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扦，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗扦是否采用變鉸點(diǎn)調(diào)節(jié)。 3、確定動(dòng)臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)。 對于

2、一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長度比可在很大范圍內(nèi)選擇。般當(dāng)K12時(shí)(有的反鏟取K13)稱為長動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)K11.5時(shí)屬于短動(dòng)比長斗桿力案。K1在1.52之間稱為中間比例方案。要求適用性較強(qiáng)而又無配套替換構(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、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、全伸長度與全納長度之比?？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11.61.7。取21.61.7；31.51.7。（二） 斗形主要參數(shù)的確定 當(dāng)鏟斗容量q一定時(shí)

3、，挖掘轉(zhuǎn)角，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)過角度所切下的土壤剛好裝滿鏟斗，于是斗容量可按下式計(jì)算： (4.1) 式中：土壤松散系數(shù)。（取 ）一般取: B=(1.01.4) (4.2)R的取值范圍：R=(1.31.6) (4.3)式中： q鏟斗容量，； B鏟斗平均寬度，m?？筛鶕?jù)表4-3根據(jù)斗容選取B值。 根據(jù)式（4.1）可得 值 鏟斗兩個(gè)鉸點(diǎn)K、Q之間的間距l(xiāng)24 4太大將影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度，一般取=0.30.38。由經(jīng)驗(yàn)公式知： ；當(dāng)鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而k2的取值較小，一般10 = KQV =95°115°（三）

4、動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定一般動(dòng)臂轉(zhuǎn)角可取1 = 120 °140°。彎角太小會(huì)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利。彎臂轉(zhuǎn)折處的長度比=ZF/ZC。要根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn)B的位置來考慮，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取=1.11.3或BC=1、 據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑值一般與的值很接近。因此要求，已知的和可按下列近似經(jīng)驗(yàn)公式初定和，即：由: 可得： l1 = k1l2 2、 在中已知、可得： 計(jì)算得 圖 3.1 最大挖掘半徑時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖3、動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比按不同的情況選取，專用反鏟取<0.8，所以這里我取=0.4。，加大根據(jù)要求可以初選斗桿液壓缸全縮時(shí)最大，如圖3.2所示，常選根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求可

5、選擇 圖3.2 最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖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)臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼緣加耳座上，B在Z的下面，初定，則在CZF中可以得到： 由圖3.2得最大卸載高度的表達(dá)式為：也可以寫成以下式子： （3-1）由圖3.3得到最大挖掘深度絕對值的表達(dá)式：也可以寫成以下的表達(dá)式； （3-2）將式（3-1）和（3-2）相加，消去得： （3-3）同時(shí)令 根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)代入得，可知：將A與B的值代入到式（3-3）中則得到以下式子： （3-4）又知特性參數(shù)： （3-5）則有關(guān) （3-6）將式（3-6）代入式（3-4）中則

6、得一元函數(shù)。式中是在設(shè)計(jì)任務(wù)書要求的，就是已知的，、A和B都先已選出或算出，由此式可解得： 再由式（3-2）可求得為：而與滿足以下方程： （3-7） （3-8）所以：=0.895 = -0.958一般情況下選擇是： 則解上式就可以得到。 對求得的值進(jìn)行驗(yàn)算： 則 的值滿足這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，說明了的值是可行的。由（3-7）和（3-8）兩式可知： 圖 3.3 最大挖掘深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖 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。一般來說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

7、；液壓缸全伸時(shí)的作用力矩應(yīng)足以支撐滿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)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之間。在滿足工作范圍和運(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)。一般說斗桿愈長，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及

8、的計(jì)算 根據(jù)斗桿挖掘阻力計(jì)算，并參考國內(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，取整個(gè)斗桿為研究對象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達(dá)式為： 圖4.1 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡圖 如圖4-1所示圖中，D：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；E：鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)；2：斗桿的擺角；l8：斗桿油缸的最大作用力臂。斗桿油缸的初始位置力臂e20與最大力臂e2max有以下關(guān)系:可見已定時(shí)愈大，和就愈小，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，初取=由圖4.1的幾何關(guān)系有： 而同樣由圖4.1所示可知，由余弦定律知： 3、斗桿其它相關(guān)尺的計(jì)算斗桿上EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素

9、和工作范圍,一般在 130°170°之間.初定 EFQ=150°,動(dòng)臂上DFZ也是結(jié)構(gòu)尺寸,按結(jié)構(gòu)因素分析,可初選 DFZ=10°. l8 = 2995 mm（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。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： 鏟斗切削半徑的計(jì)算： 2、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)算斗形其它的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖5.3所示 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，一般取H=L

10、，根據(jù)一般的取值范圍，斗尖角=斗側(cè)臂角，包角。表5.1參數(shù)/mm斗容量 q/0.651.0b 1100 1400 1250 1370 m 180 230 R 1070 1140 X1 341 300 X2 840 996 X3 1280 1410 L 855 960 常見鏟斗斗形參數(shù)參照表5.1可以計(jì)算的挖掘機(jī)鏟斗的各種參數(shù)。3、轉(zhuǎn)角范圍確定由最大挖掘高度和最大卸載高度的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角 代入數(shù)值得： 解得：最大轉(zhuǎn)角，其不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選=4、 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算 -搖臂的長度，-連桿的長度；-鏟斗的長度；-斗桿的長度；F-斗桿的下鉸點(diǎn)；G-鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；N-搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；K-鏟斗的上鉸點(diǎn)；Q-鏟斗的下鉸點(diǎn)。圖5.4 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖其中由設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知： 則有：和的確定 鏟斗的最大挖掘力阻力應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即 粗略的計(jì)算斗桿挖掘平均阻力 挖掘阻力所做的功： = （5.1