挖掘機(jī)工作裝置各部分的基本尺寸計(jì)算和驗(yàn)證

1、三、工作裝置各部分的基本尺寸計(jì)算和驗(yàn)證反鏟裝置的合理設(shè)計(jì)問(wèn)題至今尚未理想地解決。以往多按經(jīng)驗(yàn)，采取統(tǒng)計(jì)和作周試湊的方法，現(xiàn)在則盡可能采用數(shù)解分析方法。液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)是表示和衡量挖掘機(jī)性能的重要指標(biāo)，本文主要計(jì)算和驗(yàn)證鏟斗、動(dòng)臂、斗桿的尺寸。(一)反鏟裝置總體方案的選擇反鏟裝量總體方案的選擇包括以下方面：1、動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸的布置確定用組合式或整體式動(dòng)臂，以及組合式動(dòng)臂的組合方式或整體式動(dòng)臂的形狀動(dòng)臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。2、斗桿及斗桿液壓缸的布置確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變錢(qián)點(diǎn)調(diào)節(jié)。3、確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，即特性參數(shù)Ki=li八2。

2、對(duì)于一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長(zhǎng)度比可在很大范圍內(nèi)選擇。一般當(dāng)Ki>2時(shí)(有的反鏟取Ki>3)稱(chēng)為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)KiV1.5時(shí)屬于短動(dòng)比長(zhǎng)斗桿力案。Ki在i.52之間稱(chēng)為中間比例方案。要求適用性較強(qiáng)而又無(wú)配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的反鏟常取中間比例方案。4、確定配套鏟斗的種類(lèi)、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比是否需要調(diào)節(jié)。5、根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長(zhǎng)度與全納長(zhǎng)度之比入?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素一般取3=1.6i.7。取=i.6i.7;%=i.5i.7。(二)斗形主要參

3、數(shù)的確定當(dāng)鏟斗容量q一定時(shí)，挖掘轉(zhuǎn)角25，挖掘半徑R和平均斗寬B之間存在一定的關(guān)系，即具有尺寸R和B的鏟斗轉(zhuǎn)過(guò)25角度所切下的土壤剛好裝滿(mǎn)鏟斗，于是斗容量可按下式計(jì)io.qR2B(2-sin2)Ks算：2(4.i)式中：Ks土壤松散系數(shù)。(取Ks=i.25)一般?。築=(i.0i.4)3q(4.2)R的取值范圍：R=(i.3i.6)3/q(4.3)式中：q鏟斗容量，m3；B鏟斗平均寬度，R1可根據(jù)表4-3根據(jù)斗容選取B值。根據(jù)式(4.i)可得(H直類(lèi)別jj-0.0E0.10,150.20.00.50.65811.6L歐美種0.30.70.520.720.73口.gg0.94KIA1.2G1*5

4、1,65H本50種U.30.40,50,67。.好1L061.1?1,27i.eL77左寐6種0.660.78Q.S41.16中國(guó)】£種0.54。510,750.80.30.91Ulfi其它0911L4l.E推薦范國(guó)，低限0,R0.61J670.8k01.21.61粕限-一.0,60.891,01.21.4LS表2-6鏟斗兩個(gè)錢(qián)點(diǎn)K、Q之間的間距1244太大將影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗的反鏟斗平均斗It統(tǒng)諦值和推薦范圍結(jié)構(gòu)剛度，一般取k2=124/13=0.30.38。由經(jīng)驗(yàn)公式知：13=1.5則；當(dāng)鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而k2的取值較小，一般"io=/KQV=95-11

5、5°(三)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定一般動(dòng)臂轉(zhuǎn)角可取為=120140。彎角太小會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利。彎臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比K3=ZF/ZC。要根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸較點(diǎn)B的位置來(lái)考慮，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取K3=1.11.3或BC=171、11和12的計(jì)算據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑Rmax值一般與L+12+13的值很接近。因此要求Rmax,已知的13和E可按下列近似經(jīng)驗(yàn)公式初定11和12,即：由：Rmax：111213K%tttzb.(Rmax13).可得：12=11=k1121K12、141和142的計(jì)算在&CZF中已知%、11、k3可得：141=；11142=K3141：39=ZFC=arccos2M142

6、M11)1K；2K3cos：1計(jì)算得141142ZFC=180-CZF-CFZ圖3.1最大挖掘半徑時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖3、15的計(jì)算動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比K4按不同的情況選取，專(zhuān)用反鏟取K4<0.8,所以這里我取K4=0.4。豆11的取值對(duì)特性參數(shù)K4和最大挖掘深度Hmax及最大挖掘高度H2max有影響，加大加大5會(huì)使K4減少或使Himax增大這是符合反鏟作業(yè)要求因此基本用作反鏟的小型機(jī)常取«11>60根據(jù)要求可以初選0tli=62.5。斗桿液壓缸全縮時(shí)/CFQ=42%最大，如圖3.2所示，常選(U3241ax=160口1800根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求可選擇(Ot32-a8

7、Lax=1601圖3.2最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖/BCZ取決于液壓缸布置形式，如圖3,1所示。動(dòng)臂又液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能為零。動(dòng)臂單液壓缸在動(dòng)臂上的錢(qián)點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼緣加耳座上，B在Z的下面，初定/BCZ=5%則在CZF中可以得到：.BCF=12=ZCF-/BCZ=33.1-5=26.1由圖3.2得最大卸載高度的表達(dá)式為：H3max-YC.l1sin（-Imax_-11-2）I2sin（,32max,-Imax_8_11_2-180）-13也可以寫(xiě)成以下式子：H3max-Ya.I5Sin、工-I1Sin（Rmax_11-2）I2Sin（/r-32max-。1max_8-11-

8、2-180）-J3（3-1）由圖3.3得到最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式：H1max-YC-l1Sin（3min一二11一二2）一l2一l3也可以寫(xiě)成以下的表達(dá)式；H1max=l3l2l1Sin（7l1min-：11-：2）T5sin-：11一YA（3-2）將式（3-1）和（3-2）相加，消去|5得：H1max.H3max=l1Sin（Wmax一二，一二仔）.l2Sin（?min.二，2max一）11一二.8一二，.二）.ISin（二仔-Fmin,二力4(3-3)同時(shí)令A(yù)二111.12B=A.二8一二32max根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)代入得，可知:A=62,526,1、88.6B=88.6-160

9、9;=71.4將A與B的值代入到式(3-3)中則得到以下式子：H1maxH3max心Sin(i1max-88.6)Sin(88.6-)11Sin一B)-11=0(3-4)又知特性參數(shù):K4Sin二S1n1max:.Sin-1S1n1min(3-5)則有關(guān)Si”minSinmaxK41COSmin(3-6)將式（3-6）代入式（3-4）中則得一元函數(shù)f（»max）=0。式中Hmax與H3max是在設(shè)計(jì)任務(wù)Zmin=arccos7L).arccos(Xj2用52二：(3-7)=arccos2.2.2_2-24ir(3-8)所以：-=cos26.5=0.895：=cos163.4=-0.9

10、582；二2；二般情況下選擇是：a>P則解上式就可以得到。和P。二二1.2953：=0.3437對(duì)求得的。和P值進(jìn)行驗(yàn)算:二-1.639""1.6:-0.9516-1則。和P的值滿(mǎn)足這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，說(shuō)明了。和P的值是可行的。由(3-7)和(3-8)兩式可知:L1min15P624.310.3437二1816.44mmL1max"L1m1n-1.61816.44-2906.30mm17fLim1n=1.29531816.44-2352.83mm書(shū)要求的，就是已知的，11、l2、A和B都先已選出或算出，由此式可解得:Xmin=26.5Xmax=163.4再由式(

11、3-2)可求得15為：.5二sin11而Wmin與dmax滿(mǎn)足以下方程:2,1311sin(A-?1min)-YA-H1max圖3.3最大挖掘深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖至此，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的各主要基本參數(shù)已初步確定。（四）斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇1、斗桿參數(shù)的計(jì)算及選擇應(yīng)考慮的因素第一：保證斗桿液壓缸有足夠的斗齒挖掘力。一般來(lái)說(shuō)希望液壓缸在全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力始終大于正常挖掘阻力；液壓缸全伸時(shí)的作用力矩應(yīng)足以支撐滿(mǎn)載斗和斗桿靜止不動(dòng)；液壓缸作用力臂最大時(shí)產(chǎn)生的的最大斗齒挖掘力大于要求克服的最大挖掘阻力。第二：保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。對(duì)于以轉(zhuǎn)斗挖掘力為主的中小型反鏟，選擇斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)

12、斗挖掘時(shí)斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓缸的挖掘力能得到充分的發(fā)揮。第三：保證斗桿的擺角范圍。斗桿的擺角范圍大致在105°125n之間。在滿(mǎn)足工作范圍和運(yùn)輸要求的前提下此值應(yīng)盡可能小些，對(duì)以斗桿挖掘?yàn)橹鞯闹行蜋C(jī)更應(yīng)注意到這一點(diǎn)。一般說(shuō)斗桿愈長(zhǎng)，其擺角也可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前壁與動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于10cm。2、斗桿液壓缸的最大作用力臂I及的計(jì)算根據(jù)斗桿挖掘阻力計(jì)算，并參考國(guó)內(nèi)外同型機(jī)器斗桿挖掘力值，按要求的最大挖掘力確定斗桿液壓缸的最大作用力臂19,取整個(gè)斗桿為研究對(duì)象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達(dá)式為：62mab1PGma（121）

13、3P2ilia入圖4.1斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4-1所示圖中，D:斗桿油缸的下錢(qián)點(diǎn)；E:鏟斗油缸的上校點(diǎn)；F動(dòng)臂的上校點(diǎn)；少2：斗桿的擺角；18：斗桿油缸的最大作用力臂。斗桿油缸的初始位置力臂620與最大力臂62max有以下關(guān)系：e20e2maxl8cos：2maxl92二cosmx2可見(jiàn)I9已定時(shí)中2max愈大,e2和6,0就愈小，即平均挖掘力就越小。要得到較大的的平均挖掘力，就要盡量減少中2max,初取中2max=90由圖4.1的幾何關(guān)系有:cpL2min，2Lzmin=21Sin(壁)L2min中2l9sin(mx)2'2-1同樣由圖4.1所示可知,而L2max由余弦定律知:|

14、8TT+322max、L2minl9-2L2min19cos(?)3、斗桿其它相關(guān)尺的計(jì)算之間.初定斗桿上/EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍，一般在130°170/EFQ=150°,動(dòng)臂上/DFZ也是結(jié)本尺寸，按結(jié)構(gòu)因素分析，可初選ZDFZ=10°.l8=2995mm（五）鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇1、鏟斗主要參數(shù)的計(jì)算鏟斗的主要參數(shù)包括鏟斗的寬度b,切削半徑Rd。這兩個(gè)參數(shù)都可以用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：鏟斗寬度的計(jì)算:b=1.3q=13/0=81m20鏟斗切削半徑的計(jì)算:rd=1.44q=1.3440.8m4r482、斗形尺寸的計(jì)算根據(jù)鏟斗主要參數(shù)可進(jìn)一步設(shè)計(jì)計(jì)算斗形其它

15、的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖百=依2十bxyv-k(xR'圖5.3反鏟鏟斗計(jì)算尺寸圖中三角形OGE為等腰三角形，OA段直線，AB弧為拋物線，A點(diǎn)到直線EB的距離為H,拋物線定點(diǎn)高度為L(zhǎng),一般取H=L,根據(jù)一般的取值范圍，斗尖角P=22°斗側(cè)臂角九=40*,包角中=108%表5.1參數(shù)/mm斗容量,3q/m0.651.0b11001400Rd12501370m180230R，10701140X1341300X2840996X312801410L855960常見(jiàn)鏟斗斗形參數(shù)參照表5.1可以計(jì)算q=0.8m3的挖掘機(jī)鏟斗的各種參數(shù)。3、轉(zhuǎn)角范圍確定由最大挖掘高度H2max和最大卸載高度H3ma

16、x的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角中DOH2max-H3max=l(sin：do1)代入數(shù)值得：847058501448DOsin解得：do=50最大轉(zhuǎn)角中3max=VoQV,其不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選3max=1654、鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算ll2-搖臂的長(zhǎng)度，129-連桿的長(zhǎng)度；13-鏟斗的長(zhǎng)度；12-斗桿的長(zhǎng)度；F-斗桿的下錢(qián)點(diǎn);G-鏟斗油缸的下錢(qián)點(diǎn)；N-搖臂與斗桿的較接點(diǎn)；K-鏟斗的上校點(diǎn)；Q-鏟斗的下錢(qián)點(diǎn)。圖5.4鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖其中由設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知：K2=3=0.313則有：124=13K2=14480.3-434.4mmL3max和L3min的確定鏟斗的最大挖掘力阻力F3Jmax應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3Jmax=130KN3Jmax粗略的計(jì)算斗桿才g掘平均阻力F3Jmax13065KN2挖掘阻力F3Jmax所做的功W3J：W3J一F3max133max53.145=6.51051.4481652.7105N*m180(5.1)由圖5.4可知，鏟斗油缸推力所做的功W3：W3=RL3min=34106二40210上L3min(5.2)由功能守恒知鏟斗油缸推力所做的功W3應(yīng)該等于鏟