挖掘机试验技术及评估方法

挖掘机试验技术及评估方法

挖掘机的制造必须要获得国家相关机构的许可及认证，才能允许投放市场销售。因此国家制定了相关挖掘机试验技术及评估方法。挖掘机试验的目的在于检查挖掘机产品的质量，确定各项实际参数，分析挖掘机的技术、经济指标，确定挖掘机在不同工作条件下的工作状况，以及研究采用新材料、新工艺、新结构的实际可能性。

一、试验分类及定义

根据试验的目的，可分为：

新样机型式试验：

确定新样机各项参数是否与设计相符，考核样机的可靠性，是确定样机是否进行小批量产或是供国家相关部门鉴定之前必须进行的试验；试验对象为新研发生产的样机。

小批试制性试验：

试验小批生产的挖掘机在各种条件下的运作情况，确定各项技术经济指标，以考核制造工艺；试验对象为小批生产试制样机。

出厂验收试验：

试验批量生产产品的参数和质量，检查工厂成批生产的能力和工艺稳定性；主要试验产品的主要性能参数，确定工厂的产品质量；试验对象为量产机器。

根据试验性质，可分为：

性能试验：

试验各项技术性能指标；

可靠性试验：

试验机械结构在各种工作条件下长期运转抵抗破坏的能力，考核工厂的制造质量、测定机械寿命；

研究性试验：

试验采用新材料、新零部件、新工艺的可能性；包括关重零部件试验台架试验等；

无论进行何种试验，都要按照国家规定的试验标准和规范，（或其他指导性文件如行业标准或企业标准），拟定具体试验大纲。试验大纲的内容包括：试验目的和要求、试验程序、试验步骤和试验条件，试验大纲中还要列出所要测定的项目和所用主要仪器设备。

二、试验项目选定原则

1、履带式挖掘机产品凡属下列情况之一者，在投入批量生产之前应根据国家标准或企业标准进行各项型式试验：

1)首台投入生产的；

2)产品停产1年后重新投产或转厂生产的；

3)主要结构、材料、关键工艺、重要结构、安全保护装置有较大改变，影响产品安全性能的；

4)不同型号规格的新产品；

5)国家质检总局根据有关法律、法规和安全技术规范提出型式试验要求的。

2、履带式挖掘机产品属下列情况者，应进行部分项目的型式试验：

1)已通过型式试验的产品，更换主要总成对安全、环保性能有影响的。

3、履带式挖掘机产品凡属下列情况之一者，不再进行型式试验：

1)已通过型式试验的产品，选装不同企业的配套件，且配套件主参数不变，经确认不影响安全、

环保性能的；

2)已通过型式试验的产品，经改进后，其设计、主要结构、主要配置相同，且安全、环保性能

和主要性能参数不发生变化的。

三、型式试验

型式试验包括整机性能试验和可靠性（工业性）试验两部分。整机性能试验的目的是考核样机是否符合国家颁布的规定和设计的要求。可靠性（工业性）试验又称为耐久性试验，其目的是考核样机的工作可靠性和主要零部件在实际作业时的寿命或者故障状况，针对试验过程发现的问题进行整改、改进。

履带式挖掘机在进行型式试验之前，必须完成各个主要部件和总成（包括发动机、液压泵、液压马达、液压缸、液压主阀、工作装置等）的台架试验，不然整机试验便缺少基础。而整机性能试验需要在具有试验条件的场地进行，可靠性（工业性）试验目前国内一般的企业都委托使用单位在工作现场进行，很少有企业在专门的试验场进行。随着挖掘机机型更新换代周期的缩短，以及试验设备和测试技术的发展，国外采用在实际工作环境中采集测试收集与处理大量挖掘机的应力载荷、振动等大量试验数据，并建立相应的试验台，在实验室内通过模拟工况进行模拟和强化试验，这样试验，不但适用于组件和部件，也适用于整机，利用先进的试验设备，可以将试验历程重复地复现。

模拟和强化试验的最大特点是能够模拟挖掘机在施工现场生产运转条件下的各种工况，进行快速试验，可以大大加快试验速度、缩短试验周期，并且还可以进行寿命预测。

四、整机性能试验

整机性能试验重点检测内容为挖掘机表现出的作业参数、作业效率等整体性能。包括：主机

外形尺寸及各项作业参数测定、整机重量及重心位置测定、接地比压测定、稳定性测定、挖掘力测定、回转试验、行走试验、爬坡性能试验、制动性能试验、最小转弯半径测定、作业循环时间和生产率测定、液压系统试验、应力试验、操纵装置操作力测定、驾驶室照明与视野、驾驶室噪音与振动等项目，综合叙述于下：

（一）基本尺寸参数和重量、重心位置的测定

基本尺寸参数是指机体外形尺寸参数和作业参数，其中作业参数对挖掘机工作性能起着决定性影响。由于工作装置的不同，各参数的重要性也不一致，例如，反铲装置的最大挖掘深度是极为重要的指标，而对正铲装置来说，最大挖掘深度只是一般指标。测定基本尺寸参数要注意参数的定义，例如，动臂长度是指动臂下铰销中心到上铰销中心的距离。

整机重量是反映液压挖掘机性能和经济效果的重要指标，整机重量液压挖掘机的三大主参数之一，反映着挖掘机的级别，通过整机重量指标，可以大致反映挖掘机的功率和斗容量，以及与作业尺寸之间的关系。

重心位置决定挖掘机静态稳定和作业稳定，影响机械工作性能和作业范围。根据国家标准规定，单斗液压挖掘机要根据铲斗最大外伸和最大回缩两种姿态来确定重心位置。

（二）作业性能试验

作业性能试验包括最大挖掘力，工作装置运动速度和作业状态下整机回转速度等的测定，以确定整机工作能力以及经济技术指标。

最大挖掘力按斗杆挖掘力和铲斗挖掘力两种情况进行测定，测定时发动机油门开到最大，根据设计时工作装置最大挖掘力位置进行多次调整动臂、斗杆、铲斗以及对应的三组液压缸之间的夹角，找出实际产生最大作用力的位置，然后利用测力计测定最大挖掘力，挖掘力的测试需要在挖掘力测试专用场地进行。

工作装置的运动速度利用相应液压油缸活塞杆的移动速度来测定，其测定工况时：①动臂提升：动臂从最低位置上升到最高位置；②动臂下降：动臂从最高位置下降至最低位置；③斗杆单动作：动臂、铲斗均不作业，单独操作斗杆，斗杆以动臂与斗杆的连接销轴Wie中心做全摆角运动，即斗杆液压缸的全行程运动；④铲斗单动作：利用斗杆液压缸条件斗杆与铲斗的连接销轴位置，然后铲斗油缸做全行程运动。

整机回转速度按照挖掘机空斗、半斗和满斗三种状态根据工作装置全缩合全伸两种工况进行回转，当达到稳定转速以后测量回转若干圈所需的时间，再进行回转制动，测量制动时间和转角，据以计算制动减速度。

（三）行走性能试验

挖掘机的行走试验在平坦路面上进行，挖掘机以三种工作液压缸全伸出状态按各档速度通过测试区，进入测区之前，要有一段适当的助跑距离，使挖掘机获得稳定速度。用光电传感器测定时间和距离，然后计算行走速度，测定直线行走性，一般规定直线行走50米，跑偏量不应大于5%。直线跑道要求平坦、清洁、干噪、坚实，履带式挖掘机应选用碎石土路面，跑道长度不

小于50 m，宽度不小于6m，纵向坡度不大于1%，横向坡度不大于1.5%。

爬坡性能试验时，挖掘机以最低档速度在平地上起跑，然后爬上150、200、250升坡，在坡道上仍需助跑一段距离然后进入测区，用光电传感器进行测试，计算爬坡速度和所需功率，履带式挖掘机的履带板带筋时应爬25°坡道，不带筋时应爬20°坡道，对于爬坡能力大于试验坡度的挖掘机，其功率和附着力均有潜力，可利用提高车速或加重物的办法，在该坡道上重复试验，直到发动机功率最大输出或挖掘机滑移为止，最后折算出最大爬坡角度。在最大坡道上，还要进行停车制动性能试验，测量挖掘机沿坡道下滑距离。对于行走性能和爬坡能力测试也可以用简单的秒表与皮尺完成。

平坦地面上，挖掘机以最低速度原地转弯，测量最小转弯半径，测点是外侧履带接地轨迹中点，若是轮式挖掘机，测量外设接地轨迹中心点所描出轨迹的半径。

（四）稳定性能试验

稳定性能试验就是测定挖掘机典型工况下的倾覆力矩。履带式液压挖掘机稳定性典型工况为前倾、后倾、侧倾，一般稳定性测试需要地磅和起吊测力装置。在上述工况下，分别测试力和倾覆点到载荷作用点水平距离，计算出倾覆力矩。

（五）液压试验及工作装置密封性能（沉降量）测定

液压系统试验的目的，在于确定系统的工作能力和系统效率，以评定所设计系统的性能，或通过对比试验分析研究各系统的主要特点，为挖掘机液压系统设计研究提供资料，液压系统试验主要是测定有关部位的压力、流量和温度，必要时，还要测量执行元件的线位移和或角位移，液压系统试验可以在整机上进行，也可以再专门的试验台上进行，液压系统试验通常需要进行行走试验、回转试验、作业试验和复合动作试验等。

液压系统的行走试验工况，包括平地行走，转向、原地转弯、高速运行突然制动、低速爬坡和下坡制动等工况下的系统压力、流量和稳定变化的测量，测试部位是液压泵的出口和行走马达、工作有缸的进出口。

液压系统的回转试验，以空斗最大挖掘半径和满斗工作装置全缩、平均伸出和全伸出等位置测定起动、匀速和制动减速时的压力和流量变化情况，此时要综合显示泵的出口压力与流量，回转马达进出口的压力和流量，转台的角位移，马达转速以及相应的时间段。

液压系统的作业试验室测定空斗和满斗状态下，动臂、斗杆和铲斗在全摆角范围内（若是满斗，铲斗摆角要限制）起动、匀速和停止操作情况下各液压缸的压力和流量的变化。此外，还要测定实际挖掘作业时，复合动作的系统压力、流量、角度度、角位移和液压缸活塞杆位移等的变化，由于复合动作比较复杂，通常只考虑三种工况：①在平地上，满斗从地面由动臂提升同时进行回转；②满斗在基坑中动臂提升然后回转；③反铲挖掘机在坡地上满斗由动臂提升并回转。

液压系统的试验台试验，可以是液压泵与马达的组合或液压泵与液压缸的组合，这样的试验台还可以进行单件试验。

工作装置的密封性能试验是考核各种液压缸在静载持续作用下的密封性，可以反映系统内渗外泄的程度，分为正向和反向沉降量，正向一般是将动臂举升到合适位置，斗杆最大外伸，铲斗装满土壤而最大收回，在持续一定时间内每隔若干分钟测量各个油缸两铰点的之间的距离，以及动臂、斗杆和铲斗的掉落尺寸，反向是空载，动臂抬升到合适位置，斗杆、铲斗一般都全伸。

（六）振动和噪音的测定

挖掘机工作时的振动和噪音是一种社会危害，需要采取有效措施。对于液压挖掘机来说，发动机和液压元件与系统是产生振动噪音的主要根源，测试研究工作也大多集中于这两部分的减振和消音。当然，其他传动机件和行走装置也产生噪音。

振动的测定

液压挖掘机的振动测定，主要是测定发动机在作业工况和行走工况下，向机体和周围传播振动的情况，鉴定挖掘机上各种仪表的耐振程度和驾驶室司机的工作舒适性。

机械振动的特性，一般可根据位移、速度和加速度来衡量，根据日本一些挖掘机制造厂和研究单位的推荐，认为振动加速度的极限值不应该超过下表：

测定部位极限振动加速度

司机座周围

仪表盘、阀类接点散热器、燃油箱<1g <3g <5g

现场振动测量中，往往是几种振动重合叠加在一起，若无法进行综合测定，则用位移测振仪求低频振动，用加速度测振仪求高频振动，读数容易清楚，易于进行振动分析。如能进行频率分析仪，更为方便。

2、噪音的测定

噪音对人体有害，工程上，通常将噪音分为司机的耳边噪音和离音源有一定距离（一般为30米）的环境噪音两种。不少国家队不同条件下的最大容许噪音有所规定，如美国规定有各种噪音下的容许工作时间，见下表;

噪音等级dB

每天允许工作

时间h

噪音等

级dB

每天允许工作

时间h

90 92 95 97 100 8

6

4

3

2

102

105

110

115

1.5

1

0.5

0.25或更短

一般来说，环境噪音规定为75 dB以下，耳边噪音规定为85 dB以下。

液压挖掘机噪音的主要源是发动机，液压系统及元件，常用的噪音测量仪器有声级计、频率

分析仪、自动记录仪和磁带记录仪等，其中声级计由于体积小、重量轻、携带方便，不但可以测量声级，而且可以与相应的仪器配套使用，进行频谱分析，在早已测音中得到广泛的应用。

挖掘机的噪音是根据挖掘机不工作而发动机运转，挖掘机在恶劣路面上开行和挖掘机进行挖掘机作业等三种情况分别用声级计的传声器放在规定的部位进行测量，测量时，发动机油门开到最大，测量的部位是司机耳朵附近（分驾驶室门开合驾驶室门关两种情况）和以挖掘机回转中心为中心，在7.5、15、30 m为半径的圆周上，测定挖掘机前后左右四方的环境噪音，传声器应放在离地1.0~1.2 m的高度上。必要时还须测试发动机和主泵附近的噪音。

一般说，噪音是各种不同频率的声音的混合声压等级，用声级计的网络特性加以修正以后，在可听频率范围以内，把噪音频率和声压等级绘成噪音频谱曲线。

（七）司机安全性和操作舒适性以及视野测试

司机安全性是指挖掘机在运转过程中（包括作业、运行等）能够保障安全，即使在特殊情况下（如溜坡、翻车）也不会导致严重的人身事故，要研究机械翻车时的滚翻保护结构（ROPS），重物坠落冲击保护装置（FOPS）以及制动、转向和过载保护等司机安全措施。

操作舒适性在于使司机在工作过程中始终保持高度效率，不因振动、噪音或其他原因而影响司机的正常工作状态。

司机的视野的测定时根据标准体型的司机，以正常姿态坐在司机座上，上体不倾斜，把可见范围在地面上标定，然后量出尺寸，用一定缩尺作图，测定时，动臂和斗杆提升到最高位置。此外还按同样的司机组态测定反铲作业时上方和下方的可见范围，也一定用缩尺作图。

（八）应力测量

结构件的应力测量大多采用应变片测量高应力区的应力，将导线式或箔式电阻应变片粘贴在所测试部位上进行应力测量是目前普遍采用的方法。根据所测部位的大小选用合适应变片长度是十分重要的。

目前常用应变片按照阻值分有120欧姆与350欧姆，按照结构形式有直片与花片，其中花片按照夹角主要有45°、90°、120°几种规格。具体选用原则是在主应力方向确定的部位选用直片，应力复杂部位选用花片。

（九）其他试验

如前所述，整机性能试验中，还包括操纵力与操纵范围测定等。

五、可靠（工业性）性试验

随着液压挖掘机生产水平的提高，提出了挖掘机可靠性，挖掘机可靠性是指挖掘机整机和零部件的使用耐久性和无故障运转，可以考核制造工艺的稳定性并对整机或零部件的寿命做出预测。

工业性试验的目的在于考核产品的工地适用性和使用可靠性。样机的工业性试验

还可以提供改进产品性能，提高寿命等试验资料对产品的改进具有重大意义。为缩短试验周期，应创造条件使工业性试验从施工现场的使用试验转向试验场试验，最终转到实验室试验。

工业性试验的主要内容是挖掘机长期工作的可靠性和完好率。根据国家标准规定，单斗液压挖掘机的工业性试验时间不得少于1000小时的作业，在试验期内，除正常维修保养以外，主要零部件不准拆换，连续3小时以上的作业时间总计不得少于总试验时间的80%。为此试验期间必须详细记录实际运转时间和维修时间、故障情况、故障原因、所拆换零部件名称、数量等，并记录作业油耗。

若是轮胎式液压挖掘机，运行试验的行车距离不应少于1500公里，其中以高速档在良好路面上运行的里程不少于1000公里，低速档在松软土路面运行里程不少于500公里，并记录油耗。工业性试验结束以后，整机及主要零部件进行解体检查，在解体检查之前，要对原始数据进行复查，以核对变化情况。

（一）可靠性试验

液压挖掘机可靠性试验的目的在于检验生产工艺的稳定性，确定重要零件的疲劳极限，研究损坏过程，比较各种工况下的运转耐久性，确定产品的极限工作状态，以及研究确定可靠性试验方法和规范等。可靠性的试验可以按照现场试验和实验室两种方法进行。

现场试验必须满足有足够数量的挖掘机在各种不同的条件下进行若干千小时的实地耐久性试验，才能保证试验结果的可靠。此外，还要有连续不断的自动记录，才能反映试验的全过程和各种特点，若是定时周期性观察记录，则有忽略某些重要数据的可能性。

现场试验的主要优点是载荷工况与实际工作情况完全符合，所得到数据经过科学分析和综合以后，有很大的可靠性。主要缺点是周期长，费用大，因为每台挖掘机的试验周期相当于整机和零部件的整个使用周期，此外，试验中掺杂了不少偶然因素而不能排除，试验条件也很难控制。随着挖掘机型式和数量的发展，可靠性试验的重要性愈来愈大，而且新型挖掘机的研制周期缩短，单单依靠现场试验来评价和保证可靠性，已经很不合适。当前，已探讨和采用有主要是实验室内进行的快速试验方法。这种快速试验室根据专门的方法，按照给定的程序对整机或零部件的原型或模型进行模拟试验，能够在较短的时间内和相当的费用下，获得符合要求的可靠性试验结果。由

于试验室可以几乎每天24小时连续运转，并且可以采取强化载荷工况和增加单位时间内载荷循环次数等办法来加快试验速度，因此，试验室快速试验可以大大缩短产品的研制周期、低耗而简单。其缺点是比较粗糙，不能精确地使实际使用载荷和故障情况如实地重现。

进行加速试验需要解决下述问题：（1）确定试验对象的载荷工况；（2）研究能够将这种载荷工况重复再现的一套技术装备；（3）确定由快速试验所得结果转换成使用条件下预期结果的转换系数。这些问题对液压挖掘机来说是很复杂的，因为挖掘机的使用条件差别很大，工作范围极为宽广，如何确定载荷工况，十分困难，即使是在稳定工况下，个别元件也会产生较大的载荷变化，此外，还有振动、温度变化和气候条件的影响，尤其是挖掘机整机试验，包含有许多零件、元件，每个零件、元件都有各自的快速试验准则，据以评价该件的可靠性，而整机试验所定的准则，不可能是每个零件、元件的最佳值，所以整机快速试验大纲要全面地综合地考虑主要总成的可靠性试验，同时为了不使挖掘机损坏的性质离开实际情况太远，通常采用试验载荷不超过最大实际载荷太多。

六、部件台架试验

挖掘机评价指标体系包含了机械的结构、（机械、液压、电控）性能、效率、外观、环保、安全等方面考核与评价。

履带式挖掘机型式试验的判定规则为：型式试验细则规定的所有试验项目单项全部合格，则综合判定为合格。