ZE510E液壓挖掘機計算說明書

1、ZE510E/ESP液壓挖掘機計算說明書中聯(lián)重科（上海）挖掘機上海研發(fā)中心2012年06月8日目 錄第一章 總體參數(shù)計算1第二章 回轉(zhuǎn)裝置計算3第三章 行走裝置計算6第四章 工作裝置計算9第五章 整機穩(wěn)定性計算15總體參數(shù)計算一、功率計算1、發(fā)動機原始參數(shù)型號：ISUZU- BB-6WG1XQA-03S功率：278.1kW/1800r/min最大扭矩：1553N.m/ 1500 r/min2、液壓泵K5V200DPH1J3R-9NE4-4AV參數(shù)(1)主泵：最大流量Q：360 × 2 L/min最大工作壓力P：34.3（37）Mpa額定轉(zhuǎn)速：1800 r/min(2)先導泵：流量Q：

2、27 L/min最大工作壓力P：3.9 Mpa額定轉(zhuǎn)速：1800 r/min3、主泵輸入功率計算采用電控方式調(diào)節(jié)主泵功率。調(diào)節(jié)器可將主泵功率控制在一個最大值范圍內(nèi)，在充分利用發(fā)動機功率基礎(chǔ)上，避免過載導致發(fā)動機熄火。根據(jù)主泵功率曲線圖，主泵最大功率時，P0=23MPa，Q0=343L/min其中，液壓泵總效率=0.94 0.96，下同。 按照擬合的P-Q曲線，實現(xiàn)恒功率控制，此時：P0=18.7MPa，Q0=347L/min 主泵1和主泵2輸入功率：4. 先導泵輸入功率輸入功率5、功率校核風扇（水散、中冷）消耗功率為：8 kW;進排氣消耗功率為：2.1 kW（發(fā)動機標定）;電裝空調(diào)壓縮機功率為

3、：3 kW;發(fā)電機消耗功率為：1.2 kW；發(fā)動機功率富余量為：278.1-8-2.1-3-1.2-1.94-254=7.86 kW6、結(jié)論：采用電控方式調(diào)節(jié)主泵功率，在主泵恒功率控制下，發(fā)動機功率富余2.2%，完全滿足使用要求。第二章 回轉(zhuǎn)裝置計算 一、回轉(zhuǎn)平臺實際轉(zhuǎn)速 回轉(zhuǎn)馬達型號: Kawasaki M5X130CHB-RG14D 排量: 129.2 ml/r 最大工作壓力:28.4 MPa 減速比: 20.04 回轉(zhuǎn)機構(gòu)速比:I=20.04×=20.04×85/11= 154.854 式中:Z2_內(nèi)齒圈齒數(shù) Z1_小齒輪齒數(shù) 回轉(zhuǎn)平臺實際轉(zhuǎn)速：n實 =/154.85

4、4=8.54r/min 即：實 =8.54×2/60=0.89rad/s二、回轉(zhuǎn)平臺最佳轉(zhuǎn)速計算 在挖掘作業(yè)回轉(zhuǎn)角度,轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動慣量和回轉(zhuǎn)液壓功率給定的情況下,為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時間,轉(zhuǎn)臺起動力矩MQ與回轉(zhuǎn)角速度Q之間有一個最佳匹配的問題,這個最佳匹配的回轉(zhuǎn)角速度就稱為回轉(zhuǎn)平臺的最佳轉(zhuǎn)速. 1)平臺起動力矩MQ MQ=p·q·I·總/2 = 28.4×129.2×2×154.854×0.85/2 =153812N·m 式中，q馬達排量； p工作壓力； 總傳動的機械效率,取0.85；其中: M液壓馬達的機

5、械效率,取0.95； 減速機減速機傳動效率，取0.92； 齒圈內(nèi)齒圈傳動效率，取0.98； 2)平臺制動力矩MZ 由于摩擦力、效率、出口油壓的影響，對于液壓制動,制動力矩與起動力矩之比C=1.384 式中M液壓馬達的機械效率； 1減速機機械效率； 2回轉(zhuǎn)支承機械效率。 MZ=1.384 MQ=1.384×153812 N·m =212888N·m 川崎實際制動扭矩：874×2×154.854×0.92×0.98=244049Nm 3)行走部分與地面的附著力矩M M=4910G=4910×0.5×51=46

6、4314 N·m 式中附著系數(shù)，取=0.5 G整機重量,G=51 t取轉(zhuǎn)臺制動力矩的允許值 4) 回轉(zhuǎn)循環(huán)時間t 已知回轉(zhuǎn)機構(gòu)過載閥的調(diào)定壓力p=28.4 Mpa 按作業(yè)轉(zhuǎn)角=90°回轉(zhuǎn)循環(huán)時間:t=Q2(1+3/ R2+3/cR-1/ R3)+2 /Q為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時間t,令dt/dQ=0得,轉(zhuǎn)臺最佳轉(zhuǎn)速： nmax=式中，MQ平臺起動力矩， MQ=153812N·mJ0空斗時轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量, J0=590G5/3=590×515/3=413811 kg·m2 =1.627 (J-滿斗時轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量) =2.51 nmax= = =

7、0.81（rad/s） =7.74 r/min 即理論上轉(zhuǎn)速n=7.74 r/min時，作業(yè)循環(huán)時間最短。 第三章 行走裝置的計算一、接地比壓計算履帶尺寸: 單條履帶接地長度: H=4530mm 履帶板寬度: L= 700 mm 履帶高度：h=1126mm整機重量: G=51000kg×9.8= 499800N 履帶平均接地比壓: p = =0.0725 Mpa二、 行走速度計算 行走馬達型號為: 715C3K+KYB MSF340VP 工作壓力: P=34.3MPa 減速比: i=62.4 馬達排量: q小= 175.7ml/r q大=304.1 ml/r 馬達輸出轉(zhuǎn)速: n1=1

8、967 r/minn2=1136 r/min 驅(qū)動鏈輪節(jié)距： t0=228.6mm 驅(qū)動鏈輪齒數(shù)： 23 驅(qū)動鏈輪基圓直徑: DK=t0/sin180Z2=228.6/sin15.65=847.3mm =r，則有max= = 5.03Km/h min= =2.91 Km/h三、最大牽引力計算 液壓馬達最大輸出扭矩：Mmax=p·q·m1/=34.3×304.1×0.95/=1578 （N·m）p-液壓馬達的進出口壓力差，取34.3MPa；q-液壓馬達的排量，取q大=304.1ml/r；m1-液壓馬達的機械效率； 驅(qū)動輪的最大輸出扭矩： Mqma

9、x= Mmax·i ·m2=1578×62.4×0.91=89605 N·m i-傳動比； m2-行走減速機機械效率，m2=0.91。 一條履帶的最大牽引力：T= Mqmax /R=89605×0.85×2/847.3=179.78 （KN） 整機最大牽引力（兩側(cè)）： Tt=2T =2×179.78=360（KN）四、爬坡能力在爬坡時整機須克服如下阻力：1) 自重在斜坡方向分力WP=Gsin2) 運行阻力WY=0.12Gcos3) 履帶內(nèi)阻力Wn=0.06G則最大牽引力應不小于這些阻力之和，即TtWP+ WY+ W

10、此外還應滿足挖掘機在爬坡時不打滑的條件，即GcosF-履帶板與地面的附著系數(shù)，取0.8。由上，可得WP+ WY+ WnF ，即G(sin+0.12cos+0.06) Tt GcosT， 令Gcos= G(sin+0.12cos+0.06)得=31.37°代入式，得： 51×9.8×(sin31.37°+0.12cos31.37+0.06) =341KN360KN所以，整機在上31.37°斜坡時，牽引力能夠克服幾種阻力。Gcos=0.8×51×9.8×cos31.37°=341KN-履帶板與地面的附著系數(shù)，

11、取0.8。附著力等于克服阻力的牽引力，故挖掘機在爬31.37°的坡角時不會打滑。所以，=31.37°為挖掘機能實現(xiàn)的最大爬坡角。五、原地轉(zhuǎn)彎能力計算挖掘機原地轉(zhuǎn)彎阻力由兩部分組成，一部分為履帶在地面的轉(zhuǎn)彎阻力，另一部分為履帶的內(nèi)阻力， W=（0.700.80）G+0.06G 式中 -履帶對地面接觸阻力系數(shù),取=0.55 W=（0.80×0.55+0.06）×51×9.8=250< Tt=360kN故挖掘機在一般路面能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。第四章 工作裝置的計算一.反鏟工作裝置方案設計（一）、設計的基本要求：1. 反鏟斗容量為2.2m3；2. 動臂

12、機構(gòu)的鉸點布置；3. 其它要求與一般通用的反鏟工作裝置相同；（二）、動臂提升機構(gòu)主要參數(shù)確定圖中符號規(guī)定如下:l0 = AB 動臂提升油缸的最小長度；lmax= AC0 動臂提升油缸的最大長度； r4AC線與水平線之間的夾角； r5B0CB； L動臂鉸點C與動臂油缸鉸點A的距離； L0動臂油缸全縮時，動臂油缸力對動臂鉸點A的力臂; L1動臂鉸點與動臂油缸與動臂鉸點間的距離； L2動臂油缸全伸時，動臂油缸力對動臂鉸點A的力臂;引入下列無量綱參數(shù)： = lmax/ l0 ，= L/ l0 ，= L1/ l0，= L0/ l0，k= L2/ L0令: m = Cosr3=( L21+ L2 l02)

13、/2L1L p = Cos(r2+r3)=( L12+ L2 -lmax2)/2L1L則推導得出：此外， = L0/ l0=··Sin r3即有：L0= l0···Sin r3同理有：L2= L0···Sin (r2+ r3)/ 工作裝置鉸點位置代入計算結(jié)果如下：= L0/ l0=560.9/2260=0.2482= L/ l0=1032.4/2260=0.4568k= L2/ L0=723.1/560.9=1.2892= L1/ l0=3176.6/2260=1.4056注：在通用挖掘機上，考慮以反鏟、正鏟和起重

14、、裝載等作業(yè)為主要工作裝置時，可取=0.50.6，k=1；對要求在地下部分有較大挖掘力、挖掘深度時，值可適當縮小。動臂全伸、全縮的力臂比值k按不同情況選取，專用反鏟可取k0.8；以反鏟為主的通用機械，k=0.81.7。所以以上初選值合理。(三)、動臂提升機構(gòu)幾個初始參數(shù) 根據(jù)ZE510E 整機結(jié)構(gòu)參數(shù)和平臺尺寸，選定動臂與平臺鉸接點A的直角坐標值如下： XC=140 mm (自回轉(zhuǎn)中心量起) YC=2290mm (自停機平面量起)而按照ZE510E反鏟工作裝置在挖掘深度和挖掘半徑方面的基本要求，我們選定動臂的轉(zhuǎn)角范圍如下： r2min= -43° r2max=46° 所以動

15、臂的轉(zhuǎn)角范圍為： 1= r2max-r2min=46°-（-43°）=89° 動臂油缸斗桿油缸鏟斗油缸的缸數(shù)為：211； 采用重量輕，剛性好的整體彎動臂結(jié)構(gòu)； 按如上所推導解析式和選定的初始參數(shù)經(jīng)運算后得一組動臂提升機構(gòu)的主參數(shù)（動臂提升機構(gòu)各鉸點的位置幾個構(gòu)件的長度）。同樣，可得出一組斗桿機構(gòu)和鏟斗機構(gòu)的主參數(shù)（包括斗桿機構(gòu)和鏟斗機構(gòu)各鉸接點位置以及各構(gòu)件的長度）。工作裝置（動臂提升機構(gòu)、斗桿機構(gòu)和鏟斗機構(gòu)）各鉸接點位置以及各構(gòu)件的長度均參照ZE510E液壓挖掘機。 具體數(shù)值如下：DE=1816.5 mm DM=507.5mmML=720mm NL=719mmD

16、N=537 mm BD=3380 mm BM=2877.7mm BH=1151mmBC=7060mm BF=4237mmHI=1635mm FC=3176.6mmZE510E液壓挖掘機油缸的參數(shù)動臂油缸斗桿油缸鏟斗油缸油缸個數(shù)211油缸內(nèi)徑165 mm190 mm165 mm活塞桿徑115mm135mm115 mm油缸最大長度Lmax3830mm4740mm3140mm油缸初始長度L02260mm2755mm1870mm油缸大腔面積213.71cm2283.39cm2213.71cm2油缸小腔面積109.9cm2140.32cm2109.9cm2系統(tǒng)最大工作壓力37 MPa37 MPa37 M

17、Pa油缸閉鎖壓力39MPa39MPa39MPa油缸大腔推力790.7KN1048.5KN790.7KN油缸小腔推力406.6KN519.2KN406.6KN油缸大腔閉鎖力833.5KN1105.2KN833.5KN油缸小腔閉鎖力428.6KN547.2KN428.6KN油缸行程1570mm1985mm1270 mm= Lmax/L01.6951.7211.679注：考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運動幅度等因素的影響一般選取=1.51.7，個別情況因動臂擺角和鉸點位置要求可以取動臂1.6，而取斗桿=1.61.7，鏟斗=1.51.7。 斗桿工作全伸時，l/d>15，則需對斗桿油缸進行

18、穩(wěn)定性校核。根據(jù)液壓元件手冊 黎啟柏主編，冶金工業(yè)出版社、機械工業(yè)出版社P140，可知其所承受的壓力F不能超過保持穩(wěn)定工作所允許的臨界載荷，則應滿足下式： FFk/ nk式中：Fk活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力； nk安全系數(shù)，通常取nk=24，這里取nk = 3。斗桿缸按無偏心載荷、等截面計算：當l/kmn1/2時，可按歐拉公式計算，F(xiàn)k=n 2EJ/l2 式中：Fk失穩(wěn)臨界壓縮力； n末端條件系數(shù)，查表得n=1； E材料的彈性模數(shù)，鋼材E=2.1×1011Pa； J活塞桿橫截面慣性距，m4 。 對實心桿， J=d4/64=0.049×0.1354=1.63×10-5 m4 Fk=n2EJ/l2=2.1×1011 ×1.63×10-52/2.7552=4.44×106N 斗桿油缸挖掘時大腔受壓，此時壓力應為大腔的閉鎖力，故： F=1105.2 KN Fk/ nk=4.44×106/3=1480KN1105.2KN因此斗桿油缸穩(wěn)定性能夠達到使用要求。在實際挖掘過程中，斗桿缸穩(wěn)定行應按照斗桿最大轉(zhuǎn)角的1/31/2計算，但在這個轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，斗桿缸活塞桿的伸出長度不為最大