挖掘机 工作装置各部分的基本尺寸计算和验证.doc

三、工作装置各部分的基本尺寸计算和验证反铲装置的合理设计问题至今尚未理想地解决。以往多按经验，采取统计和作周试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法。液压挖掘机基本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。（一）反铲装置总体方案的选择 反铲装量总体方案的选择包括以下方面：1、动臂及动臂液压缸的布置确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。 2、斗杆及斗杆液压缸的布置 确定用整体式或组合式斗扦，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗扦是否采用变铰点调节。 3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数。 对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。般当K12时(有的反铲取K13)称为长动臂短斗杆方案，当K11.5时属于短动比长斗杆力案。K1在1.52之间称为中间比例方案。要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。4、确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。5、根据液压系统工作压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全纳长度之比。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取11.61.7。取21.61.7；31.51.7。（二） 斗形主要参数的确定 当铲斗容量q一定时，挖掘转角，挖掘半径R和平均斗宽B之间存在一定的关系，即具有尺寸R和B的铲斗转过角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计算： (4.1) 式中：土壤松散系数。（取 ）一般取: B=(1.01.4) (4.2)R的取值范围：R=(1.31.6) (4.3)式中： q铲斗容量，； B铲斗平均宽度，m。可根据表4-3根据斗容选取B值。 根据式（4.1）可得 值 铲斗两个铰点K、Q之间的间距l24 4太大将影响机构的传动特性，太小则影响铲斗的结构刚度，一般取=0.30.38。由经验公式知： ；当铲斗的转角较大，而k2的取值较小，一般10 = KQV =95115（三）动臂机构参数的确定一般动臂转角可取1 = 120 140。弯角太小会对结构强度不利。弯臂转折处的长度比=ZF/ZC。要根据结构和液压缸铰点B的位置来考虑，初步设计时可取=1.11.3或BC=1、 据统计，最大挖掘半径值一般与的值很接近。因此要求，已知的和可按下列近似经验公式初定和，即：由: 可得： l1 = k1l2 2、 在中已知、可得： 计算得 图 3.1 最大挖掘半径时动臂机构计算简图3、动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比按不同的情况选取，专用反铲取<0.8，所以这里我取=0.4。，加大根据要求可以初选斗杆液压缸全缩时最大，如图3.2所示，常选根据本设计的要求可选择 图3.2 最大卸载高度时动臂机构计算简图取决于液压缸布置形式，如图3.1所示。动臂又液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼缘加耳座上，B在Z的下面，初定，则在CZF中可以得到： 由图3.2得最大卸载高度的表达式为：也可以写成以下式子： （3-1）由图3.3得到最大挖掘深度绝对值的表达式：也可以写成以下的表达式； （3-2）将式（3-1）和（3-2）相加，消去得： （3-3）同时令 根据以上求得的数据代入得，可知：将A与B的值代入到式（3-3）中则得到以下式子： （3-4）又知特性参数： （3-5）则有关 （3-6）将式（3-6）代入式（3-4）中则得一元函数。式中是在设计任务书要求的，就是已知的，、A和B都先已选出或算出，由此式可解得： 再由式（3-2）可求得为：而与满足以下方程： （3-7） （3-8）所以：=0.895 = -0.958一般情况下选择是： 则解上式就可以得到。 对求得的值进行验算： 则 的值满足这两个经验公式，说明了的值是可行的。由（3-7）和（3-8）两式可知： 图 3.3 最大挖掘深度时动臂机构计算简图 至此，动臂机构的各主要基本参数已初步确定。（四）斗杆机构基本参数的选择1、斗杆参数的计算及选择应考虑的因素 第一：保证斗杆液压缸有足够的斗齿挖掘力。一般来说希望液压缸在全行程中产生的斗齿挖掘力始终大于正常挖掘阻力；液压缸全伸时的作用力矩应足以支撑满载斗和斗杆静止不动；液压缸作用力臂最大时产生的的最大斗齿挖掘力大于要求克服的最大挖掘阻力。 第二：保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。对于以转斗挖掘力为主的中小型反铲，选择斗杆机构参数时必须注意转斗挖掘时斗杆液压缸的闭锁能力，要求在主要挖掘区内转斗液压缸的挖掘力能得到充分的发挥。 第三：保证斗杆的摆角范围。斗杆的摆角范围大致在之间。在满足工作范围和运输要求的前提下此值应尽可能小些，对以斗杆挖掘为主的中型机更应注意到这一点。一般说斗杆愈长，其摆角也可稍小。当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时，铲斗前壁与动臂之间的距离应大于10cm。2、斗杆液压缸的最大作用力臂及的计算 根据斗杆挖掘阻力计算，并参考国内外同型机器斗杆挖掘力值，按要求的最大挖掘力确定斗杆液压缸的最大作用力臂，取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂的表达式为： 图4.1 斗杆机构参数计算简图 如图4-1所示图中，D：斗杆油缸的下铰点；E：铲斗油缸的上铰点；F动臂的上铰点；2：斗杆的摆角；l8：斗杆油缸的最大作用力臂。斗杆油缸的初始位置力臂e20与最大力臂e2max有以下关系:可见已定时愈大，和就愈小，即平均挖掘力就越小。要得到较大的的平均挖掘力，就要尽量减少，初取=由图4.1的几何关系有： 而同样由图4.1所示可知，由余弦定律知： 3、斗杆其它相关尺的计算斗杆上EFQ取决于结构因素和工作范围,一般在 130170之间.初定 EFQ=150,动臂上DFZ也是结构尺寸,按结构因素分析,可初选 DFZ=10. l8 = 2995 mm（五）铲斗机构基本参数的选择1、铲斗主要参数的计算 铲斗的主要参数包括铲斗的宽度b，切削半径。这两个参数都可以用经验公式进行计算： 铲斗宽度的计算： 铲斗切削半径的计算： 2、斗形尺寸的计算 根据铲斗主要参数可进一步设计计算斗形其它的结构尺寸，如图5.3所示 图5.3 反铲铲斗计算尺寸图中三角形OGE为等腰三角形，OA段直线，AB弧为抛物线，A点到直线EB的距离为H，抛物线定点高度为L，一般取H=L，根据一般的取值范围，斗尖角=斗侧臂角，包角。表5.1参数/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 常见铲斗斗形参数参照表5.1可以计算的挖掘机铲斗的各种参数。3、转角范围确定由最大挖掘高度和最大卸载高度的分析，可以得到初始转角 代入数值得： 解得：最大转角，其不易太大，太大会使斗齿平均挖掘力降低，初选=4、 铲斗机构其它基本参数的计算 -摇臂的长度，-连杆的长度；-铲斗的长度；-斗杆的长度；F-斗杆的下铰点；G-铲斗油缸的下铰点；N-摇臂与斗杆的铰接点；K-铲斗的上铰点；Q-铲斗的下铰点。图5.4 铲斗机构计算简图其中由设计经验可知： 则有：和的确定 铲斗的最大挖掘力阻力应该等于斗杆的最大挖掘力，即 粗略的计算斗杆挖掘平均阻力 挖掘阻力所做的功： = （5.1）由图5.4可知，铲斗油缸推力所做的功： = （5.2）由功能守恒知铲斗油缸推力所做的功应该等于铲斗挖掘阻力所做的功； （5.3） 将式5.1和式5.2代入5.3中计算可得： 则： 剩余未选定的基本尺寸大部分为连杆机构尺寸，其应满足以下几个条件： 在三角形GFN中利用余弦定律：代入数值得：至此，工作装置的基本尺寸均已初步确定。