正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用性能分析方法研究

1、中文摘要摘 要單斗液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一種主要類型,而正鏟液壓挖掘機(jī)又是其中一 個重要機(jī)種。專用正鏟液壓挖掘機(jī)常以爆破后的巖石、礦石作為主要工作對象, 能夠適應(yīng)惡劣的工作條件,被廣泛應(yīng)用于房屋建筑、筑路工程、水利建設(shè)、農(nóng)林 開發(fā)、港口建設(shè)、國防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中。本文在對正鏟液 壓挖掘機(jī)進(jìn)行全面的挖掘性能分析基礎(chǔ)上,提出了正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用 分析方法。首先,針對正鏟液壓挖掘機(jī)的動臂機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)浮動、鏟斗油缸鉸接在動臂 上的機(jī)構(gòu)特點(diǎn),對正鏟液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動分析,深入研究了斗桿 和鏟斗機(jī)構(gòu)的牽連運(yùn)動關(guān)系,并提出了牽連運(yùn)動分析方法,且在實際應(yīng)用中得以 驗證。第

2、二,在對挖掘機(jī)作業(yè)特點(diǎn)和工況研究的基礎(chǔ)上,建立了正鏟液壓挖掘機(jī)整機(jī) 的位置模型和挖掘力發(fā)揮的力學(xué)模型,討論了挖掘過程中應(yīng)考慮的各種限制條件 對整機(jī)挖掘力的影響。第三,基于對該挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘姿態(tài)與液壓缸工作壓力聯(lián)合同步測試的基礎(chǔ) 上,計算出了該挖掘機(jī)在實際作業(yè)中的挖掘阻力情況,并且研究了挖掘過程中切 向阻力與法向阻力的變化關(guān)系,填補(bǔ)了正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘阻力的研究空白,積 累了寶貴的原始資料,同時通過研究理論挖掘力與實際挖掘阻力的關(guān)系,驗證了 本文所建立數(shù)學(xué)模型的可行性和正確性。第四,研究了正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能圖譜分析的程序?qū)崿F(xiàn)方法,首次提出了 挖掘機(jī)挖掘圖譜疊加分析方法,并且結(jié)合實際使用需求,

3、初步制定了圖譜疊加法 對正鏟液壓挖掘機(jī)的評價標(biāo)準(zhǔn),使挖掘性能傳統(tǒng)的定性分析的定量化成為可能。 奠定了正鏟液壓挖掘機(jī)優(yōu)化設(shè)計的評價理論基礎(chǔ),對正鏟液壓挖掘機(jī)設(shè)計理論的 發(fā)展具有重要的意義。 .第五,針對該類型正鏟液壓挖掘機(jī)斗齒尖具有水平直線運(yùn)動軌跡這一特性,對 水平直線推壓過程中各機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況和挖掘力發(fā)揮情況進(jìn)行了分析,并對整機(jī)穩(wěn) 定性各個工況的穩(wěn)定性計算方法進(jìn)行了研究。第六,基于以上的分析研究,在VB編程環(huán)境下編制了“大型正鏟液壓挖掘機(jī) 挖掘性能分析通用軟件”,該軟件具有“人機(jī)交互”的參數(shù)化輸入的優(yōu)點(diǎn),且集成了 正鏟液壓挖掘機(jī)運(yùn)動分析,牽連機(jī)構(gòu)分析,挖掘圖譜分析,挖掘圖譜疊加分析, 水平直線挖

4、掘分析,指定角度挖掘力及各鉸點(diǎn)受力分析,整機(jī)穩(wěn)定性分析和提升 過程中鏟斗“平動”問題分析的功能。軟件成功應(yīng)用于實際產(chǎn)品的方案設(shè)計中,充分重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文體現(xiàn)了該挖掘性能通用分析方法在指導(dǎo)設(shè)計中的重要作用,使挖掘機(jī)改進(jìn)方案的 綜合挖掘性能較原始方案有了很大的提高。實踐證明所編軟件具有客觀、可靠和 通用性強(qiáng)的特點(diǎn),能直接為生產(chǎn)服務(wù)。關(guān)鍵詞:挖掘機(jī),挖掘性能,圖譜疊加法,牽連運(yùn)動,水平推壓英文摘要ABSTRACTThe single-bucket hydraulic excavator is the main kind of engineering machine, and the facesh

5、ovel hydraulic excavator is one of its primary types.The special face-shovel hydraulic excavators which are widely used in architecture,road engineering,water Conservancy,agrjculture exploitation,port building,national defence,etc.often excavate the exploded rocks and ore.Based on the analyzing the

6、excavating performance of the face-shovel hydraulic excavator,this paper provides the universal analyzing method for the faceshove excavator.Aiming at the properties that the boom cylinders can be floated and the bucket cylinders pin on the boom,the paper analysis themovement of the working device o

7、f the machine.A interlocked movement analyzing method js proposed and is proved in the practical application.Studied the operation and working conditions of the machine,the coordinate model and mechanics model have been built.Discussed the impact of the various restrictive conditions.According to th

8、e synchronous test of the attitude of working device and working pressure of hydraulic cylinders,calculated the digging resistance and then studied the connection between tangential resistance and normal resistance.The paper also studied the coordinate between digging force and resistance,and verifi

9、ed the feasibility and correctIless of themodel.Studied the excavating map analyzing procedure method,first-provide the excavating map overlap method.According to the practical demand,preliminary evaluation criteria has been established.And this laid the theoretical foundation of the optimum design

10、of faceshovel hydraulicexcavator.Analyzing the movement of the machines working device andpushing forces of the straight line excavating,and then studied the stability of the machine.Based on the upper analyzing,“The universal performance analysis software of the large faceshovel hydraulic excavator

11、'has been programmed.It has the advantages of parameter input,and include the motion analyzing,interlocked motion analyzing,excavating map analyzing,overlap map analyzing,straight line excavating analyzing,special angle analyzing,the stability analyzing and“balance movement'Ill重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文anal

12、yzing.It has been illustrated by some examples that the software are in common use and can be used in production directly.Keywords:excavator,excavating performance,overlap map method,interlocked movement,straight line excavatingIV獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果。據(jù)我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文 中

13、不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得重麼太堂 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本 研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名:紜夕繡簽字日期:矽護(hù)6年J明彳日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解 重慶太堂 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的 規(guī)定,有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤,允許 論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 重庭太堂 可以將學(xué)位論文的全部或部 分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段 保存、匯編學(xué)位論文。保密(,在 年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于不保密(。(請只在

14、上述一個括號內(nèi)打“4”學(xué)位論文作者繇紜繡導(dǎo)師簽名:浩啦 簽字日期:三擴(kuò)形,年憧月薌日 簽字日期:2口口俘jz月籮日1緒論1緒論1.1液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況1.1。l國外發(fā)暴攝兄挖掘楓械豹雛形,始予十六釜紀(jì)惑大藉的藏愆斯,用于運(yùn)河靜疏浚工稼。以 蒸汽機(jī)驅(qū)動的“動力鏟”誕嫩于十九世紀(jì)(1836年,發(fā)展至今已有170年的歷史。隨 著工業(yè)發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,單斗挖掘楓也由予新技術(shù)、新工藝的采用而不斷 遙發(fā)震改滋,餐它戇基零工俸暴瑾至今寒交。動秀裝置浚及控懿方式戇不瑟蘩新, 基本上反映了挖掘機(jī)發(fā)饜的以下幾個階段:蒸汽機(jī)驅(qū)動的挖掘機(jī),從發(fā)明別廣泛應(yīng)用,大約經(jīng)歷了100年。當(dāng)時主要 瘸子牙挖遮涎窩修建鐵辮,

15、縫構(gòu)型式蠡鞔遭行走昀舉回轉(zhuǎn)式,發(fā)震到履繁符走的 全回轉(zhuǎn)式。 內(nèi)燃機(jī)與電動機(jī)驅(qū)動的單斗挖掘機(jī)發(fā)展予上世紀(jì)初。1899年出現(xiàn)第一螽電 動挖掘機(jī)。第一次世界火戰(zhàn)后汽油機(jī)和柴油機(jī)先翳用于輪胎式姆履帶式單斗挖掘 輥土,改蟄了挖掘橇越野鞫稅動毪麓,擴(kuò)大了筵麓藏罄。挖掘機(jī)傳動型式的液壓化,魁挖掘機(jī)由機(jī)械傳動型式的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)臌到現(xiàn) 代結(jié)構(gòu)的一次躍進(jìn)。夔蓍波愿黌動鼓零豹避速發(fā)震,勰藿紀(jì)鋸年代泰,液壓技零舞始痤蘑予挖握 機(jī)上。20讖紀(jì)50年代稻歐溯的一些廠家紛紛研制液壓挖掘機(jī),使液壓挖掘稅內(nèi)懸 掛式發(fā)展到眾回轉(zhuǎn)半液膳忒,再發(fā)展剿全液壓式,如1952年法闌Poclain公司制 成半液壓挖掘枧;1955年的聯(lián)邦德國D

16、emag公司制成履帶式全波壓挖掘機(jī)都屬于 ,j、型挖舞搬;在1963年茲液基挖撼稅豹初步發(fā)震孛,鑫予對滾濂技術(shù)靜應(yīng)麓零熬 悉,液壓元件和附件的制造質(zhì)量不過必,試驗工作游弱,配套件供應(yīng)娠不上以及 成本較高等一系列問題,使液壓挖掘機(jī)發(fā)展較慢,1963年西歐市場上液壓挖掘機(jī) 豹產(chǎn)量漢占挖掘秘基產(chǎn)豢煞15%;2011t紀(jì)60年代巾囂矮,圭予波壓挖掘瓿絡(luò)穩(wěn)鮑 逐步完善,工程施工應(yīng)潮充分顯示出熊優(yōu)越性,使其產(chǎn)量急副t升,得到邋速發(fā) 展,到60牮代末世界各闌液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的80%以上;20世紀(jì) 70年代初,多數(shù)液壓挖掇規(guī)已經(jīng)過改裂,其主要特點(diǎn)是廣泛采耀了幫液壓伺服裝 置熬高蘧交鬃系統(tǒng),共麓淘高

17、速、嵩派、太功率教凝。滾運(yùn)挖藏稅不僅矮予建筑 工程,并開始在各種露天礦場試用成功,液壓挖掘機(jī)的比重也越來越大,日本1976年己達(dá)95%,聯(lián)邦德國為90%以上,莢國1972年融有98.5%采用液壓傳動,法國 生產(chǎn)戇挖掇狡基本主都楚滾壓黲。控制方式的不斷革新,使挖粥機(jī)由簡單的稅耔操縱發(fā)展剿液壓操縱,氣壓重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文操縱、液壓伺服操作和電氣控制,無線電遙控【“2/。20世紀(jì)90年代以來,在挖掘 機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)中基本采用了電液伺服系統(tǒng)和故障自診斷功能,在人機(jī)配合性能 上得到充分重視,操作越來越輕松、駕駛室越來越舒適、配置越來越豪華,產(chǎn)品 更頦越來越快,逐步向自動化、智能化、機(jī)器人化和多功能化發(fā)

18、展,配置多種工 作裝置以滿足各種工況需要還將成為液壓挖掘機(jī)的一大優(yōu)勢。大型化和微型化挖 掘機(jī)、輪式挖掘機(jī)以及挖掘裝載兩用機(jī)等機(jī)型也是21世紀(jì)的熱點(diǎn)131。1.1.2國內(nèi)發(fā)展概況我國挖掘機(jī)生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代,1954年成功地試制出我國第一臺斗 容為1m3的機(jī)械傳動正鏟挖掘機(jī)。進(jìn)入80年代以來,我國挖掘機(jī)行業(yè)通過技術(shù)引 進(jìn)、消化和合作生產(chǎn)等方式,吸收國外挖掘機(jī)生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù),使我國的挖掘機(jī) 產(chǎn)品在技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)管理等方面都有了進(jìn)一步提高。從1967年我國開始自行研制液壓挖掘機(jī),至今經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:1自主 開發(fā)階段(19671979年。2技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收與提高階段(198

19、01994年。 3NPb挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)全面進(jìn)入我國市場,獨(dú)資與合資企業(yè)迅速發(fā)展的階段(1994年至今1。特別是1997年2006年,是我國挖掘機(jī)行業(yè)大發(fā)展的10年,從一個弱 小的行業(yè)逐漸壯大起來【41。1.2中國挖掘機(jī)行業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)我國是一個發(fā)展中國家,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機(jī)型為其服務(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,在中國存在著一個巨大的液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)實市場和更為巨大的潛在市 場。1997年,全國挖掘機(jī)總產(chǎn)量還不到4000臺,銷售量也僅為3390臺。10年后 的2006年,中國挖掘機(jī)總產(chǎn)量預(yù)計達(dá)到45000臺以上,銷售量(包

20、括出口量將超 過43000臺,與10年前相比,產(chǎn)、銷量均增長了10倍以上。目前,中國挖掘機(jī) 的年需求量已超過6萬臺(包括每年進(jìn)口2萬臺以上的二手挖掘機(jī),中國已成為世 界上最大的挖掘機(jī)市場。按照每年遞增15%左右的正常速度發(fā)展,預(yù)計到2010年 全國各挖掘機(jī)年銷售量(包括一定數(shù)量的出口可以達(dá)到70000臺左右(如圖1.1,1.2所示。世界上幾乎所有著名的挖掘機(jī)制造公司都在中國設(shè)立獨(dú)資、合資企業(yè),生 產(chǎn)或銷售各種品牌的挖掘機(jī)。中國已成為世界上最大的挖掘機(jī)市場,也成為世界 挖掘機(jī)的制造中心。2l緒論靄1,1中國挖撼搬生產(chǎn)企業(yè)歷年撩援撬總銷售璧(包括外褒獨(dú)資姆含資企業(yè)Fig 1.1The yearly

21、 sales volume of the Chmese excavator enterprise圖1.2中國挖掘機(jī)歷年進(jìn)口量殘91.2Theexcavator'syearlyimportvolumeofChina但是,中國目前雖然已成為挖掘機(jī)需求量和生產(chǎn)量的大國,但絕不是強(qiáng)國。 國際水平的挖握楓研發(fā)巾心不在中國。挖掘機(jī)關(guān)鍵配套零部件敢生產(chǎn)也不在cp匿。 在挖撼穗關(guān)鍵的孩心襲零研究與掌翟方靄,鏊內(nèi)眾渡與運(yùn)籜企簸差距綴大,特舅l 是國內(nèi)企業(yè)在挖掘機(jī)基礎(chǔ)理論研究方預(yù)所投入的人力、財力嚴(yán)熬不足。雖然我們 取得了很大的進(jìn)步,但與國外的先進(jìn)水平仍然有不小的差距。因此,可以說今后 囂內(nèi)挖掘橇眾蝗靜強(qiáng)

22、務(wù)仍然÷分艱匿。談詩35零囂,國產(chǎn)小擦竅可藐趕上爨秀 先進(jìn)水平,真正實現(xiàn)小擦的產(chǎn)量、銷凝、出口量及市場占有率第一;中型挖掘機(jī)3重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文葶玨大型挖掇楓真正趕上憷界先進(jìn)水平的時闋可能會更長些【5l。1.3正鏟液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀大型液壓挖掘機(jī)的開發(fā)生產(chǎn)大約從20世紀(jì)70年代初開始,如目立公司程1972零1976零闕開始開發(fā)戇UHl2墅羨鏟滾壓挖攥瓿,其.滓容璧2。2岔,王露霪量 36t;UH20正鏟液壓挖掘機(jī),斗容鬣3.2m3,工作重量50t,UH30正鏟液壓挖 掘機(jī),斗容照4.4m3, 工作重量75t。1979年叉纖發(fā)了UI-150征鏟液壓挖掘機(jī), 斗容量8.2m3, 工作繁

23、爨175t。UH50超大型挖掘撬在歐美等域的許多礦出得到 了使用,箕可靠性和耐久縫得蜀訣群。1987年,巍對整霧上最大豹E嬲篷正 鏟超大型挖掘機(jī)(斗容量18.8m3,工作重量330t猩日本開發(fā)成功,并在這一年又 開發(fā)了斗容燕22m3、工作重量420t的正鏟超大型挖掘機(jī)。此時世界其他公司也 程繼秀發(fā)生產(chǎn)超大型萎鏟液壓挖藏穰,翔零撿瓣P(guān)CI600鱉,三菱戇M(jìn)Sl600攆, 利勃海爾的R992、R994,O&K的RH90C、RH20C等。1990年以后,超大型液 壓挖掘機(jī)的斗容不斷增加,達(dá)50m3以上;機(jī)重不斷加大,達(dá)300t800t以上, 基翦已經(jīng)形成超大型挖掘枧系列。近年來,在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)

24、震翡推動下,登界錙後監(jiān)、媒襄波、電力韭等遂入了 一個新的發(fā)展時期。其特征為:裝備大型化,產(chǎn)晶專業(yè)化,質(zhì)綴潔凈化,擻產(chǎn)連 續(xù)化,經(jīng)蘺集團(tuán)化。礦蕊和煤炭等原材料需求增加帶來了采礦她的高速發(fā)展,礦 瘸箍搖秘等采礦莰善弱瓣求翻丈。礦用挖掘機(jī)一般配裝大型礦用汽車,主要用于大型露天礦場的礦石、煤炭、 尾礦等物料的鏟裝作業(yè)。它可分為液聰挖掘機(jī)、索斗挖掘機(jī)和繩索拉鏟三大類,按 箕動力來源又蠆分為極載漿渣發(fā)動秘挖握援j窩供魄瞧纜(電動挖攘輥。與其它大型礦山采掘設(shè)備一樣,礦用挖掘楓隨其技術(shù)含鼙離、投資夭、生產(chǎn) 周期長、定單少、利潤火等原因, 目前僅有幾家火型的國際公司有能力參島市場 競爭,并形成了壟斷市場局面。這

25、幾家丈公司是:嗡尼希費(fèi)格、她賽勒簸,O&掰位 予Dortmund戇挖蠡凝攮務(wù)囂蘩己被Terex集溷蔽麓、卡耱蓬贛(CATERPILLR、 Et立(H11ACHD和利勃海爾(LBHERR等("1。程中國也僅有少數(shù)公司能生產(chǎn)65噸以上的礦用正鏟液壓挖掘機(jī),而我國目前大型礦用正鏟挖掘機(jī)的需求又很大, 瘊鞋牙發(fā)黧產(chǎn)大型礦用液蓮?fù)诰驑O鴦緩大戇審場。我國擦掘枧企業(yè)人才流失,資眾不足,技術(shù)舉高,造戒自慧研發(fā)能力不高, 設(shè)計方法辮后;而改革開放后的合資企業(yè)和外資企業(yè),只是根據(jù)國外的設(shè)計圖紙 進(jìn)行批量生產(chǎn),基本不進(jìn)行設(shè)計,掰以我國的挖搬機(jī)設(shè)計比較落后,常常憑偌經(jīng) 驗逶亍設(shè)詩裁造,遙裁黛產(chǎn)靜挖箍

26、瓿存在一些歇麓,在三憊麓潤鬻塞臻敢鼯,骰 不到等壽命設(shè)計,對廠商和買家造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。所以有必要結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計41緒論方法,提麓憋掘颯匏設(shè)謗永平,減少廠褻和買家損失。1.4本文研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線本文結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計方法對某挖掘機(jī)生產(chǎn)制造公司生產(chǎn)的正鏟液壓挖掘機(jī)進(jìn)行 全覆懿挖攘魏戇務(wù)輯,弱辯對其襞矛發(fā)耱70t級委鏟滾基挖掇鼗漣行了蕊場溯試, 得出了正常挖掘時的實際作業(yè)性能,對其實際挖掘過程中的挖掘阻力進(jìn)行了進(jìn)一 步的分析,以便正確客觀的評價挖掘機(jī)的挖掘作業(yè)性能,并對綴驗設(shè)計方法進(jìn)行 評徐稆修藤,摻導(dǎo)設(shè)謗。輿體內(nèi)容分為爨下凡令部分#對藏鏟液壓挖擒稅工作裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)幸亍分析魄較,歸納總絡(luò)正鏟液壓挖

27、掘楓 工作裝置的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)、挖掘特點(diǎn),對挖掘機(jī)工作裝鼴進(jìn)行深入系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)分析 和動力學(xué)研究。奩瓣挖據(jù)輥送行撬籀分輯弱驀璃上,運(yùn)弱數(shù)學(xué)方法,分褥挖舞懿王終遙程 中各個關(guān)鍵點(diǎn)的位置變化情況,建立關(guān)鍵點(diǎn)的位鬣模型;綜合考慮挖掘機(jī)實際作 業(yè)中液壓油缸動作情況(主動或閉鎖1以及各種限制因素的影響,建立挖掘過稷中挖 握力發(fā)揮豹數(shù)學(xué)摸型。對挖掘?，F(xiàn)場溯試結(jié)果進(jìn)行遂一步分析研究,探索實鼯挖掘過程中法向阻 力和切向阻力的變化關(guān)系,將分析所得挖掘阻力與程序計算的理論挖掘力進(jìn)行比 較分析,校核數(shù)學(xué)模型的藏確性。浚Visual Basic為工其,磅究涎鏟液蓬挖瓣梳挖蕹毪施鬣灌分耩懿釋竅實 現(xiàn)方法。運(yùn)用統(tǒng)計和疊加的方法

28、對挖掘機(jī)挖掘性能進(jìn)行分析,探討正鏟挖掘機(jī)挖, 掘圖譜評價標(biāo)準(zhǔn)。慰該挖搖班瘩學(xué)攘垂工囂工摻裝置運(yùn)動特凝窩承平接舔力發(fā)撂情濺遴行 分析,并研究挖掘機(jī)穩(wěn)寵性情況和指定角度挖掘力和各個鉸點(diǎn)的受力情況。針對本文所論述的正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用分析方法編制軟件宓現(xiàn) 對正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘墼E能的分析研究。并運(yùn)用該軟件對該公筒殲發(fā)的70t級、 lOOt級、120t級等歪鏟液壓挖蠡稅滋行了挖搖毽筑分耩,驗謹(jǐn)了本文分撰方法的 正確性和通用性。技術(shù)路線如圖1.3所示:5重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文砸鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用分析亨法挖掘輥正鏟工作裝霞結(jié)構(gòu)型式和挖掘特點(diǎn)分析挖掘機(jī)工作旋置結(jié)構(gòu)幫 運(yùn)動分析,四邊形機(jī)構(gòu) 牽連運(yùn)動

29、分析深入研究實際俸她時各種限制 因素對挖掘力發(fā)揮的影響情 況,建立挖掘機(jī)挖掘過程中共 鍵點(diǎn)的位置模型靼整機(jī)理論挖 掇力鮑力學(xué)模型繪露4挖掘圖譜,論述挖掘圖 漤疊臻分?jǐn)z法?；久衫? 探索的盈譜疊自H法評價標(biāo)準(zhǔn) 70t級挖掘機(jī)正常挖 掘工況現(xiàn)場測試試結(jié)鬃數(shù)攢處理特臻終塹王囂茲分壤|A魄較努輯 入|濺試遂程爨糞,建立 (水 平攉聰、穩(wěn)定性#一 l 挖 掘阻力分析模型, 工況、指定角度 IVI 挖掘阻力分析編制大型藏鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用分析軟件指導(dǎo)正鏟液壓挖掘機(jī)的設(shè)計圖1.3技術(shù)路線鶩Fi91.3The technical process chart62正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動分析2

30、正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動分析2.1引言正鏟裝置是液壓挖掘機(jī)上最常用的一種工作裝置之一,主要用于挖掘地面以 上土壤和裝載爆破后的巖石或其它散狀物料。小型機(jī)上為了實現(xiàn)一機(jī)多用,有時 直接將反鏟的斗.斗桿翻轉(zhuǎn)過來,作為正鏟使用,這種型式結(jié)構(gòu)簡單,通用性強(qiáng), 整機(jī)造價低,適用于小型建筑工地上挖掘比較松軟的土壤。中、大型挖掘機(jī)的正 鏟裝置都是專用的,一般都是履帶式的。專用正鏟常以爆破后的巖石、礦石作為 主要工作對象,工作條件惡劣,要求斗齒上能有大的挖掘力和掘起力;正鏟主要 用于裝車工況,應(yīng)滿足一定的卸載高度要求;此外在許多工程中還常常要求能清 理和平整作業(yè)場地,希望鏟斗能沿著水平面運(yùn)動,這些

31、要求在正鏟液壓挖掘機(jī)上 都能比較容易地得到滿足【10】。因此在露天采礦、水利建設(shè)等工程中液壓正鏟挖掘 機(jī)都得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用,加之液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步,目前液壓正鏟正朝大 型化發(fā)展,機(jī)重在lOOt以上的礦用液壓挖掘機(jī)已超過20種,最大斗容量達(dá)50m3。 本文所研究的挖掘機(jī)就是機(jī)重在40t以上的大型正鏟液壓挖掘機(jī)。.2.2工作裝置的結(jié)構(gòu)形式和挖掘特點(diǎn)2.2.1結(jié)構(gòu)形式圖2.1正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置 。l動臂:2斗桿;3鏟斗(斗后.4動臂油缸;5一斗桿油缸;6鏟斗油缸:7_鏟斗(斗前ri92.1Working device of hydraulic face-shovel excavator1-

32、boom;2-arm;3-bucket(back bucket;4-boom cylinder;5一arfil cylinder;6-bucket cylinder 7-bucket(hont bucket7重慶火學(xué)碩士學(xué)位論文重噩霆2。l掰示,蘢鏟滾蓮?fù)谖哲餐K裝置由動鼴1,萼抒2,鏟萼3,7,黻及動 臂油缸4,斗桿油缸5,鏟斗油缸6和搿閉斗油缸等組成。其中動臂和動臂油锨,斗 桿和斗桿油缸,鏟斗和鏟斗油缸、開閉斗油缸分別組成動臂機(jī)構(gòu),斗桿機(jī)構(gòu),和 鏟斗機(jī)構(gòu)。動臂和斗轷橇構(gòu)均為轆心戲擺動缸液動露枵機(jī)梅,鏟斗機(jī)構(gòu)是滋鏟斗 缸、鏟斗、苷稈、動臀綴成近似平彳亍疆邊形五連軒機(jī)構(gòu),增熱了一個自由發(fā)。整

33、體機(jī)構(gòu)共宵12個活動稈,16個低副,蔟自由度為F=3x12.2x16=4。其功能除了能 實現(xiàn)挖掘、提升、卸載鑄工況外,述能實現(xiàn)水平報壓鏟裝作業(yè)。露反鏟動譬輻魄,疑鏟動鷲鉸簸笄盈是擎節(jié)豹。動籬薤幫鉸支在轉(zhuǎn)臺上,動 臂油缸(大型一般為雙缸的活塞桿端婦動臂中部鉸接。且動臂農(nóng)轉(zhuǎn)臺上的鉸點(diǎn)和動 臂油缸在轉(zhuǎn)臺上的鉸點(diǎn)不在同一水平顢上,動臂鉸高于油缸鉸并且靠后(靠:i艟回轉(zhuǎn) 孛心,毽一般掇在孛心豹瓣方,這櫸魏鉸熹毒鲞縫搽逐韻饕爨蠢一定豹上羧翅窩 下傾角,以滿足挖掘和卸載的需要,同時也保證了動臂油缸具有必要的作髑力臂。 斗桿的一端與動臂頭部鉸接,斗桿油缸的缸體支承在動臂上,活塞桿端則與斗桿 中部鉸接。幽予正鏟

34、以萼檉挖掘為童,因此這樣的結(jié)梅毒受逡會正鏟的工摻,灌 缸大腔迸浦可以獲得較大的挖掘力。2.2.2挖撅特點(diǎn)正鏟捻撼主要用乎采礦裝巖作心,工作對象爆硬,必須采瘸切削厚度較小、 挖掘行程較長的挖箍方黌:,掰戩在挖掘過程中一般都璦萼手撿籀為主,焉劾鷲漓 缸、鏟斗油缸則主要起調(diào)節(jié)鏟斗位置和切削后角的作用。當(dāng)斗桿挖掘?qū)⒔Y(jié)柬時, 鏟斗油缸繼續(xù)伸出,對正作面進(jìn)行破碎并進(jìn)一步充斗,然后動臂油缸舉升,使斗 幫±壤褒開鎊篷囂。毽魏對滾基玉鏟來說登綏縑誕籠撼過程串萼耪灌蠡g產(chǎn)囊必 要的挖掘力,同時也要考慮鏟斗油甑的破碎能力和動臂油缸的提升能力。遮爛都 是保證正鏟工作的必要條件。該類黧挖攙戳工傳裝置三組枕梅

35、瓣運(yùn)動是謄戧蔓攘獨(dú)立靜,毽在整今挖掘過 程中它們又是褶互聯(lián)系、相互依存的一個有機(jī)整體,通過它們之聞的合理暇配實 現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)的功能。工作裝置的提升作業(yè)工況,薇本上是由動臀機(jī)構(gòu)獨(dú)立究成; 挖掘作業(yè)王況,是由斗裾機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)梅鮑相互熬合實現(xiàn)的;邸載俸業(yè)工掇是逶 過操綴鏟斗機(jī)構(gòu)中鏟斗上的開斗缸實現(xiàn)豹;工作裝囂靜承平攘難鏟裝作鼗,由整 體工裝機(jī)構(gòu)中三個分機(jī)構(gòu)共同配合究成。正鏟液聰挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計內(nèi)容就 是使這三綴機(jī)構(gòu)的有機(jī)綴合在滿足一定的工作尺寸要求的基礎(chǔ)上,各機(jī)構(gòu)單獨(dú)工 作露騫與蒺猸應(yīng)癸載贅穩(wěn)匹配靜傳寵特毪,囂被淤囊薤又在一定黲蓬圍內(nèi)典蠢一 定的閉鎖能力,以充分利用液壓功率,提高生產(chǎn)率和滿足其它一

36、些性能指標(biāo),顯S2藏鏟液壓挖掘祝z依裝置機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動分析然這是一令其有多令爨豁鰉枧梭動力學(xué)闋題嘲。2.3工作裝置運(yùn)動分析正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)筒圖如圖2.2所示,該裝餐怒一個平面逑籽機(jī) 構(gòu),主要蠢凌鶩AB、動罄鑫FD、尊釋BG、萼釋寢CH、鏟尊GJ、轤斗缸 口等6個運(yùn)動部件組成。該機(jī)構(gòu)具有如下兩個構(gòu)造特點(diǎn):動臂機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn) 浮動。鏟斗缸鉸接在動臂上,在某一特定位置,網(wǎng)邊形EBGI為一個近似平行 露邊形,巍搡繳斗事缸翼雩,蓄先因動甓缸浮動秀後碡齒尖始終與逮囂接觸;英次 因鏟斗缸鉸接在動鷲上共有牽連終爝,使鏟_主在繞斗稈與動臀鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動靜鯔對又 繞鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)作反方向轉(zhuǎn)動,所以在機(jī)構(gòu)設(shè)計合理

37、的前提下,反操縱斗桿缸 能實現(xiàn)水乎鏟裝作業(yè)(且在水平推壓過程中保持斗的切肖I角不變,無須操縱動臀缸 魏鏟萼越l埔。S T圖2.2正鏟液壓挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖Fi92.2The structure sketch of face shovel hydraulic excavatorJ2.3.1動鶩機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析如圖2.2所示,國,如,島分別襲示動臂、斗桿及鏟斗相對于上一級構(gòu)件(即 轉(zhuǎn)臺、動臀、斗杼的轉(zhuǎn)角【13l。囊鷲AB豹整萋羹凌髯潼趕FD熬長度豇滾定。勛移動鴛零孚矮建國關(guān) 系可用下式表示:嗽+一一一,-甕警登重慶丈擎碩士學(xué)位論文國一甕髻】_一+一 , 式中:。M點(diǎn)到N點(diǎn)的躐離。(下同,么餓,射線OM和射

38、線ON的夾角,即OM順時鐘旋轉(zhuǎn)lLMON4與ON重會,本文矮定璦j嬡辯鎊旋轉(zhuǎn)為歪,逆辯錚旋轉(zhuǎn)梵囊, 即.WMON=.-/NOM。(下同設(shè)動臂油缸全縮時動臀傾角為亂。如,動臂油缸全伸時動臂傾角為以;當(dāng) LI=Lj。m積l=擁;辯,朗可求褥01翁極限范圍l繡橢,繡。嗣:a叫筆等一刪F+一¨一s(醬卜一+一2,3.2斗杼機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析曩上,尊釋援穩(wěn)BG翡整置叁萼釋灌基CH瓣長度島決定,三2鞠萼耱與 動臂夾角如的關(guān)系如下:讞一例一GBH-甕警伽一(%警+z洲+GBH 設(shè)萼爨演薤全練辯萼耱與蘩譬夾受為.毽t萼釋涵缸全拳辯斗舞與動罄炎角 為02m。;當(dāng)k=bmin和kk。時,即可求得02的極限范圍

39、【02Ini,e2?！縚鼢一s(紫】“一GBH 圳cco皆+一“GBH2.3.3斗稈.鏟斗酉邊彩橇穩(wěn)牽連運(yùn)動分櫥耩削塌基于帶浮動機(jī)構(gòu)挖掘機(jī)鉸點(diǎn)的特殊布置方式,+即把鏟斗缸的鉸點(diǎn)E由斗稈移 到動臂端部(如圖2.2所示,使鏟斗機(jī)構(gòu)增加了一個自由度。此時鏟斗相對于斗桿 豹囊度e3不只是蟲鏟斗積懿長度b決定,露雖遙受裂動臂與斗姆鮑夾角黲02的影響,03是斗桿、鏟斗兩組液壓缸長度的函數(shù),鞠02和如存在相互牽迄遮動 的關(guān)系。2正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動分析圖2.3斗桿鏟斗四邊形機(jī)構(gòu)簡圖Fi92.3Quadrangular device sketch ofarmand bucket通過對挖掘機(jī)計算

40、機(jī)三維模型的建立、運(yùn)動仿真以及實際測試中得到的各個 角度的變化情況可知,當(dāng)02=如一定時,嘲和島婦。的角度值受到如的大小、 斗桿缸的瞬時長度1.3伍3,三柵】以及斗桿上、下限位塊的影響(限制 03【矽m。,如?！?。對于這種情況,把如作為自變量,島姍,和如*未作為因變量, 同時把上口以及斗桿上、下限位塊作為限制條件,對四邊形機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析(如圖2.3。 令ZEBG。0,從簡圖中分析可得,當(dāng)02取一定值如【如嘲,如一】時,相應(yīng) 的有見一如,通過幾何作圖法或數(shù)值計算法可求得一系列的03,【島加婦,以衍?！?【以一,如?！俊t只需確定當(dāng)02=如時對應(yīng)的島橢和矽i自。,即可求得易一島 之間的牽連運(yùn)動關(guān)系。

41、本文采用Visual Basic.進(jìn)行編程,運(yùn)用數(shù)值計算方法對四邊 形機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析,詳細(xì)計算過程如圖2.4計算流程圖所示。11重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文_, N. ,Ni廠。L廠。L1廣土_了崢-。島i(竺竺:±蔓鬯=:竺:旦 。+.j.。,._j。,.,.。.j國2.4謗葬流程鬻Fi92.4Flow chart ofcalculation同理即霹求褥島一嵌之闋鮑牽逡運(yùn)動關(guān)系。2.4小結(jié)本章遮用數(shù)值方法對芷鏟液壓挖掘機(jī)工作裝囂進(jìn)行了運(yùn)動分析,特別針對斗 抒.鏟斗圈逸形撬麴懿牽連運(yùn)魂薅菇浚紓了分?jǐn)z,攆滋了蓬鏟滾溉挖握規(guī)霞迭澎輥 構(gòu)牽連運(yùn)動分析法,并蒸于VB編程環(huán)境下,運(yùn)用VB強(qiáng)大的界面開發(fā)

42、功能和可視 化特性【14J,編制程序(程序在后文中介紹實現(xiàn)了運(yùn)用圖形對牽連關(guān)系的直觀表達(dá)。 該方法對艇騫豢玨邊形桃褥轂正鏟波艨挖掘楓鰓零連運(yùn)魂分辨莢毒通曩性,纛在 實際應(yīng)用中得到了驗謠,對挖掘輥工作裝置的設(shè)計其有指導(dǎo)襻用。弱時,發(fā)現(xiàn)在 牽連運(yùn)動關(guān)系中,液壓油缸影響區(qū)域所占的比例對整機(jī)的綜合挖掘性能有著蘑要 的影響,這對該類型正鏟液壓挖掘機(jī)優(yōu)化設(shè)計提供了寶貴的參考, 對我國藏鏟液 蘧挖藏瓤浚計理論熬發(fā)袋蒸有重要熬意義。3挖掘力數(shù)學(xué)模型的建立3挖掘力數(shù)學(xué)模型的建立3.1引言一般來說,數(shù)學(xué)模型可以描述為,對于現(xiàn)實世界的一個特定對象,為了一個 特定目的,根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律,做出一些必要的簡化假設(shè),運(yùn)用

43、適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工 具,得到的一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)【17。挖掘力是衡量液壓挖掘機(jī)挖掘性能的最重要指標(biāo)之 一,我們需要的是挖掘時在斗齒尖能夠發(fā)揮的最大的挖掘力值,可根據(jù)工作裝置 機(jī)構(gòu)幾何尺寸、力學(xué)規(guī)律,運(yùn)用數(shù)學(xué)工具,推導(dǎo)挖掘力數(shù)學(xué)模型【埔】。3.2挖掘機(jī)位置模型的建立以動臂與主機(jī)鉸點(diǎn)A作為坐標(biāo)原點(diǎn),建立直角坐標(biāo)系XAY(如圖2.2。主機(jī) 重心為GO點(diǎn),動臂油缸與主機(jī)鉸點(diǎn),; 縱向挖掘時,r點(diǎn)和S點(diǎn)為履帶驅(qū)動輪 和從動輪軸心分別在地面上的投影;橫向挖掘時,丁點(diǎn)和S點(diǎn)為兩履帶中心線在 地面的投影。在實際作業(yè)過程中,司機(jī)通過操縱4組液壓油缸的伸縮來實現(xiàn)挖掘, 提升、卸載的全過程,而在挖掘過程中,只要知道了01、02

44、、03即可以確定挖掘 機(jī)上各個點(diǎn)的位置。動臂上各點(diǎn)的坐標(biāo)為:L.-xsinotL。xsin(0lI.BACIL.,xsin(#1一/-BADL。xsin(01一I.BAE二口。xsin(9l-LBAGl斗桿上的點(diǎn),以B點(diǎn)作為參考點(diǎn),各點(diǎn)坐標(biāo)為:X。1X。+k xcosp。+日:一一 1IXH I=lX口+k xCOS(Oj+口2一g一/GBHl_【Xa:J【X?！昂鐉xoosp-枷zj-LGBG2J 陬1陬+xsin(01+0:一 1 I%1.IK+k×sinp。+口:一口一/_GBHI 【y02J k“岵2xsin(ol枷:“一Z-GBG2I鏟斗上的點(diǎn),以G點(diǎn)作為參考點(diǎn),各點(diǎn)坐標(biāo)為

45、:(3.1 (3.2 (3.3 (3.4鯔盤 吣砩噸姚砷 小¨小小鉍“肼如如重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文X;X。+xeos(2x-0,一毪一懿 k HX。+L口×cos鼢電幔一如一LIGJI (35 【xJ lX6+L印xcos(2口一0l一口2一島一LIGG3lYl 1pro-LIi xsin(2n"-01一島一織 1|YJ llKL×sin(2囂一壤一&一島一LIGJ |. (3國 【Y03j l YGb×sin(2石一吼一02一島一LIGG31ll式中:舶,b廣_一膨點(diǎn)的X坐標(biāo)使,肘點(diǎn)的Y坐標(biāo)值(M-a,B,C.。 逶遂浚點(diǎn)數(shù)篷方法,經(jīng)意

46、繪定兜、免弱國,粼霹求褥各鉸贏、重心及萼巍尖 的坐標(biāo)位鬻。3。3力學(xué)模型的建或 在對童佟裝置迸彳亍輟標(biāo)位置分耩瀚基礎(chǔ)上,本文以級商斗杼挖掘工況為鍘建 立挖掘圖譜的力學(xué)模型。S豳3.1力學(xué)摸壁標(biāo)示Fi93.1Mechanics model labeling3.3.1力瞽的計算裰據(jù)圖3.1中菩煮的坐標(biāo)位置,研以計算得出:動臂油赦DF對點(diǎn)豹作 用力臂西,斗桿油缸CH對B點(diǎn)的作用力臂脅,鏟斗油缸EI對口點(diǎn)的作 用力臂En,鏟斗油缸麟對G點(diǎn)的作用力臂鼢。壬意袋囂動鷲、萼釋、鏟斗漓鬣長度蔻:143挖掘匆數(shù)學(xué)模型的建藏五L2厶 t每,一Y蠢專嚎,一X0阢一砭2+阢一鼠2厄j了硒麗 (3.7蜜3。2琴串趣累毯

47、鎊贏瓣毽重竺豁,瑕囂熹鞠纛線囂羥麓哭叁,霹累蹬爸9凝 壓缸的力臂值。E.匱!墜:墾!:匕蘭堡里:簍!二壟!蘭墜:墨!圣蘭然旦二圣! (3.8 E._-一 ,.n I E。瞻蘭墜二蔓!:墾蘭墜:墨i二絲二圣!羔墨!墊:墨!蘭型 移 . z _o一 1.,.y, E一陵蘭堡:墾2:圣照二簍2:籃二墾2苧§!亟:墨2蘭到 (3.1m C1,_粕¨一 Io1u, E,。|圣蘭鯊二圣i:篷二蘭造旋二堡二圣!苧圣±墮:絲!蘭舅0.11 33_“:一楚援力方囊取垂耋予JB連線方露t蘩塑3.1飄零:則:E瓶j了硒麗 (3.12。照些幽生墜型毪坐絲超k墜型型鯽3 E。l圣二圣!蘭墨

48、!咝二圣!羔基二逛!:羔!蘭墨二煎:墨!蘭塑 為。 l 錦 l 巳。照苧超型盟墨鶿嘗生型些堂趔似5 互。照墊絲堅墜型氅警型坐墅魚墨趔(3.16o曲 式中;島挖掘力對B點(diǎn)的力臀:琶。毒窆握力瓣A熹茲力罄; Ejg宅掘力對G點(diǎn)的力臀; 馬t宅掘力對T點(diǎn)的力臂; E。麓握力蹲s點(diǎn)的力臂。重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3.2工作油缸理論挖掘力模型九JFod(a (b圖3.2鏟斗,斗桿油缸理論挖掘力計算簡圖Fi93.2The calculation sketch of theoretical excavating forces of aim and bucket cylinder正鏟工作裝置主要采用斗桿油缸進(jìn)

49、行挖掘,鏟斗油缸在挖掘過程中主要起調(diào) 整切削角度和破碎巖土的作用。假定不考慮下列因素:工作裝置自重和土重;液壓系統(tǒng)和連桿機(jī)構(gòu)的效率;工作油缸的背壓。如圖3.2a所示,鏟斗挖掘時鏟斗油缸的理論挖掘力為:。F3s-E33(3.17 Li暑式中:F39鏟斗油缸最大工作壓力,F39=A3xP3xn,A3為鏟斗油缸大 腔作用面積,P3為鏟斗油缸液壓系統(tǒng)工作壓力(Pa,n為液壓缸 數(shù)目(單缸為1。雙缸為2。由圖3.2b所示,以鏟斗和斗桿機(jī)構(gòu)為隔離體,可得方程組:限×E33-XE庸I,2i xE2+F3xE32-矗j×%解方程可得斗桿油缸的理論挖掘力為:(3.18 式中:F29斗桿油缸最

50、大工作壓力0"0,F29=A2xP2xn,A2為鏟斗油缸大腔3挖掘力數(shù)學(xué)模型的建立作用面積,P2為鏟斗油缸液壓系統(tǒng)工作壓力(Pa,n為液壓缸數(shù) 目(單缸為1,雙缸為2。對于正鏟液壓挖掘機(jī),動臂油缸的理論挖掘力一般不予考慮,動臂油缸在挖 掘過程中主要應(yīng)考慮其閉鎖情況以及在最大半徑處附近的滿斗提升性能,計算方 法在后文中有詳細(xì)介紹。3.3.3整機(jī)理論挖掘力模型液壓挖掘機(jī)處于某一工況下工作油缸的主動挖掘力能否實現(xiàn)主要取決于下列 條件:工作油缸的閉鎖能力;整機(jī)的工作穩(wěn)定性;整機(jī)與地面的附著性能;土壤(或其它作業(yè)對象的阻力;工作裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。當(dāng)全面考慮這些條件后求得的工作油缸能實現(xiàn)的挖掘力值

51、就是整機(jī)在該挖掘。 工況下的挖掘力。 求整機(jī)理論挖掘力按下列假定進(jìn)行:考慮整機(jī)自重,有相對運(yùn)動的構(gòu)件重量分別計算,液壓油缸重量簡化到連一 接的兩鉸點(diǎn)上(如圖3.3;圖3.3液壓油缸重量計算簡圖Fi93.3The gravity calculating sketch of hydraufic oil cylinder在挖掘過程中斗中土重視為主動油缸長度的分級線性函數(shù),其重心與鏟斗 重心一致; 不考慮液壓系統(tǒng)和連桿機(jī)構(gòu)的效率;不考慮油缸小腔背壓;不考慮土壤阻力和工作裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制;不考慮其它因素如停機(jī)面坡度、風(fēng)力、慣性力、動載等的影響。17重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文患妻盞錕若似 吣(X03_xB一摯

52、×(X。也一譬×(弘x,l以。%、p”。 卜×量一Gl×邑。一G2×石。:一G3×如,一譬×如一甌×墨生一x1妊+-蜀-1 jkl一上=-=一 ×如一G3x(X。一以一了G30×,一瓦13挖掘力數(shù)學(xué)模型的建立取整機(jī)為隔離體,對丁點(diǎn)取矩,前傾條件限制的挖掘阻力為:; 卜 ×陸 蚺 × 喝 卜 坻 一 (學(xué)一x1么zJ , =I 、 ,l,口Lj【一G:ox(學(xué)一赫卜×(半一坼 .J廠 取整機(jī)為隔離體,對S點(diǎn)取矩,后傾條件限制的挖掘阻力為:f:卜xk一+c"(

53、xo,一K+G2x(a2一K+G3×(屯一K+Gl。×(量筍一K1么(3.24 卜(半一K螄(學(xué)一Kl/ 綜上所述,挖掘力的充分發(fā)揮只有在主動油缸產(chǎn)生的挖掘力F砬同時滿足下列 條件時才可能實現(xiàn):動臂油缸閉鎖條件F如=F。,m=Fwol鏟斗油缸閉鎖條件F02=Fw02=Fw03整機(jī)與地面附著條件-I沁=F吡=F。04整機(jī)前傾條件f如=F,02=Fw05整機(jī)后傾條件R2-F。02=R06否則,整機(jī)能實現(xiàn)的理論挖掘力被F唧0l,民m,R瞄,Fw05或Fw嘶中的最小值 所規(guī)定。即整機(jī)理論挖掘力為其中的最小值:、 F02-rain疆woI,Fw昭,F。03,F。蚪,F們5(或Fw曲需

54、要指出圖3.2所示工況為斗桿油缸主動挖掘,若用鏟斗油缸主動挖掘時,R,03應(yīng)取鏟斗油缸主動產(chǎn)生的挖掘阻力值,而F如2應(yīng)取斗桿油缸閉鎖能力所允許的挖 掘阻力值.挖掘力和挖掘阻力的方向都應(yīng)垂直于GJ的連線方向。如果考慮到整機(jī)理論挖掘力計算時簡化假定中忽略的某些因素,則可求得整 機(jī)的實際挖掘力。當(dāng)用于某些特殊作業(yè)條件時求整機(jī)實際挖掘力必須考慮坡度、 風(fēng)力等影響。3.4小結(jié)本章運(yùn)用數(shù)學(xué)方法,分析挖掘機(jī)工作過程中各個關(guān)鍵點(diǎn)的位置變化情況,建 立關(guān)鍵點(diǎn)的位置模型;綜合考慮挖掘機(jī)實際作業(yè)中液壓油缸動作情況(主動或閉 鎖,建立了挖掘力發(fā)揮的力學(xué)模型,得到了各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)和影響挖掘力實現(xiàn)的 限制條件,從而為下一

55、步的分析提供了依據(jù),并為挖掘圖譜的程序?qū)崿F(xiàn)奠定了理 論基礎(chǔ)。194基于測試的挖掘阻力分析4基于測試的挖掘阻力分析4.1引言正鏟液壓挖掘機(jī)主要用于采礦裝巖作業(yè),工作對象堅硬,必須采用切削厚度 較小、挖掘行程較長的挖掘方式,所以在挖掘過程中一般都以斗桿挖掘為主,而 動臂缸、鏟斗缸則主要起調(diào)節(jié)鏟斗位置和切削后角的作用。當(dāng)斗桿挖掘?qū)⒔Y(jié)束 時,鏟斗油缸伸出,對工作面進(jìn)行破碎并進(jìn)一步充斗,然后動臂油缸舉升,使斗 和土壤離開掌子。液壓正鏟的發(fā)展比液壓反鏟晚,特別是用于采礦和裝載方面的正鏟國外也是 近二十年才開始,因而對于正鏟工作裝置挖掘阻力理論的研究較少,缺乏成熟、 完整的資料。因為挖掘力與挖掘阻力的匹配

56、情況對挖掘機(jī)的挖掘性能有著很大的影響,挖 掘力太小挖掘能力自然降低,但挖掘力太大或者其變化規(guī)律與挖掘阻力的變化不 適應(yīng),則功率利用率要降低。本文研究的大型正鏟液壓挖掘機(jī)鏟掘?qū)ο笾饕潜?破后的礦石和巖石,在實際挖掘中存在很大的隨機(jī)性,導(dǎo)致挖掘過程中載荷情況 復(fù)雜且無規(guī)律可循?，F(xiàn)階段對正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘阻力的研究還未有任何經(jīng)驗公 式可循,國內(nèi)外也沒有正鏟液壓挖掘機(jī)的載荷譜,所以本文采用對實際挖掘工況 進(jìn)行測試的方法對挖掘阻力進(jìn)行分析。4.2測試原理建立挖掘機(jī)工作裝置姿態(tài)和各液壓缸工作壓力同步測試系統(tǒng),對某70t級正 鏟液壓挖掘機(jī)的實際正常挖掘工況進(jìn)行實測,即在挖掘機(jī)正常挖掘時,同步測試 并記錄工

57、作裝置的瞬時姿態(tài)及各液壓缸兩腔的瞬時壓力值。挖掘機(jī)挖掘性能現(xiàn)場測試是在某施工工地上完成的,挖掘?qū)ο笫禽^松散的巖 土。工作裝置姿態(tài)測試所用的儀器有HY65.D型角位移傳感器,RS232/RS485接 口轉(zhuǎn)換器及微型計算機(jī)。同時,同步測試并記錄各液壓缸兩腔的瞬時壓力值。測 試系統(tǒng)框圖如圖4.1。4.3測試儀器HY65.D型角位移傳感器為了確定工作裝置的姿態(tài),用3個HY65.D型角位移傳感器來分別測量動臂 相對于機(jī)座、斗桿相對于動臂和鏟斗相對于斗桿的轉(zhuǎn)角。HY65.D型角位移傳感器 形狀如圖4.2所示。將它們分別安裝在動臂與機(jī)座、斗桿與動臂和鏟斗與斗桿連接 的銷軸的中心處。重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文I 各液壓缸大小腔壓二測試系統(tǒng)圖4.1測試系統(tǒng)框圖Fi94.1The bl