挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)

挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)/NUMPAGES18.挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u388一、基本要求 1219921.1鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 117268二、鏟斗基本參數(shù)的確定 2201862.1鏟斗長寬高的確定 2133052.2挖掘力計(jì)算 49304三、鏟斗幾何形狀 548563.1鏟斗的組成 5274053.2斗體曲線 634293.3兩種曲線的比較 89030四、結(jié)論 1013526參考文獻(xiàn) 12一、基本要求斗輪挖掘機(jī)的鏟斗在輪圈回轉(zhuǎn)一周的過程中,要完成切割、裝載和排空物料三項(xiàng)作業(yè)。切割時(shí)要求斗齒能迅速切入物料。為此鏟斗必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度,以便承受物料的反作用力。裝載時(shí)要求物料能較通暢地流人鏟斗(這樣可減少切割阻力),同時(shí)在物料充填鏟斗時(shí),既要填滿鏟斗空間,又不能產(chǎn)生過大的擠壓力,否則由于擠壓力的增大,會(huì)使鏟斗壁與物料的吸附力增大(在一定吸附系數(shù)下,吸附力與兩物體之間的正壓力成正比),造成排料時(shí)物料排不凈或撒料等情況。1.1鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下要求：有利于物料的自由流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等，斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。要使物料易于卸盡為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)該大于4，大50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)與下圖。斗齒的安裝連接采用橡膠銷式，結(jié)構(gòu)示意圖如下圖二、鏟斗基本參數(shù)的確定2.1鏟斗長寬高的確定斗容量q，平均寬度B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘滿轉(zhuǎn)角2是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)，R,B,2，三者之間有下幾何關(guān)系：式中土壤松散系數(shù)近似值取1.25，q=0.28m3，根據(jù)上式可由R,B,2中作任值求相應(yīng)第三值。其斗容量0.28m3，斗寬B=0.794m。根據(jù)已經(jīng)確定的斗輪挖掘機(jī)生產(chǎn)力輪圈直徑寬度轉(zhuǎn)速鏟斗數(shù)量及每只鏟斗的容量,即可確定鏟斗的寬度(B)長度(L)和高度(H)L:B≈1.3；所以可知L=1.0322mq=0.8BLH,式中q——鏟斗容量(立方米)把數(shù)據(jù)代入后，可求得H=0.339m求出L,H,B后,必須按輪圈的圓周速度及鏟斗個(gè)數(shù)來校核鏟斗處于輪圈正上方時(shí),物料是否能靠自重保證落入卸料區(qū)間。設(shè)每只鏟斗及其卸料空間所占的圓心角為a,每只鏟斗的卸料空間弦長為空(見圖1)。式中n——鏟斗數(shù)L——鏟斗長度（L=AB）R——輪圈半徑,然后根據(jù)物料拋物線軌跡,求出拋物距離式中H——鏟斗高度g——重力加速度t——物料落到輪圈所需時(shí)間v——鏟斗齒線速度若L空>,則所確定的L、B、H三參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求,若L空<S<、),則表明斗內(nèi)部分物料要外撒,必須修正H與L,重新校核,直至L空>。2.2挖掘力計(jì)算挖掘機(jī)的工作對(duì)象是土壤，設(shè)計(jì)和使用挖掘機(jī)時(shí)，都需要了解土壤的基本特性和切削土壤過程的一些基本知識(shí)。鏟刀或鏟斗的切削部分，以機(jī)械的方法將土塊或土層從土壤中剝離出來的過程，成為土壤切削。土壤切削是一個(gè)很復(fù)雜的過程。在楔形切削刃把土層從土壤中剝離的過程中，土壤受到擠壓和剪切，是被切離的土壤發(fā)生松散以及一部分受到壓縮。因而產(chǎn)生了土壤原始結(jié)構(gòu)的破壞阻力；土壤與土壤之間的摩擦力和土壤與切削刀具之間的摩擦力。切削過程中，土壤作用在切削刃上的力稱為切削阻力。為了研究方便，我們吧鏟斗和切削刃與土壤之間的摩擦力也當(dāng)做切削阻力的一部分。切削力與切削裝置作用在土壤上。其大小和土壤切削阻力大小相同，方向相反。土壤唄剝離后，將向鏟斗內(nèi)流動(dòng)。流動(dòng)過程中，土壤與土壤和土壤與切削裝置之間產(chǎn)生摩擦。同時(shí)，土壤的流動(dòng)收到鏟斗后壁的阻礙還會(huì)產(chǎn)生附加阻力。因此，機(jī)械的切削裝置除了客服上述切削阻力外，還有克服這些摩擦力和附加阻力。鏟斗工作時(shí)，這些附加力形成裝土阻力外。切削阻力和裝土阻力之和稱為挖掘阻力。不同的鏟斗，裝土阻力占挖掘阻力之比相差很大。轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化，根據(jù)資料提供的公式：式中C——表示土壤硬度的系數(shù)，IV級(jí)土取C=16~35，在此選31；R——鏟斗與斗桿鉸桿點(diǎn)至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，——轉(zhuǎn)都在挖掘過程中總轉(zhuǎn)交的一半——鏟斗瞬時(shí)轉(zhuǎn)角B——切削刃寬度影響系數(shù)，B=1+2.6B，其中b為鏟斗平均寬度，單位為厘米——切削角變化影響系數(shù)，A=1.3Z——帶有斗齒的系數(shù)Z=0.75X——斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)初步設(shè)計(jì)時(shí)，X=1.15D——切削刃擠壓土壤分力，據(jù)斗容量大小在D=10000~20000N范圍內(nèi)選取，選17000求得三、鏟斗幾何形狀3.1鏟斗的組成鏟斗由斗唇、斗體、斗框及耳子四部分組成(見圖2)(1)斗唇斗唇位于鏟斗的前部,斗齒裝在斗唇上。為了降低挖掘作業(yè)時(shí)的動(dòng)載荷,一般采用拱形斜切斗唇。為了減少對(duì)土巖的粘著性,斗唇寬度在強(qiáng)度允許的條件下必須盡量窄些,內(nèi)表面平滑些。斗齒與斗唇的連接必須牢固可靠,拆卸方便。(2)耳環(huán)用螺栓與輪圈固定(圖3)。第一輪設(shè)計(jì)時(shí),僅將耳環(huán)貼在輪圈側(cè)壁上。工作中發(fā)現(xiàn):由于切割時(shí)沖擊力的作用,使斗唇產(chǎn)生彈性變形,以致耳環(huán)竄動(dòng),擠壓螺母,造成拉毛螺檢螺紋,耳環(huán)孔眼變成橢圓等問題。為了克服這種現(xiàn)象,我們將耳子與輪圈的連接改為將鏟斗耳環(huán)擂人輪圈側(cè)壁中間再用螺栓緊固的方法(見圖3)。這樣挖掘時(shí)的沖擊力造成耳環(huán)竄動(dòng)的力即由輪圈兩側(cè)壁承受，防止了螺栓拉毛現(xiàn)象。(3)斗體斗體與斗唇固聯(lián)(一般采用燈接)。斗體的形狀直接影響物料的裝卸。對(duì)斗體的主要要求是:能減少切割物料時(shí)的阻力,使物料易于流入鏟斗并減少對(duì)斗壁的正壓力,接近斗口的脊背部分應(yīng)與切割方向平行,斗體的橫向截面積變化應(yīng)較小,接近鏟斗尾部的斗體脊背曲線的切線應(yīng)與斗口切線垂直。3.2斗體曲線本次所設(shè)計(jì)的WUD—400\700型斗輪挖掘機(jī)斗形選用某一大圓中的一段圓弧曲線作為斗體脊背曲線(見圖4)。該機(jī)在茂名油母頁巖露天礦挖掘頁巖及砂土混合物料時(shí),斗體上粘附物料十分嚴(yán)重。滿斗時(shí)經(jīng)壓實(shí)的物料在斗體上形成了一條十分光滑的曲線N(見圖5)。鏟除粘附物后繼續(xù)挖掘,發(fā)現(xiàn)粘附的物料在鏟斗中仍形成同樣的一條曲線。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)是一條類似橢圓曲線。圓弧和橢圓都是處處可導(dǎo)的光滑曲線,沒有死角拐點(diǎn)。但是圓弧曲線的曲率不變而橢圓曲線各點(diǎn)都不一樣(圖6)。橢圓參數(shù)方程是:式中a——橢圓的長半軸B——橢圓的短半軸根據(jù)參數(shù)方程可求得橢圓曲率當(dāng)0＜＜2/π時(shí)，＜0，這表明橢圓在第一象限的曲率是隨著角增大而單調(diào)下降的，因此，當(dāng)=0時(shí)，曲率最大，將=0代入上式中可知。為了保證脊背曲線在斗體尾部處的切線與水平線垂直。我們選取橢圓曲線時(shí),從它與長軸的交點(diǎn)A作為起點(diǎn)取弧AM為所設(shè)計(jì)的斗體后部曲線(見圖6)。在M點(diǎn)處，。弧AM曲線上哥哥點(diǎn)曲率的變化范圍是：。斗體所需的橢圓曲線,是根據(jù)鏟斗長度和高度及在斗口處所需求的切線與X軸(水平軸)的夾角刀來確定(見圖7)。設(shè)弧AM為所需斗體脊背曲線，長半軸：OA=a，短半軸：OB=b，則AC=L=a—X，MC=H=y，則橢圓方程為以x=a一L,v=H,m=tg代入上邊橢圓方程式得：，由此求得a,b，從而即可確定所需橢圓。為使斗體橫向截面收縮率較小,在確定脊背曲線后,還需要再確定斗體的拱形曲線及斗體底面框線。根據(jù)前面的分析,可以選用半圓弧的拱形曲線及變化緩慢的梯形框線(見圖8)。這樣就完成了鏟斗各部位的設(shè)計(jì)。3.3兩種曲線的比較(參見圖9,10)(1)分別將兩種曲線等分為12等分,計(jì)算各橫截面積和截面收縮率(表1)橢圓方程(2)分別求得圓弧曲線及橢圓曲線曲率表格一、兩種曲線的比較注：圓弧曲率為：K圓=1/R=1/680=0.0014705882當(dāng)a=1893.5毫米，b=614毫米時(shí)，橢圓曲率變化范圍是：0.000380842≤≤0.005022599再利用取慮公式和橢圓參數(shù)方程，求得弧AM上一點(diǎn)N，使得橢圓在此點(diǎn)的曲率與K圓相同（見圖11）。由的單調(diào)性可知弧MN的曲率都小于K圓，僅弧AN的曲率大于K圓。由計(jì)算得：AD=146.75毫米四、結(jié)論(1)橢圓曲線斗體的橫截面收縮率比畫弧斗體橫截面收縮率較小,也就是橢圓橫截面積的變化較緩慢,從而減少挖掘時(shí)物料對(duì)鏟斗壁的擠壓力,有利于鏟斗內(nèi)物料卸凈。(2)橢圓斗體曲率的變化中,只有在弧AN這段曲線斗體尾部上曲率才大于圓弧曲線的曲率,而這段曲線在x軸的投影只占斗長(L)的四分之一左右,其余四分之三都比圓弧曲線的變化更平穩(wěn)?？梢詽M足鏟斗在卸料時(shí)快而凈的要求。橢圓的離心率，以a=1893.5，b=614代入上式=0.9459此離心率很接近拋物線的離心率（e拋=1）若以斗體底部為坐標(biāo)原點(diǎn)，則可得拋物線為方程（圖12），以x=609，y=450(見圖10)得，則P=166.256而拋物線的焦點(diǎn)（F）坐標(biāo)為（p/2，0）即為（83.128，0）拋物線的曲率為：，＜0（x≥0）。當(dāng)P=166.256，0≤x≤609時(shí)，得0.002503≤K拋≤0.0060148，所以同樣能在拋物線上找到一點(diǎn)N’使得Kn’拋=K圓=1/680，同時(shí)求得弧ON’在X軸上的投影X=OC=129.5＜146.75（橢圓線上弧AN在X軸上的投影）從K拋關(guān)于X的單調(diào)性可知,在弧ON`上K拋>K圓,在弧N’M上K拋<K圓,且拋物線在M點(diǎn)的曲率小于橢圓在M點(diǎn)的曲率(0.0002503＜0.000380842)及N’點(diǎn)到斗口的水平距離也比N點(diǎn)(圖11)到斗口的水平距離大,這就表明拋物線在斗體前半部比橢圓前半部更為平坦,后半部比橢圓后半部變化劇烈。所以采用拋物線作為斗體脊背曲線要比橢圓脊背曲線更符合斗體的工作要求。另外,如果將拋物線旋轉(zhuǎn),構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面,則物料僅受平行于對(duì)稱軸的力作用時(shí),