修机丨最全挖掘机“憋车”数据统计及对策

目前，市场中的国产挖掘机在使用一段时间后，不少设备出现柴油机掉速或熄火（俗称“憋车”)现象。相比较而言，外资品牌挖掘机出现“憋车”现象要低于国产挖掘机。对于国产挖掘机这种故障，将其燃油供油系统、油门控制系统、进排气系统等柴油机外围设备进行处理后，能够将大部分故障排除，但总有少数疑难故障难以解决，即使服务实力强大的柴油机配套公司也都束手无策。
国产挖掘机与外资或独资企业制造的挖掘机存在这种差异，令人百思不得其解。为了搞清楚这一问题的原因，我们对1994年以来的市场反馈的一些数据进行了整理、分析，以求为国产挖掘机“憋车”等问题的解决提供一些参考。

一、配套件配置概况

国内某工程机械主机厂1994—1999年生产的中型挖掘机产品，所有零部件均由国内供应商提供，故称之为全国产挖掘机。例如：柴油机曾采用F6L912（北内风冷）,液压系统主泵采用贵阳航空航天A8V80，主阀采用贵阳，液压缸采用丹东等地产的。
自2000年开始，该厂挖掘机使用的动力系统更换为原装进口康明斯B5.9（英国产），之后又采用原装道依茨BF6M1013E（德国产），期间，2种发动机配置并存。2004年之后，其动力系统全部更换为五十铃6BG（日本产）。
1999年底开始，该厂将全国产挖掘机的液压系统全部更换为日本川崎系统。2004年之后，开始使用日本川崎提供的ESS控制器，并增加了挖掘机3种功率模式的选择功能。期间又增加了破碎模式，并延续使用至今。

二、数据统计与分析

1.挖掘机数据采集概况
所采集的样本均为该厂13~40t的中型挖掘机，采集数据的时间点均在保修期之外。1994—2008年出厂的挖掘机共计1339台，其中1994—2000年全国产配置的挖掘机共计72台，2001年初至2008年7月共计1267台。同时抽查2014年至2015年上半年该厂中型挖掘机，以市场中的故障反馈信息为依据。本文隐去统计实际台数，统计状况按比例表示。该统计数量庞大，基本反映了2008—2015年这7年多来的总体情况。统计的项目包括挖掘机的工作小时、作业海拔高度、“憋车”的原因及解决方法等。

2.数据统计概况
（1）按时间段统计
将1994—2008年定为第一时间段，该段时间挖掘机“憋车”统计概况如表1所示。其中采集挖掘机数量为1339台，时间跨度约为15年。

虽然1999年前无档案记录，但二者的反差之大，确实说明了此阶段挖掘机“憋车”现象十分严重。2000年初至2008年7月，国产、进口部件混配的挖掘机各时间段发生“憋车”的概率如表2所示。

将2014年初至2015年上半年作为第二时间段。该时间段配置日本五十铃柴油机（配置增压器）、川崎液压系统中型挖掘机出现“憋车”每台平均工作时间为1786.6h，具体时间段统计结果如表3所示。其中A为“憋车”总台数占统计总台数的比例，B为各个时间段“憋车”挖掘机台数占统计总台数比例，C为各个时间段“憋车”台数与“憋车”总台数之比，D为2000h保修期前后“憋车”台数与总“憋车”台数之比，E为3000h保修期限后“憋车”台数与总“憋车”台数之比。

（2）按海拔高度统计
为了弄清海拔高度与“憋车”的关系 ，我们对2014初至2015上半年该厂挖掘机出现的“憋车”状况进行了统计，如表4所示。表4中，H为各区域挖掘机台数与挖掘机总数之比，I为各区域“憋车”台数与“憋车”总台数之比。

（3）按“憋车”原因分类统计
我们对2014初至2015上半年该厂挖掘机“憋车”原因进行了统计。统计时，将挖掘机“憋车”故障原因分为供油系统、电气系统、机械系统、进气与排气系统、操作和其他不明原因等几个方面。

J为各类“憋车”台数占统计总台数之比，K为各类“憋车”的工作时间总和与所有类型“憋车”工作时间总和之比。
故障原因分类统计结果如表5所示。

（4）按同一设备“憋车”次数统计
同时，我们又对2014初至2015上半年同一台挖掘机“憋车”的次数进行了统计。统计结果如下：发生2次及以上的“憋车”台数与统计总台数之比约为22.2％，发生2次“憋车”的最多，高达14.7%，其后占比依次降低。其中，发生2~5次“憋车”的台数约占总“憋车”台数的95.5%。

（5）按地区不同统计“憋车”
我们对2014初至2015上半年发生“憋车”的城市或地区（以下简称城市））进行了统计（统计表略去），结果如下：发生“憋车”的城市与所有统计的城市之比为76.2%，未发生“憋车”的城市仅占23.8%。若将10台以下城市不计入，则发生“憋车”的城市与统计的城市之比为94%，未发生“憋车”的城市仅占6%。未发生“憋车”的城市佳木斯、平顶山、信阳、黔南布依族苗族自治州、三门峡、吴忠等城市中，超过平均“憋车”时间1786.6h的只有佳木斯、平顶山2座城市。发生“憋车”的城市泰州、张家口、大理、铜川、思茅、庆阳、天水、赤峰、长治、德宏傣族景颇族自治州等城市中，只有天水统计的挖掘机平均“憋车”时间（2188.4h）超过了平均值。其中，思茅发生“憋车”最为严重，不仅“憋车”比例较高，而且平均作业时间较短。

三、疑难问题原因综述

根据统计结果可以看出，挖掘机“憋车”的原因主要集中在柴油机供油系统、油门控制电气系统和其他不明原因等方面。为防止挖掘机出现供油系统故障，使用者应选用质量高的柴油。为避免挖掘机出现油门控制电气系统故障，配件供应商和主机厂应努力提高相关产品质量。

现实中，对于其他不明原因引起的故障，技术人员采用调高柴油机输油量、调低液压泵功率、调校柴油机高压喷油泵的方案，实属无奈之举。对此问题应对对策，笔者认为还是应具体分析作业工况。

根据市场反馈的“憋车”故障可知，真正达到无法作业的数量很少。也就是说，机器是能作业的，所谓的频繁“憋车”也不过是每天一两次而已。即使“憋车”达到较为严重状态时，多数也不会引起挖掘机熄火。根据多年的跟踪经验笔者认为，国产挖掘机出现毫无规律的突然“憋车”，常与负载的突然增大有关。

挖掘机开始挖掘时，实际上是先利用楔形斗齿对原始土壤的挤压和剪切，使土壤（或其他物料）崩裂，而后铲斗底板以一定的速度沿着崩裂的缝隙跟进，最终实现成功挖掘，如图1所示。图1中，斗齿刃角θ、挖掘时的后角 φ之和被称为切削角。当铲斗以一定速度V进行有效挖掘时，会产生一个沿斗齿齿尖运动轨迹切线方向上的实际挖掘力F，而与挖掘力F相反的力称为切削阻力。可以想象，对切削角大于60°甚至接近180°原始土壤（坚硬土壤）而言，其切削阻力之大不言而喻。

当挖掘较深的壕沟时，由于驾驶员难以观察到铲斗状态，经常会导致切削角为负角，如图2所示。此时土壤在铲斗底板外面，挖掘机为无效挖掘，并且阻力十分大。

大量科学实验数据证明，切削角度越小切削阻力则越小，切削的速度V越快切削阻力越大，切削角在20°~60°范围内最适宜挖掘作业。同时土壤状态、性质不同，也会造成切削阻力有很大差异。
在对不同土壤进行实验获取大量切削阻力原始数据的基础上，可采用以下4种对策：一是对挖掘机工作装置姿态进行半自动控制，即采取人工驾驭与自动控制切削角相结合方式降低切削阻力。二是对斗齿尖运动轨迹及切线方向的线速度进行控制，以降低切削阻力。三是加强警示功能，让驾驶员在不合理挖掘（切削角过大）时能够得到提示。四是加强智能化控制，让挖掘机具有实际最小挖掘力记忆功能，即挖掘作业时具有工作装置姿态记忆功能，从而达到避免“憋车”、提高作业效率之目的。（本文来源《工程机械与维修》2016.02期，作者：阎子庚）