正鏟挖掘機(jī)說(shuō)明書

南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1引言課題爭(zhēng)論的背景和意義目前我國(guó)露天礦的開(kāi)采規(guī)模漸漸擴(kuò)大，為了適應(yīng)日益增大的礦用汽車鏟裝的需要，這就需要較大斗容的挖掘機(jī)，由于挖掘機(jī)愈大，每單位土石方的施工本錢愈低，此[1]。品，進(jìn)一步促進(jìn)工程機(jī)械的進(jìn)展[1]。液壓挖掘機(jī)爭(zhēng)論現(xiàn)狀及進(jìn)展動(dòng)態(tài)1南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文機(jī)并使之成為真正的挖掘機(jī)器人還是人們追求的目標(biāo)。由于挖掘作業(yè)中負(fù)載變化猛烈功率化進(jìn)展，從而滿足人類對(duì)大型工程的需求。國(guó)外的爭(zhēng)論現(xiàn)狀及進(jìn)展動(dòng)態(tài)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)展趨勢(shì)1950年在意大利生產(chǎn)了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)，由于其挖掘力量強(qiáng)、生產(chǎn)率高、通的一些公司開(kāi)頭研制大型礦用液壓挖掘機(jī)，其中以德國(guó)、法國(guó)產(chǎn)品居多。2國(guó)外液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)方法爭(zhēng)論現(xiàn)狀〔1〕設(shè)計(jì)理論和方法爭(zhēng)論及應(yīng)用。國(guó)外生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中，品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文壓挖掘機(jī)更換代的進(jìn)程，提高其牢靠性和耐久性。例如，德國(guó)Demag公司的H485型液壓挖掘機(jī)，0&K公司的RH-400型液壓挖掘機(jī)，Liebher的8994型液壓挖掘機(jī)，法國(guó)公司的1000CK工作牢靠性，研制過(guò)程中，進(jìn)展各種性能試驗(yàn)和牢靠性試驗(yàn)，包括構(gòu)件強(qiáng)度試驗(yàn)、系統(tǒng)試驗(yàn)、操縱試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)等，要通過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)試驗(yàn)和用戶評(píng)價(jià)，才進(jìn)展定型產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到批量生產(chǎn)的周期縮短到2～3年左右。承受構(gòu)造和材料，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)，仍是保證和提高液壓挖掘機(jī)性能的一個(gè)較重要的途徑[2]。國(guó)內(nèi)的爭(zhēng)論現(xiàn)狀及進(jìn)展動(dòng)態(tài)自20世紀(jì)80真和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)對(duì)于挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)理論與方法的爭(zhēng)論可歸納如下：[15]利用個(gè)人編制的軟件對(duì)液壓小型反鏟挖掘機(jī)各種[16]利用矩陣變換原理對(duì)單斗[17]對(duì)液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置各主要構(gòu)件[18]利用拉格朗日第方程對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置建立了挖掘作業(yè)過(guò)程中的力和運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系、掌握作業(yè)規(guī)劃和仿真供給了理論根底。3南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文是計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)(CAD)應(yīng)用中的一個(gè)重要方面。它運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，能依據(jù)產(chǎn)品[20][21]提出了利用優(yōu)化方法分析計(jì)算挖掘機(jī)在各種工況下[22]開(kāi)發(fā)了液壓正鏟突出的奉獻(xiàn)，浙江大學(xué)1988年開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于液壓挖掘機(jī)CAD的大型軟件系統(tǒng)，在此根底上于90年月初開(kāi)發(fā)了液壓挖掘機(jī)的集成化智能CAD系統(tǒng)；此外太原重型機(jī)械爭(zhēng)論所利用UG開(kāi)發(fā)計(jì)算6～8m挖掘機(jī)的三維仿真軟件；徐州工程機(jī)械爭(zhēng)論所利用I-DEAS軟件完成WY20整機(jī)、WY20A工作裝置的三維實(shí)體造型等。但是由于受客觀條件了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，但主要針對(duì)國(guó)內(nèi)小型液壓反鏟挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)做了大量工作。正鏟工作裝置設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。由于礦山條件惡劣，液壓挖掘機(jī)在礦山?jīng)]有得到來(lái)隨著液壓技術(shù)的進(jìn)展及液壓元件質(zhì)量的提高，大型液壓正鏟挖掘機(jī)在礦山才得到應(yīng)用，合理地設(shè)計(jì)工作裝置的主要構(gòu)件是行業(yè)進(jìn)展的需要。設(shè)計(jì)的工具軟件顯得格外必要[3]。本文爭(zhēng)論的主要內(nèi)容內(nèi)容包括以下五局部:挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。挖掘機(jī)的工作裝置具體的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。4南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文工作裝置各局部的根本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。工作裝置主要部件的構(gòu)造設(shè)計(jì)。銷軸的設(shè)計(jì)及螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)展選型2液壓正鏟挖掘機(jī)的根本組成和工作原理2.1所室；工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸組成，如圖2.2所示。圖2.1液壓正鏟挖掘機(jī)的根本組成5南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文圖2.2液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置工作。轉(zhuǎn)移工作場(chǎng)地時(shí)，操縱行走馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)完成移開(kāi)工作[4]。般的抱負(fù)過(guò)程。工作裝置構(gòu)造方案確實(shí)定具有必要的提升力矩和閉鎖力矩。6南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文主，這樣的構(gòu)造布置適合于向前推壓，液壓缸大腔進(jìn)油可以發(fā)揮較大的挖掘力。構(gòu)。挖掘機(jī)正鏟的鏟斗依據(jù)構(gòu)造和卸土方式可分為前卸式和底卸式兩大類。前卸式鏟斗卸土?xí)r直接靠鏟斗油缸使斗翻轉(zhuǎn)，土鑲從斗的前方卸出。這種構(gòu)45前卸式鏟斗還影響有效卸載高度。板)向上翹起，將土壤從底部卸出。用這種方式卸載，卸載高度大，卸載時(shí)間較短，直接與斗體相連接，簡(jiǎn)化了構(gòu)造，并在肯定程度上加大了轉(zhuǎn)斗挖掘力[5]。當(dāng)挖掘機(jī)挖掘比較松軟的對(duì)象、或用于裝載散粒物料時(shí)，正鏟斗可以換成裝率。裝載斗一般都是前卸式，不裝斗齒，以減小挖掘松散物料時(shí)的挖掘阻力。本設(shè)計(jì)中我承受圖2.3這一構(gòu)造。7南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文圖2.3液壓正鏟挖掘機(jī)構(gòu)造θ θ 2θ1θ3圖2.4液壓正鏟挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖正鏟挖掘機(jī)工作裝置的示意圖，承受直動(dòng)臂、直斗桿形式，鏟斗為前卸式。動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸在轉(zhuǎn)臺(tái)上的鉸點(diǎn)分別為CA，它們的位置以停機(jī)面為X整機(jī)回轉(zhuǎn)中心線為Y軸(圖b)缸兩只，鉸于斗桿中部。主要工作油缸的主要參數(shù)列于表2—1中。表2.15m3正鏟液壓挖掘機(jī)主要油缸的主要參數(shù)8南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文工作裝置運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析CFABL1

L1

和動(dòng)臂水平傾角

之間的關(guān)系1可用下式表示

cos a

〔2-1〕1 5 7 57 1 2 11l2l2L2 cos171

52ll75

1a a 2

〔2-2〕

-a11 2 1

11 2[6]。設(shè)動(dòng)臂油缸全縮時(shí)動(dòng)臂傾角為

1min

；動(dòng)臂油缸全伸時(shí)動(dòng)臂傾角為

1max

，那么在動(dòng)臂油缸由全縮到全伸，動(dòng)臂總的轉(zhuǎn)角為：1

1max

1min

〔2-3〕為了便于運(yùn)算和比較，仍用無(wú)因次比例系數(shù)、、表示，即L L l 1max； 1min； 7 〔2-4〕L l l1min 5 5代入式(2—2)可以得到動(dòng)臂油缸全縮和全伸時(shí)相應(yīng)的動(dòng)臂傾角值9南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文212min

cos1

a a 2

〔2-5〕2122max

cos1

a a 2

〔2-6〕而動(dòng)臂總轉(zhuǎn)角為2122

2

12cos1 cos1 〔2-7〕1

2 動(dòng)臂油缸伸縮時(shí)對(duì)C點(diǎn)的力臂也在不斷變化，由圖可知eLl1 1 7

lsinBCA5ll L2e7 5sinarccos7 5 1

〔2-8〕1 L 2ll1 75ABACe1

有最大值，此時(shí)e1max

lL為：5 1L=1

l2ll27此時(shí)的動(dòng)臂傾角為arccos

ll5a al2 117e

L1

時(shí)的力臂，則1maxe l e1 7sinarccos7 5

1 〔2-9〕L1max 1

2ll7510南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文綜上所述，動(dòng)臂傾角

e、力臂e和11 e

L1

的參數(shù)。1max斗桿運(yùn)動(dòng)分析FQCFDEL2

所打算。但是動(dòng)臂的位置隨動(dòng)FDL與斗桿、動(dòng)臂夾角2

之間的關(guān)系為222 8

9

2l8

lcos a9 2

a 〔2-10〕32 arccos2

8 92ll8

2a a 〔2-11〕 4 3縮到全伸時(shí)斗桿總的轉(zhuǎn)角為

，全伸時(shí)為

，那么當(dāng)油缸由全 〔2-12〕2 2max 2min斗桿油缸的作用力臂e2

也是可變值。eL llsinDFE2 2 8 9ll L2e 2

8 9sin(arcscos8L2

92ll89

2) 〔2-13〕EFDEe2

有最大值，即e2

lL為9 211南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文l2l2l28 92相應(yīng)的斗桿轉(zhuǎn)角為l2arccosl9a3a4 〔2-14〕28e用斗桿油缸相對(duì)力臂值〔即 2 e2max

時(shí)的力臂，則2e l L2e2

8sin(arcscosL2

8 92ll8

2) 〔2-15〕斗齒尖的幾種特別工作位置的計(jì)算最大挖掘半徑(圖2.5)這時(shí)CQV在同一條水平線上，而且頭桿油缸全伸，即2

；2max1 25 2a arcsin1 25 2

sin ； a22max 3 2844max最大挖掘半徑為R l l X 〔2-16〕max 44max 3 C最大挖掘半徑處的挖掘高度相應(yīng)為H YR C12南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文最大挖掘高度(圖2.6)

圖2.5最大挖掘半徑圖2.6最大挖掘高度

H2max

lmax

1max

a l Y26 3 C

〔2-17〕最大挖掘高度時(shí)的挖掘半徑R X l a 〔2-18〕H2 C 44max 1max 26假設(shè)最大轉(zhuǎn)斗角度不能保證QV垂直向上，即 5，則應(yīng)依據(jù)實(shí)際3max 2 1 2的 值求相應(yīng)的挖掘高度，如圖左上角所示，此時(shí)3maxH l2

max

1max

a )l26

1max

2YC

〔2-19〕最大挖掘深度(圖2.7)這時(shí)動(dòng)臂油缸全縮，頭桿FQ及QV垂直向下，即1最大挖掘深度為

，1min 2

，2 1min

。H Y2max C

lsin1

1min

l l2

〔2-20〕最大挖掘深度時(shí)的挖掘半徑為13南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文R X lH1 C1

cos

1min

〔2-21〕假設(shè)

2

1min

FQ。圖2.7最大挖掘深度停機(jī)平面上的最大挖掘半徑(圖2.8)QV線與地面交成角是一個(gè)重要的鏟斗參數(shù)，設(shè)計(jì)中應(yīng)認(rèn)真確定)，依據(jù)這種定義可知2.8停機(jī)平面上的最大挖掘半徑 ； a a，其中2 2max 1 26

Y

sinaarcsin14

C 3l

〔2-22〕南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 〔2-23〕3 2max 1這時(shí)停機(jī)平面上的最大挖掘半徑為R X l cosal cos 〔2-24〕Omax C 44max 3假設(shè) 2 ，則必需依據(jù)具體狀況重進(jìn)展計(jì)算。3 2max 13應(yīng)用舉例本章以液壓正鏟5m3挖掘機(jī)為例，對(duì)工作裝置參數(shù)進(jìn)展初步設(shè)計(jì)。結(jié)合2.4.1AX0動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度確定由式〔2-25〕L4.1m由閱歷公式計(jì)算結(jié)果如表3.1所示。表3-1

0

=2.56m。(0.98～1.1)(0.98～1.1)(0.8～0.95)=(0.48～0.60)4.0～4.53.3～3.92.0～2.54.253.402.5015南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文動(dòng)臂三維模型斗桿三維模型16南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定液壓正鏟5m3挖掘機(jī)的工作尺寸如表3.2所示。表3.2動(dòng)臂、斗桿及鏟斗機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角范圍如表3.3所示。表3.3油缸鉸點(diǎn)及行程確定動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定初取動(dòng)臂油缸全伸和全縮時(shí)的力臂比k1=1.6a 0。1 2

=1.1，油缸全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度比由動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)及行程計(jì)算得a11

30，由于A鉸點(diǎn)在平臺(tái)的端部，計(jì)算得l 796mm，lAC

2800mm，lBF

1450mm，L1min

1580mm，L1max

2660mm，動(dòng)L1

L1max

L1min

1080mm斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定初取斗桿油缸全伸和全縮時(shí)的力臂比k 1.1 ，油缸全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度比：217南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1.65， 3。2 3經(jīng)斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程計(jì)算得：L2min

1600mm，L2max

2660mm，斗桿油缸行LL1

L

1060mm。鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定初取斗桿油缸全伸和全縮時(shí)的力臂比k 1.1，油缸全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度比：2 1.6[16]。2L3min

1400mm，L3max

2320mm，斗桿油缸行LL1

L

920mm。工作裝置的位置模型建立現(xiàn)從動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)鉸點(diǎn)A動(dòng)身，借助各相關(guān)轉(zhuǎn)角1、2和3，建立各關(guān)鍵點(diǎn)B、C、D……V的位置模型，得到各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，從而為下一步的分析供給依據(jù)。以地面為橫坐標(biāo)，以回轉(zhuǎn)中心線為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系XOY如圖2.4所示。動(dòng)臂與平臺(tái)鉸點(diǎn)位置C確實(shí)定對(duì)由反鏟挖掘機(jī)改裝的正鏟來(lái)說(shuō)，動(dòng)臂鉸座往往就沿用反鏟動(dòng)臂的鉸座。一般，XC的趨勢(shì)。

>0)設(shè)計(jì)時(shí)，XC

、YCLL(2.3~2.7)3q 〔2-25〕qm318南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度確實(shí)定同上轉(zhuǎn)斗半徑l、l、l1 2 3

礎(chǔ)上推舉以履帶軸距L為根本長(zhǎng)度。機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定在動(dòng)臂長(zhǎng)度l1

、斗桿長(zhǎng)度l2

、轉(zhuǎn)斗半徑l3

及動(dòng)臂油缸與平臺(tái)鉸點(diǎn)C初步確定之后，斗桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、鏟斗機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍[6]。斗桿轉(zhuǎn)角

和2min

確實(shí)定2max

max

確定。最大轉(zhuǎn)角

應(yīng)當(dāng)不小于l2l2

(R l X

)22max

arccos1 2

max 32ll12

C (2-26) 依據(jù)停機(jī)平面上最小挖掘半徑R 確定所謂停機(jī)平面上的最小挖掘半徑2max Omax面而斗底平行于地面，在這種狀態(tài)下開(kāi)頭挖掘時(shí)的挖掘半徑。圖2.9停機(jī)平面上的最小挖掘半徑如圖2.9所示，這時(shí)斗桿和動(dòng)臂間的夾角為最小( )，鏟斗與地面相交成角2min(見(jiàn)圖2.7)，而斗齒尖V到回轉(zhuǎn)中心的距離為R 。從幾何推導(dǎo)可知Omin19南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文l244max

C

Y)2Q

(XQ

X )2C

(2-27)式中X 、YQ Q

——QX =RQ

lcos；Y23 2

lsin (2-28)3l244min

(YC

l3sin)R

lcosX 3 C

(2-29)l2 l2l22llcos

(2-30)44min 1 2 12 2min帶入式〔2-29〕整理后得l2l2

lsin)2(R

lcosX 2min

arccos1 2

C 32ll1 2

Omin 3

C (2-31)1

開(kāi)頭挖掘，因而最小挖掘半徑R 可能比前一種小加大了停機(jī)平面上的挖掘范圍在這種狀況下QV與Omin水平的夾角將增至。依據(jù)有的資料介紹，為使鏟斗簡(jiǎn)潔切人土壤，開(kāi)頭挖1掘時(shí)的后角可取為45～50。1應(yīng)當(dāng)留意不管鏟斗開(kāi)頭挖掘時(shí)的位置如何，必需以不碰撞履帶板為原則，因此R L

R

lcos

〔mm

〕 (2-32)Omin

2 cos 3式中R——驅(qū)動(dòng)輪半徑(毫米)；——履帶行走裝置水平投影的對(duì)角線與縱軸問(wèn)的夾角；——考慮轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)連桿裝置及余隙在內(nèi)的間隙，初步設(shè)計(jì)時(shí)可?。?00～400動(dòng)臂傾角

1max

和1min

確實(shí)定動(dòng)臂最大傾角

1max

依據(jù)最大挖掘高度H

2.5(2—17)和(2—18)經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出20南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1max

arcsinH

l

lY3

arcsinl2

sinl

(2-33)44max 44max因此先確定

可得 。1max動(dòng)臂最小傾角 。依據(jù)最大挖掘深度H 確定。由圖2.5和式(2—20)得到1min 1max1min

arcsinH

Y1max l1

l l2

(2-34)〔3〕鏟斗轉(zhuǎn)角

和

確實(shí)定轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求滿足工作尺才的要求即保證所要求的H H 、2max 1maxR 、R 等參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)；挖掘過(guò)程中能夠調(diào)整切削后角，保證工作正常進(jìn)展，max Omin滿足挖掘過(guò)程完畢時(shí)的轉(zhuǎn)斗要求及卸載要求。

必需滿足工作尺寸的要求3為滿足挖掘高度要求(圖2.5)

5

(2-35)3max 2為滿足最大挖掘半徑要求(2.4)

1max

2maxlsin3max

a28

arcsin

1 2max (2-36)l44max為滿足停機(jī)平面上最小挖掘半徑要求(2.8)3max

a2

12 (2-37) l a28arcsinl

1

sin (2-38)2minY Y

lsinC Qarcsin C 8

(2-39)l44min

l44min22 l Y lsin3maxarcsinl

1

sin 2min

C 3l

(2-40)2.6) 3min21南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 必需滿足挖掘過(guò)程中調(diào)整切削后角的要求3挖掘過(guò)程中隨著鏟斗向前運(yùn)動(dòng)，斗的切削后角1也不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變，為了保證挖掘正常進(jìn)展，斗底不應(yīng)與地面發(fā)生摩擦，即1a31min

〔2.10〕2又 a a3max 29 31l a29arcsinl3

sina312 l 3maxarcsinl3

sina a31 31將式a31

2

2 3arcsinl

cos

(2-41)3max 2

l3 2

必需滿足卸載要求3

圖2.10鏟斗運(yùn)動(dòng)方向與切削后角由于前卸式鏟斗和底卸式鏟斗的卸載方法不同，因此對(duì)轉(zhuǎn)角的要求也不同。為使卸斗于凈，前卸式鏟斗在卸土?xí)r要求斗底與水平相交成45以上的角(見(jiàn)圖2.5(2—35)得 5

3min 2

1max

2 4 22南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7

(2-42)3min 4

1max

2max圖2.11不同卸載方式對(duì)的影響3底卸式鏟斗卸土?xí)r可假定斗的后壁接近于垂直枚態(tài)，斗底按近于水平位置(圖2.11b)，因此要求 5

3min 2

1max

2max 2 2 (2-43)3min 1max 2max比照(2—42)和(2—43)可見(jiàn)，從卸土要求來(lái)看，底卸式鏟斗的轉(zhuǎn)角可比前卸式少45左右。必需滿足挖掘完畢時(shí)鏟斗后傾的要求340～45角，明顯QV2.72.12 a a()3max 28 l Y lsin3maxarcsinl

1

sin 2min

C 3l

+ (2-44)依據(jù)以上所得的公式(2—35)～(2—44)23南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文工作裝置油缸鉸點(diǎn)及行程確定動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定確定動(dòng)臂油缸及其鉸點(diǎn)位置時(shí)首先應(yīng)滿足動(dòng)臂變幅時(shí)力短和轉(zhuǎn)角的要求。圖2.13中設(shè)動(dòng)臂油缸全縮和全伸時(shí)的位置為AB1

AB2

AB1

L1min

；AB2

L 。2max再假定鉸點(diǎn)B不在動(dòng)臂中心線CF上，且FCBa(當(dāng)B在CF線下方時(shí)a 為“十，2 2那么由幾何推導(dǎo)可以求出工作時(shí)動(dòng)臂油缸的起始力臂e1q

和終了力臂e1c

的值：e l

sin

l l7

sin(a

a

)l7sina

a

(2-45)1q 7

L1min

11

1min

11

1mine l

sinl7l5

sin(a

a

)l7

a

(2-46)1o 7

L1max

11

1max

11

1max1min

(2—57)CF用負(fù)值代入。24南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文圖2.13動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)計(jì)算示意圖設(shè)起始力臂和終了力臂的比值為K，則e sina a K1qe

sin

a11a

1min

(2-47)或 sin(a a11 2

1o )1max

11sin(aK 11

2 1maxa 2 1min

) 〔2-48〕開(kāi)放并整理后得到a a

arctan

sin1max

sinK 1min

(2-49)11 2

cos cos K 1min 1max對(duì)式(2—48)、(2—49)可作如下分析：公式表示了、K、a11

、1max

、1min

諸值之間存在著肯定的依靠關(guān)系。當(dāng)其a11

值則K值下降因而對(duì)上部挖掘有利當(dāng)K不變降低a 值11會(huì)使

1max

加大而

1min

減小，對(duì)挖高有利。這些都說(shuō)明正鏟的a11

值應(yīng)當(dāng)比反鏟的小。但是假設(shè)工作尺寸已定，過(guò)多降低a11

值會(huì)對(duì)下部挖掘不利，甚至在下部挖掘時(shí)不能提起滿載斗；此外為了保證

1max

、1min

和K，降低a11

值就必需加大值，加大了油缸行程，對(duì)油缸的穩(wěn)定性也有影響。所以當(dāng)確定a11

值時(shí)必需全面考慮，籠統(tǒng)地給定正鏟或反鏟的a11

值是不恰當(dāng)?shù)?。?dāng)、、K等值固定，a 與a11 2

之間也存在肯定的關(guān)系，即a11

a為常數(shù)。2在反鏟上由于需要提高地面以下的挖掘性能，a2

值往往都是負(fù)值。因此加大a 可以1125南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文率的彎臂，a2

角主要按油缸在動(dòng)臂上的鉸接方式而定，有時(shí)油缸鉸在動(dòng)留下緣的耳a2

角有正有負(fù)，但角度一般部不大，因此對(duì)a11

的影響也不很大。綜合上述兩點(diǎn)，建議在初步設(shè)計(jì)中先確定動(dòng)臂構(gòu)造，初選a2

值，然后依據(jù)工作尺寸的需要，在確定

1max

、1min

根底上按公式(2—49)求合理的a11

值。一般狀況下正鏟的a 值不11大干45。值主要應(yīng)從油缸的穩(wěn)定性動(dòng)身選用，建議取＝1.6～1.7。由于正鏟主要挖掘地面以上土，終了力臂不能無(wú)視，故K值可建議在0.90～1.14設(shè)計(jì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)時(shí)合理地確定ABCACB1

和ACB中22.13)還能得到如下關(guān)系式L2 l2l21max 7 5

7 5

a 2 1max

(2-50)L21min

7

5

2l7

a5 11

(2-51)

a (2-52)11 2 1maxa11 2

1min

(2-53)令a a11

1max

，a a11

1min

代人上式，解聯(lián)立方程后得到2222cos2cos2cos2cos2422221K值確定了、、等比例系數(shù)和a21

要進(jìn)一步求出l、l7 5

L1min

L1max

中任一值就可以求得其它各參數(shù)。26南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文對(duì)于正鏟來(lái)說(shuō)動(dòng)臂油缸的主要作用是將滿載斗由任何可能挖掘的位置舉升到卸用力臂也接近于最大值e1max

ea

＝l5AC(l)。5l M

M C i

(2-56)5 s

n d2p11 41式中 MGC i

G1

、斗桿重量G2

G3

、連桿裝置重量G以及油缸重量G、G等。初步設(shè)計(jì)時(shí)這些重量和重心位置可6 4 5依據(jù)類比法確定；ds——油缸推力，s＝n 1 4

p，其中n、d1

分別為動(dòng)臂油缸數(shù)目和缸徑；1p——油缸和鉸點(diǎn)的機(jī)械效率，在初步設(shè)計(jì)時(shí)可取=0.85。將式(2—110)和(2—111)的結(jié)果代人式(2—57)，就能求得其余參數(shù)值。動(dòng)臂機(jī)構(gòu)還必需按以下兩種狀況進(jìn)展校核；1)動(dòng)筒在上部或下部極限位置時(shí)的舉升力量；2)主要挖掘范圍內(nèi)挖掘時(shí)動(dòng)臂油缸能供給的閉鎖力量(借助電算結(jié)合整機(jī)挖掘力分析進(jìn)展)。斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定選擇斗桿油缸在動(dòng)臂和斗桿上的鉸點(diǎn)D和E并確定斗桿油題的長(zhǎng)度L 和2minL 。2max2—15DE1

DE2

DE＝1L 。DE=L ，對(duì)F點(diǎn)的相應(yīng)力臂為e 和e 。也取比例系數(shù)2min 2 2max 2q 2o27南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文圖2.14確定提升機(jī)構(gòu)的示意圖圖2.15斗桿機(jī)構(gòu)計(jì)算示意圖L

2max

L2min

；l8則初始與終了力臂比K為

L l l2min 9 9eK= 2q

l8l9

L

a3

(2-57)e ll2o 8 9

L

2max

a a3 4或

(a3

a)4

K

a3

4最終得到

a

arctan

sinK

sin

(2-58)3 4

cosK

cos

2max28南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文式中a和a 相應(yīng)為DF、FC的夾角和EF、FQ的夾角。假設(shè)CF或FQ落在DEF的3 4鉸點(diǎn)的固定方式預(yù)先確定一個(gè)角則可按公式求出其次個(gè)角或者依據(jù)所求的a a3 4值結(jié)合具體構(gòu)造狀況分別確定各值。以使開(kāi)頭挖掘和挖掘終了時(shí)作用力臂大致一樣。1.6～1.7。同樣，由DFE和DFE可列出聯(lián)立方程1 2L2 l2

l

a] (2-59)2max 8 9 8 9 2max 3 4L22min

8

9

2l8

l 9

(a3

a] (2-60)4令 (a a)， (a a)，并將、、代人上式解聯(lián)立方2max 3 4 2min 3 4程后得到2222cos2cos2cos2cos2422221設(shè)斗桿油缸挖掘時(shí)需要抑制的切向挖掘阻力為W，那么1W K1 0

bh (2-64)式中 b——切削寬度(厘米)；平均切削深度(厘米)；K ——挖掘比阻力，取設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定的最硬土壤的挖掘比阻力值(公斤／0厘米)。假設(shè)鏟斗在行程L(厘米)中裝滿，那么在裝斗過(guò)程中消耗到挖掘土壤上的功為AW1

LK

bhLK0

KS106〔公斤米〕 (2-65)ks29南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文式中 q——斗容量(米3)；K 、k ——鏟斗的布滿系數(shù)和土壤的松散系數(shù)。S s明顯這個(gè)功由斗桿油缸來(lái)完成，而在此期間斗桿油缸所作的功為 ASL n2 2

2 pL4 2

(2-66)式中 S——斗桿油缸推力，S 24p是系統(tǒng)工作壓力；

p2

，其中n ，d2

是斗桿油缸數(shù)量和缸徑，——油缸和鉸點(diǎn)的機(jī)械效率，在初步設(shè)計(jì)時(shí)建議取2

=0.85；L60％的行程內(nèi)2L2

=0.6L2

其中L2

是斗桿油缸全行程。因此從作功動(dòng)身可列出平衡方程式L =dL =n 2

p

kq

6

S106 (2-67)2 4 2 02 k0 ks L=s2

s

(2-68)2 21L2minL

LL21L2

(2-69)(2-70)2max

1 2 l將式(2—69)、(2—70)和〔2-62〕所得的結(jié)果代入8就可求出l、ll 8 9

等值。所選購(gòu)油缸及斗桿機(jī)構(gòu)的其它參數(shù)應(yīng)按油缸極限位置時(shí)9

產(chǎn)生偽挖掘力進(jìn)展驗(yàn)算，此時(shí)斗桿油缸的挖掘力應(yīng)不低于斗桿挖掘時(shí)遇到的正常挖掘阻力。鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定挖掘不是主要的挖掘方式，因此在參數(shù)選擇時(shí)提出以下幾點(diǎn)作為參考：70100％的轉(zhuǎn)斗行程內(nèi)挖滿土；時(shí)鏟斗油缸具有必要的閉鎖力量；斗土重的兩倍。依據(jù)以上幾點(diǎn)，在初步設(shè)計(jì)時(shí)也可以用挖掘作功的理論來(lái)選擇鏟斗油缸參數(shù)。30南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文與斗桿機(jī)構(gòu)計(jì)算相類似，可直接列出鏟斗油缸的行程KL 3

kq S106s0 ks

(2-71)n3

3 p4 3式中 ——鏟斗油缸挖掘行程與全行程的比率，取0.7～1，其中大值適用于低卸式鏟斗，小值適用于前卸式鏟斗；KK值；0 0n ——鏟斗油缸數(shù)量及缸徑；3、d3——油缸和鉸點(diǎn)的效率。在具有連桿裝置的狀況下取s

=0.8～0.85。仍取油僅全伸和全縮時(shí)長(zhǎng)度之比為(161.7，則鏟斗油缸長(zhǎng)度為L(zhǎng)L

1 L1 31L3

(2-72)(2-73)承受類比法預(yù)先確定，再依據(jù)所需要的轉(zhuǎn)角及其與FQ連線的相對(duì)位置進(jìn)展校核。鏟斗三維模型31南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3.5PRO/E工作方式,如以下圖:液壓正鏟挖掘機(jī)三維模型液壓正鏟挖掘機(jī)三維模型32南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4結(jié) 論工作裝置是液壓正鏟挖掘機(jī)的重要工作部件，其構(gòu)造的合理性直接影響到挖掘機(jī)其應(yīng)用到液壓正鏟5m3挖掘機(jī)工作裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)中，主要結(jié)論如下：為挖掘裝載裝置。建立了工作裝置挖掘位置模型，并依據(jù)開(kāi)采工藝參數(shù)、初始參數(shù)及邊界條件等數(shù)和力能參數(shù)。。即鏟斗相對(duì)于斗桿轉(zhuǎn)角3190時(shí)，物料切向挖掘