太原科技大學(xué)2t挖掘機(jī)設(shè)計(jì)

1、太 原 科 技 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目:2t單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 2014年 12 月 29 日目錄第1章 緒論- 1 -第2章 主要參數(shù)的確定- 3- 2.1動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇- 4 - 2.2斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇- 4 - 2.3 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇- 5 -第3章 動(dòng)臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定- 6 -3.1動(dòng)臂液壓缸的作用力- 6 -3.2動(dòng)臂液壓鋼的閉鎖力- 9 -第4章 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析及包絡(luò)圖的繪制- 16 -4.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析- 16 -4.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析- 17 -4.3鏟斗運(yùn)動(dòng)分析- 18 -4.4斗齒間運(yùn)動(dòng)分析- 19 -4.5包絡(luò)圖的繪制- 21 -參考文獻(xiàn)- 23

2、-第1章 緒論 早在1954年我國(guó)就已開始生產(chǎn)機(jī)械式挖掘機(jī),當(dāng)時(shí)的撫順重型機(jī)器廠(撫順挖掘機(jī)廠前身)引進(jìn)前蘇聯(lián)的機(jī)械式挖掘機(jī)W10012和W5012等國(guó)際20世紀(jì)3040年代的產(chǎn)品。由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要,后又發(fā)展10余家廠生產(chǎn),到1966年12年全國(guó)共生產(chǎn)了機(jī)械式挖掘機(jī)3000余臺(tái),后又延續(xù)生產(chǎn)到八十年代初。隨著我國(guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的增加和性能水平的提高,開始全面淘汰已生產(chǎn)多年的落后、笨重的中、小型機(jī)械式挖掘機(jī)。我國(guó)開發(fā)液壓挖掘機(jī)的時(shí)間是從1967年開始的(這與日本開發(fā)液壓挖掘機(jī)的時(shí)間差不多是相同的),早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WY100,貴

3、陽礦山機(jī)器廠的W4-60,合肥礦山機(jī)器廠的WY60(在此之前,個(gè)別工廠也曾嘗試開發(fā)液壓挖掘機(jī),但因多種原因未能成功)。到七十年代末八十年代初出現(xiàn)了長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠的WY160和杭州重型機(jī)械廠的WY250等液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品?？v觀我國(guó)液壓挖掘機(jī)近40年的發(fā)展歷史,大致可以分成以下幾個(gè)階段:(1)開發(fā)階段(19671977年):以測(cè)繪仿制為主的開發(fā)。通過多年堅(jiān)持不懈的努力,克服一個(gè)一個(gè)的困難,有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機(jī)終于獲得初步成功,為我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。(2)液壓挖掘機(jī)發(fā)展、提高并全面替代機(jī)械挖掘機(jī)階段(19781986年)。這個(gè)階段通過各主機(jī)廠引進(jìn)技術(shù)(主要是德國(guó)挖掘機(jī)制造技

4、術(shù))的消化、吸收和移植,使我國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)全面提高到國(guó)際70年代末80年代初的水平。全國(guó)液壓挖掘機(jī)的平均年產(chǎn)量達(dá)到1230臺(tái)。(3)液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加,新加入挖掘機(jī)行業(yè)的國(guó)有大、中型企業(yè)以技貿(mào)結(jié)合、合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進(jìn)日本挖掘機(jī)制造技術(shù)(19871993年)。由于國(guó)內(nèi)對(duì)挖掘機(jī)的需求量的不斷提高,新加入挖掘機(jī)行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進(jìn)挖掘機(jī)制造技術(shù),其產(chǎn)品批量或小批量的投放國(guó)內(nèi)市場(chǎng)或出口,打破了多年來主要由六大家挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)壟斷國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)市場(chǎng)的局面,形成了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競(jìng)爭(zhēng)。這個(gè)期間國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的年均產(chǎn)量提高到2000余臺(tái)。(4)國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)供需矛盾

5、日益擴(kuò)大,國(guó)外各著名挖掘機(jī)制造廠商看好中國(guó)市場(chǎng)紛紛前來創(chuàng)辦合資、獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)(1994年至今)。從1994年開始,特別到1995年在我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國(guó)卡特彼勒公司和日本神戶制鋼所率先在徐州金山橋開發(fā)區(qū)和與成都工程集團(tuán)公司合作在成都相繼建立了生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的中外合資企業(yè),隨后日本小松制作所、日立建機(jī)株式會(huì)社、韓國(guó)大宇重工、韓國(guó)現(xiàn)代重工業(yè)以及德國(guó)利勃海爾、德國(guó)雪孚、德國(guó)Atlas、瑞典Volvo公司等都先后在中國(guó)建立了中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。近幾年這些企業(yè)運(yùn)營(yíng)情況良好，發(fā)展速度很快。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中

6、國(guó)家,在其遼闊的土地上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè),這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù),而液壓挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械,因此在中國(guó)存在著一個(gè)巨大的液壓挖掘機(jī)現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)和更為巨大的液壓挖掘機(jī)潛在市場(chǎng)。近年來,我國(guó)液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量在不斷增加,1994年全國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量為2150臺(tái),1995年為2336臺(tái),1995年比1994年增長(zhǎng)了10%;而1996年產(chǎn)量達(dá)到了3104臺(tái),與1995年相比較則增長(zhǎng)了31%;1997年增長(zhǎng)了18%,1999年全國(guó)液壓挖掘機(jī)總產(chǎn)量達(dá)到6000臺(tái),與1998年相比較則增長(zhǎng)幅度達(dá)33%,從1994年到1999年五年液壓挖掘機(jī)年產(chǎn)量增加了三倍。1998年(特別是19

7、98年10月份以來)國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)形勢(shì)不斷趨好的原因是多方面的:首先是國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的陸續(xù)啟動(dòng)，投資不斷加大和資金到位,擴(kuò)大了內(nèi)需;其次是按照國(guó)外同一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的合資、獨(dú)資企業(yè)的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品,在不降低質(zhì)量要求的前提下,隨著國(guó)產(chǎn)化率的提高,產(chǎn)品成本有所下降,其性能價(jià)格逐步得到用戶的認(rèn)可和接受;另外,自1998年10月份以來國(guó)外二手挖掘機(jī)的進(jìn)口得到有效遏制,新機(jī)進(jìn)口嚴(yán)格審批,擴(kuò)大了國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)市場(chǎng)空間。還有一個(gè)重要原因,那就是廣大用戶,各級(jí)施工單位對(duì)液壓挖掘機(jī)在施工中的重要性和不可缺少性越來越明顯,用液壓挖掘機(jī)在眾多場(chǎng)合替代裝載機(jī)、推土機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)的合理性也越來越明顯。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的

8、不斷發(fā)展,對(duì)液壓挖掘機(jī)的需求量將逐年大幅度增加。在這里,我們還清楚地看到,中國(guó)廣大挖掘機(jī)用戶對(duì)液壓挖掘機(jī)的要求越來越高。以高性能價(jià)格比作為選擇機(jī)型的一個(gè)重要參數(shù),來獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 第2章 主要尺寸參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)要求：本次設(shè)計(jì)主要是參照YC85-8履帶式液壓挖掘機(jī)。主要對(duì)其反鏟工作裝置機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)各主要工作尺寸、各液壓缸閉鎖力進(jìn)行驗(yàn)算，并對(duì)工作裝置各部件運(yùn)動(dòng)及受力分析、工作裝置挖掘性能分析，驗(yàn)算主要工作尺寸及擺角范圍。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意整體參數(shù)要求：整機(jī)重量2000kg，標(biāo)準(zhǔn)斗容量0.09m3發(fā)動(dòng)機(jī)功率20kw，最大挖掘距離4.27m，最小回轉(zhuǎn)半徑1.86m，最大卸載

9、高度2.25m。對(duì)工作裝置的參數(shù)和幾何機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究；對(duì)液壓缸閉鎖力進(jìn)行驗(yàn)算，以調(diào)整使其達(dá)到要求；主要尺寸誤差不得大于3%；對(duì)動(dòng)臂、斗桿、進(jìn)行強(qiáng)度校核，應(yīng)滿足。工作裝置構(gòu)成1-斗桿油缸；2- 動(dòng)臂； 3-油管； 4-動(dòng)臂油缸； 5-鏟斗； 6-斗齒； 7-側(cè)板；8-連桿； 9-曲柄： 10-鏟斗油缸； 11-斗桿.圖 2-1工作裝置組成圖 圖2為液壓挖掘機(jī)工作裝置基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗5、連桿9、斗桿11、動(dòng)臂2、相應(yīng)的三組液壓缸1, 4,10等組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而

10、鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1動(dòng)臂尺寸參數(shù)的確定動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C位置的確定 表2.1機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表機(jī) 體 尺 寸 系 數(shù)名稱推薦值范圍轉(zhuǎn)臺(tái)底部離地高0.400.37-0.42臂鉸離回轉(zhuǎn)中心0.150.1-0.2臂鉸離地高度0.630.6-0.7臂鉸與液壓缸臂距0.300.25-0.32關(guān)于尺寸參數(shù)可按下式近似求得: 由于機(jī)重G=2t，查表可求出：的確定：反鏟挖掘，取=60°。動(dòng)臂缸下鉸點(diǎn)A位置的確定所以 初步確定動(dòng)臂長(zhǎng)度原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為動(dòng)臂和斗桿的夾角最大角即取圖2-2 最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖最大挖掘半徑 選動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比求

11、出 動(dòng)臂缸的伸縮比的確定考慮到結(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，取=1.6初選上下動(dòng)臂長(zhǎng)度之比，取=1.2動(dòng)臂彎角，取圖2-3 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖有三角形余弦公式可求出：ZC=1720，ZF=2858有最大挖掘深度和最大卸載高度確定動(dòng)臂最大仰角和最大俯角由原始參數(shù)可知：最大卸載高度.最大挖掘深度同類機(jī)型對(duì)比表 表2.2 各機(jī)型主要挖掘參數(shù)型號(hào)斗容量鏟斗挖掘力斗桿挖掘力機(jī)重XN60-70.2-0.337.728.4EC400.1423.520.4徐挖XCG60-70.214328竹內(nèi)TB1500.236.525.44.825竹內(nèi)TB1800.352.736.77.28山河智能SWE85/

12、85SU液壓挖掘機(jī)0.2847.742.26.5JGM9060.242.528.56.12.2斗桿尺寸參數(shù)的確定確定斗桿后部長(zhǎng)度 由表取p=207KN初選斗桿缸缸徑液壓系統(tǒng)工作壓力是26Mpa，假定液壓泵到液壓缸的壓力損失是500Kpa，液壓缸回油背壓是1000Kpa。將其代入上式得出： 求得：mm由幾何位置確定<EFQ=130°170°。斗桿上取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍，取必要的轉(zhuǎn)角范圍必要的開挖角（水平面以上0°30°）必要的挖掘轉(zhuǎn)角（90°110°）必要的挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（鏟斗的總轉(zhuǎn)角=150°180°

13、;）符合載荷變化情況開挖角范圍內(nèi)及處大于等于平均挖掘阻力25°35°之間大于等于最大挖掘阻力之后可不考慮，只要挖掘力大于零就行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無干涉（避免轉(zhuǎn)斗缸全伸時(shí)斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象）在鏟斗主要參數(shù)已知的情況下： 取初選 取初選共點(diǎn)時(shí) 此次設(shè)計(jì)采用共點(diǎn)時(shí)，初選鏟斗缸伸縮比，取 當(dāng)轉(zhuǎn)斗處于兩個(gè)極限位置時(shí)，作圖求出由于-<MM1,在油缸行程系列中取600mm，即：求得： 2.3鏟斗參數(shù)尺寸的確定 取鏟斗最大挖掘力轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)最大理論挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，常布置在處。最大挖掘力則大致出現(xiàn)在20°35°處，此次設(shè)計(jì)取20°則 因此 初取鏟

14、斗油缸直徑，由，可知所選油缸缸徑合適。鏟斗的主要參數(shù)有四個(gè)，分別是標(biāo)準(zhǔn)斗容量q、平均斗寬B、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿角2。四者的關(guān)系： 式中 標(biāo)準(zhǔn)斗容量，；平均斗寬，由表差值計(jì)算；轉(zhuǎn)斗挖掘半徑；土壤松散系數(shù)，取近似值為1.25；挖掘裝滿角，全面考慮有關(guān)因素，可以取=90o100o，取2=100o。表2.3反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍q（m³）0.10.150.20.40.50.61B(m)0.540.510.750.80.90.911.18將以上各值代入上式，計(jì)算得。鏟斗的特性參數(shù) ，太大將影響傳動(dòng)性，太小將影響剛度，當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)角較大時(shí)取較小值。取=0.35KQ=0.35

15、5;865=323mm一般取，取=110°根據(jù)鏟斗主要參數(shù)可進(jìn)一步設(shè)計(jì)計(jì)算斗形其他結(jié)構(gòu)尺寸，改變?nèi)切蜲EG的形狀可以獲得不同的斗形，圖2-4鏟斗計(jì)算簡(jiǎn)圖圖中三角形OGE為等腰三角形，OA段為直線，AB弧段為拋物線。A點(diǎn)至直線EB的距離為H，拋物線定點(diǎn)高度為L(zhǎng)，一般取H=L。斗尖角取值范圍一般為20°25°，斗側(cè)壁角取30°50°，包角取108°設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)，還應(yīng)綜合考慮鏟斗的主要用途和挖掘?qū)ο蠛侠磉x擇，鏟斗主要參數(shù)使鏟斗的挖掘阻力最小，作業(yè)效率最高。表2.3鏟斗的主要數(shù)據(jù)（mm）bmL20°108°40°

16、75086580785290570900638 第3章 動(dòng)臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定確定出動(dòng)臂液壓缸作用力和閉鎖力，就能確定出動(dòng)臂缸的缸徑。3.1動(dòng)臂液壓缸的作用力動(dòng)臂液壓缸應(yīng)保證反鏟作業(yè)過程中在任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的工作裝置到達(dá)最高和最遠(yuǎn)的位置。斗內(nèi)土重 取 表3.1 國(guó)內(nèi)幾種反鏟裝置的構(gòu)件近似質(zhì)量表序號(hào)斗容量（m³）質(zhì)量（t）動(dòng)臂（G1）斗桿（G2）鏟斗（G3）斗桿缸（G4）鏟斗缸（G5）連桿搖桿（G6）動(dòng)臂缸（G7）機(jī)重（G）40.150.2230.1790.0850.0550.0510.0170.055560.40.5980.2880.30.110.090.059

17、0.1211.6由于此次設(shè)計(jì)的斗容量是q=0.09m³，采用插值法確定各構(gòu)件的重量，如下表 表3.2工作裝置各構(gòu)件質(zhì)量表動(dòng)臂（G1）斗桿（G2）鏟斗（G3）斗桿缸（G4）鏟斗缸（G5）連桿搖桿（G6）動(dòng)臂缸（G7）機(jī)重（G）0.2140.1770.0330.0420.0420.0070.0393.4依據(jù)以下三個(gè)位置動(dòng)臂液壓缸的舉升力：1、 工況一：從最大挖掘深度處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力，圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測(cè)得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對(duì)動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖3.1各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值見表3.4表3.3各作用力的近似力臂值

18、表（mm）土動(dòng)臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動(dòng)臂缸力臂2372.21708.02862.42562.32553.12986.02850.9746.9404圖3-1動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況一）對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有： 即：求得：2、 工況二：從最大挖掘半徑處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力，圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測(cè)得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對(duì)動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖3.2各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值見表3.4表3.4各作用力的近似力臂值表（mm）土動(dòng)臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動(dòng)臂缸力臂5101.01642.03986.45342.52439.94

19、682.35462.0709.1447.7圖3-2動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況二）對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有： 即：求得：3、 工況三：從最大卸載高度處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力，圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測(cè)得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對(duì)動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖3.3各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值見表3.5表3.5各作用力的近似力臂值表（mm）土動(dòng)臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動(dòng)臂缸力臂4357.2832.62675.94357.21298.33406.54189.2388.7305.9圖3-3動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況三）對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有： 即：求

20、得：綜上所述，動(dòng)臂缸最大舉升力初選動(dòng)臂缸缸徑 ，液壓缸伸縮比i=1.46，活塞桿較細(xì)，動(dòng)臂在舉升的過程中活塞受壓，在此需對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性分析，由于工況一活塞桿全縮，滿足穩(wěn)定性，故只對(duì)工況二和工況三做穩(wěn)定性分析。動(dòng)臂缸活塞桿選用A5鋼，查資料可知： 工況二：由圖9.2測(cè)出動(dòng)臂液壓缸的長(zhǎng)度由時(shí)，由歐拉公式 (3-1) 式中 活塞桿計(jì)算柔度 長(zhǎng)度折算系數(shù)，取決于液壓缸的支承狀況，參見液壓元件表 取=1 活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度，即 E活塞桿材料的縱向彈性模量（Pa），對(duì)硬鋼，E= 活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑，其中A為斷面面積（） I為斷面最小慣性矩（），對(duì)圓斷面， 所以求得 液壓缸的穩(wěn)定條件是： (3-2) 式中

21、 P-活塞桿的最大推力 -液壓缸穩(wěn)定臨界力 -穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=24，取=4,顯然大于P，所以在此工況下活塞桿滿足穩(wěn)定性。工況二：由圖3.3測(cè)出動(dòng)臂液壓缸的長(zhǎng)度由時(shí)，由歐拉公式 顯然大于P，所以在此工況下活塞桿也滿足穩(wěn)定性。3.2動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力確定合理的液壓缸閉鎖能力是保證挖掘力得到充分發(fā)揮的基本條件之一。選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)臂液壓缸閉鎖壓力既能起到保護(hù)元件的目的又能保證主動(dòng)油缸發(fā)揮最大挖掘力使正常作業(yè)順利進(jìn)行。過大的閉鎖壓力不但起不到保護(hù)液壓系統(tǒng)及其元件的作用，而且會(huì)對(duì)系統(tǒng)提出過高的要求，這樣既不經(jīng)濟(jì)，也無必要，還可能損壞元件。合理的閉鎖壓力是保證在主要挖掘范圍內(nèi)使主動(dòng)液壓缸能發(fā)揮出最大挖

22、掘力的同時(shí)還能起到保護(hù)元件的作用。常選定以下三個(gè)工況進(jìn)行閉鎖力分析：.動(dòng)臂最低，斗桿鉛垂，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂最大；.動(dòng)臂最低，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，斗桿挖掘且作用力臂最大 ；.動(dòng)臂最低，挖掘深度最大，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，鏟斗挖掘，克服平均阻力 。工況一：鏟斗液壓缸產(chǎn)生的挖掘力最大，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C，斗桿鉸點(diǎn)F所造成的力矩均接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小表3.6各作用力的近似力臂值表（mm）（工況一）3031212042503105926452969170045552817404516注： 轉(zhuǎn)斗液壓缸可通過對(duì)Q點(diǎn)的力矩平衡方程求得： 從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值

23、取各點(diǎn)對(duì)F點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力圖3-5液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況一） 在此工況下閉鎖力不足，斗桿缸會(huì)出現(xiàn)被動(dòng)回縮現(xiàn)象，為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比為： 同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力，在此工況下閉鎖力足夠，動(dòng)臂缸不會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，為防止其伸長(zhǎng)，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于其工作壓力，超出的百分比為：工況二：這種情況下斗桿液壓缸產(chǎn)生最大挖掘力，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C的力矩接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂為最小。表3.7各作用力的近似力臂值表（mm）（工況二）30343932815021862859170028

24、863230404538注：各點(diǎn)對(duì)F點(diǎn)取矩，此時(shí)斗桿液壓缸所受的主動(dòng)作用力求得圖3-6 液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況二）各點(diǎn)對(duì)F點(diǎn)取矩，此時(shí)斗桿液壓缸所受的主動(dòng)作用力求得從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取轉(zhuǎn)斗液壓缸可通過對(duì)Q點(diǎn)的力矩平衡方程求得： 求得 在此工況下鏟斗缸大腔閉鎖力富裕，超出的百分比為： 同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力，在此工況下動(dòng)臂缸會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，為防止其伸長(zhǎng)，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于其工作壓力，超出的百分比為：工況三：在這種挖掘狀態(tài)下，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C必將造成最大的挖掘阻力矩，它會(huì)要求液壓缸缸徑增大，或閉鎖壓力過分增高，

25、這種過分的要求往往被認(rèn)為是不合理的。因此在這種情況下挖掘時(shí)只要求能克服平均挖掘阻力2432673031982182815029642983170027664976404516表3.8 各作用力的近似力臂值表（mm）（工況三）圖3-7液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況三）最大挖掘阻力： (3-3)式中 土壤硬質(zhì)系數(shù)。對(duì)于III級(jí)土宜取，取鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒齒距離，單位為cm，挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半，切削刃寬度影響系數(shù)，為鏟斗平均寬度，單位為m切削角變化影響，取斗的側(cè)壁厚度影響系數(shù)，為側(cè)壁厚度單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取X=1.15帶有斗齒的系數(shù)，Z=0.75D切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容大小在D=

26、1000017000N的范圍內(nèi)選取，斗容小于0.25m3 時(shí)，D應(yīng)小于10000N。取D=5000N求得：鏟斗平均挖掘阻力取從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取各點(diǎn)對(duì)F點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力 在此工況下閉鎖力富裕，超出的百分比為： 同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力，在此工況下動(dòng)臂缸小腔閉鎖力不足，會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，為防止其伸長(zhǎng)，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于其工作壓力，超出的百分比為： 表3.9液壓缸閉鎖力計(jì)算結(jié)果匯總表 液壓缸種類液壓缸參數(shù)液壓缸閉鎖壓力（Mp）只數(shù)缸徑桿徑行程大腔推力第工況第工況第工況mmKN閉鎖壓力超壓閉鎖壓力超壓閉

27、鎖壓力超壓動(dòng)臂缸2100555802*14514.5021.8%12.907.4%19.6817.3%斗桿缸11005540214520.815.2%18.78-21.4%轉(zhuǎn)斗缸180556299316.30-14.0% 由上述過程得出的動(dòng)臂油缸閉鎖壓力是保證這些指定工況下主動(dòng)油缸能發(fā)揮最大挖掘力的最低限定壓力。實(shí)際分析計(jì)算中難以對(duì)所有的工況計(jì)算油缸應(yīng)產(chǎn)生的閉鎖壓力，事實(shí)上，對(duì)所有的工況都保證主動(dòng)油缸能充分發(fā)揮其最大挖掘力是不現(xiàn)實(shí)的，也是不可取的，因?yàn)椋承┕r下所需的閉鎖壓力可能會(huì)很大，如照此工況設(shè)定閉鎖壓力，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來更高甚至難以達(dá)到的要求，所以，比較合理的閉鎖壓力設(shè)定值應(yīng)如前面所述，

28、能保證主要工況下在較大范圍內(nèi)主動(dòng)油缸的最大挖掘力能充分發(fā)揮就行了。 為了統(tǒng)一閉鎖力壓力，將三組油缸的閉鎖壓力上調(diào)21.8%，即： 動(dòng)臂小腔閉鎖力 斗桿大腔閉鎖力 鏟斗大腔閉鎖力第4章 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析及包絡(luò)圖的繪制4.1 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂油缸的最小長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn).圖4-1 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖1是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。如圖4.1所示，圖中動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂

29、油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。則有：在三角形ABC中：L12 = l72+l52-2l7l5 COS11 = COS-1（l72+l52- L12）/2×l7×l5 (4-1)在三角形BCF中：L222 = l72+l12-2×COS20×l7×l120 = COS-1（l72+ l12- L222）/2×l7×l1 (4-2)由圖3-3所示的幾何關(guān)系，可得到21的表達(dá)式：21 =20+11-1 (4-3)當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)21為負(fù)，否則為正。F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1×co

30、s21 YF = l30+l1×Sin21 (4-4)C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5×COS11 = l30 YC = YA+l5×Sin11 (4-5)動(dòng)臂油缸的力臂e1 e1 = l5×SinCAB (4-6)顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令 = l1min/ l5, = l7/ l5。這時(shí)L1 = Sqr（l72-l52）= l5 × Sqr（2-1）1 = cos-11/ (4-7)4.2 斗桿運(yùn)動(dòng)分析如下圖4-2所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)

31、是l2，這里只討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，只考慮L2的影響。 D-斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F-動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)；E-斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； 斗桿擺角.圖4-2 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖在三角形DEF中L22 = l82+ l92-2×COS2×l8×l92 = COS-1（L22- l82-l92）/2×l8×l9 (4-8)由上圖的幾何關(guān)系知2max =2 max-2min (4-9)則斗桿的作用力臂e2 =l9SinDEF (4-10)顯然斗桿的最大作用力臂e2max = l9，此時(shí)2 = COS-1（l9/l8），L2 =4.3 鏟斗運(yùn)動(dòng)分析

32、鏟斗相對(duì)于XOY坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖3-5所示，G點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)Q點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，v點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N點(diǎn)為曲柄與斗桿的鉸點(diǎn)，M點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)，H點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)1。1、 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i利用圖10.3，可以知道求得以下的參數(shù)：在三角形HGN中 22 = HNG = COS-1（l152+l142-L32）/2×l15×l1430 = HGN = COS-1（L32+ l152- l142）/2×L3×l1432 = HN

33、G = - MNG - MGN = -22-30 (4-11)在三角形HNQ中L272 = l132 + l212 + 2×COS23×l13×l21NHQ = COS-1（l212+l142- L272）/2×l21×l14 (4-12)在三角形QHK中27 = QHK= COS-1（l292+l272-L242）/2×l29×l27 (4-13)在四邊形KHQN中NHK=NHQ+QHK (4-14)鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1r1 = l13×Sin32 (4-15)連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2r2 = l13

34、×Sin NHK (4-16)而由r3 = l24，r4 = l3 有3連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比i = （r1×r3）/（r2×r4） (4-17)顯然4-17式中可知，i是鏟斗油缸長(zhǎng)度L2的函數(shù)，用L2min代入可得初傳動(dòng)比i0，L2max代入可得終傳動(dòng)比iz。2、鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角3鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 3 =7+24+26+10 (4-18)其中，在三角形NFQ中7 = NQF= COS-1（l212+l22- l162）/2×l21×l2 (4-19)10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度L3分別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角3max和3min，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:3 = 3-3min (4-20)鏟斗的擺角范圍: 3 = 3max-3min (4-21)4.4 斗齒間運(yùn)動(dòng)分析如圖4-4所示，斗齒尖V點(diǎn)的坐標(biāo)值XV和YV，是L1 、L2、L3的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV和YV的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下:由F點(diǎn)知：32= CFQ= 3-4-6-2 (4-22)在三角形CDF中：DCF由后面的設(shè)計(jì)確定，在DCF確定后則有：l82 = l62 + l12 - 2×COSDCF×l1×l6 (4-23)l62 = l82 + l12