　11600J
　　如果顶防护装置被落锤穿透或进入DLV，该防护装置就被认为是试验不合格。
　　2.3试验仪器设备

表1：试验项目所需的仪器设备

　　3、主要创新特点
　　该实验室试验装置需解决的技术问题是针对液压挖掘机司机安全保护结构实验室试验的要求，而提供一种在试验时准确可靠，劳动强度小，自动化程度高，无安全隐患，通用性强，安装和拆卸方便的用于液压挖掘机司机保护结构实验室试验的装置。
　　3.1顶保护结构的创新
　　该装置顶保护结构试验是采用起重电磁铁12产生的强大磁力将试验落锤11吸住，由卷扬机1将起重电磁铁12和试验落锤11一起提升，直到试验落锤11提升到标准要求高度后，直接将起重电磁铁12断电使其失去磁力，便使试验落锤11在装置导向笼内实现自由落体砸向带司机保护结构的司机室4顶部，自动化程度大大提高，无试验安全隐患。
　　3.2称重传感器的创新
　　该试验装置在称重传感器7旁增加了拉绳位移传感器6，在进行司机倾翻保护结构试验缓慢加载时，通过专用的数据采集程序，能自动采集到称重传感器7和拉绳位移传感器6在加载过程中变化的数值，系统自动运算并直接在显示屏上显示出试验过程中的加载能量大小变化曲线，大大提高了试验效率。
　　3.3主架体的创新
　　试验装置的主架体9分为上、中、下三个部分，各部分之间采用螺栓连接，便于安装和拆卸。试验装置的主架体9整体设计成塔形，安装时无须周围的任何支撑而可以保持稳定。
　　4、试验过程及检验结果
　　以山河智能SWE38型液压挖掘机司机防护结构为试验样品，进行部分项目试验，介绍试验过程及检测结果。
　　4.1带司机保护结构的SWE38型液压挖掘机司机室试验样品
　　机器的最大质量：M=3800kg

　　DLV的位置由图3和图4确定。图3为DLV模型和具有司机保护结构的驾驶室骨架中的相对位置图，图4为座椅标定点SIP相对具有司机保护结构的驾驶室骨架的位置图。
　　4.2依据国家标准，部分检测项目检测指标确定
　　前保护结构吸收能量U1=700J　　
　　顶保护结构吸收能量1365J
　　倾翻保护结构侧向加载吸收能量
　　
　　4.3检测过程及结果
　　4.3.1前保护结构检测
　　前保护结构能量吸收检测时，