ZE510E液壓挖掘機(jī)計(jì)算說明書

ZE510E/ESP液壓挖掘機(jī)計(jì)算說明書中聯(lián)重科（上海）挖掘機(jī)上海研發(fā)中心2012年06月8日目錄第一章總體參數(shù)計(jì)算……………1第二章回轉(zhuǎn)裝置計(jì)算……………3第三章行走裝置計(jì)算……………6第四章工作裝置計(jì)算……………9第五章整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算…………15總體參數(shù)計(jì)算一、功率計(jì)算1、發(fā)動(dòng)機(jī)原始參數(shù)型號(hào)：ISUZU-BB-6WG1XQA-03S功率：2kW/1800r/min最大扭矩：15531500r/min2、液壓泵K5V200DPH1J3R-9NE4-4AV參數(shù)(1)主泵：最大流量Q：360×2L/min最大工作壓力P：（37）Mpa額定轉(zhuǎn)速：1800r/min(2)先導(dǎo)泵：流量Q：27L最大工作壓力P：Mpa額定轉(zhuǎn)速：1800r/min3、主泵輸入功率計(jì)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(gè)最大值范圍內(nèi)，在充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率基礎(chǔ)上，避免過載導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。根據(jù)主泵功率曲線圖，主泵最大功率時(shí)，P0=23MPa，Q0=343L/min其中，液壓泵總效率η=0.940.96，下同。按照擬合的P-Q曲線，實(shí)現(xiàn)恒功率控制，此時(shí)：P0=1MPa，Q0=347L/min主泵1和主泵2輸入功率：4.先導(dǎo)泵輸入功率輸入功率5、功率校核風(fēng)扇（水散、中冷）消耗功率為：8kW;進(jìn)排氣消耗功率為：kW（發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定）;電裝空調(diào)壓縮機(jī)功率為：3kW;kW；發(fā)動(dòng)機(jī)功率富余量為：2-54=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(dòng)機(jī)功率富余%，完全滿足使用要求。第二章回轉(zhuǎn)裝置計(jì)算一、回轉(zhuǎn)平臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)馬達(dá)型號(hào):KawasakiM5X130CHB-RG14D排量:129.2ml/r最大工作壓力:28.4MPa回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速比:I=××式中:Z2_內(nèi)齒圈齒數(shù)Z1_小齒輪齒數(shù)回轉(zhuǎn)平臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速：n實(shí)=4r/min即：ω實(shí)=8.54×2π/60=0.89rad/s二、回轉(zhuǎn)平臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速計(jì)算在挖掘作業(yè)回轉(zhuǎn)角度,轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間,轉(zhuǎn)臺(tái)起動(dòng)力矩MQ與回轉(zhuǎn)角速度ωQ之間有一個(gè)最佳匹配的問題,這個(gè)最佳匹配的回轉(zhuǎn)角速度就稱為回轉(zhuǎn)平臺(tái)的最佳轉(zhuǎn)速.1)平臺(tái)起動(dòng)力矩MQMQ=p·q·I·η總/2π=××2××0.85/2π=153812N·m式中，q—馬達(dá)排量；p—工作壓力；η總—傳動(dòng)的機(jī)械效率,?。黄渲?ηM—液壓馬達(dá)的機(jī)械效率,?。沪菧p速機(jī)—減速機(jī)傳動(dòng)效率，取0.92；η齒圈—內(nèi)齒圈傳動(dòng)效率，取8；2)平臺(tái)制動(dòng)力矩MZ由于摩擦力、效率、出口油壓的影響，對于液壓制動(dòng),制動(dòng)力矩與起動(dòng)力矩之比C===84式中ηM—液壓馬達(dá)的機(jī)械效率；η1—減速機(jī)機(jī)械效率；η2—回轉(zhuǎn)支承機(jī)械效率。MZ84MQ84×153812N·m=212888N·m川崎實(shí)際制動(dòng)扭矩：874×2××0.92×=244049Nm3)行走部分與地面的附著力矩MφMφ=4910φG=4910×0.5×51=464314N·m式中φ—附著系數(shù)，取φ=0.5G—整機(jī)重量,G=51t取轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)力矩的允許值4)回轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)間t已知回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)過載閥的調(diào)定壓力p=28.4Mpa按作業(yè)轉(zhuǎn)角=90°回轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)間:t=ωQ2(1+3/R2+3/cR-1/R3)+2/ωQ為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時(shí)間t,令dt/dωQ=0得,轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速：nmax=式中，MQ—平臺(tái)起動(dòng)力矩，MQ=153812N·mJ0—空斗時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,J0=590G5/3=590×515/3=413811kg·m2λ==1.627(J-滿斗時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)==∴nmax===0.81（rad/s）=r/min即理論上轉(zhuǎn)速n=r/min時(shí)，作業(yè)循環(huán)時(shí)間最短。第三章行走裝置的計(jì)算一、接地比壓計(jì)算履帶尺寸:單條履帶接地長度:H=4530mm履帶板寬度:L=700mm履帶高度：h=1126mm整機(jī)重量:G=51000kg×9.8=499800N履帶平均接地比壓:p===725Mpa二、行走速度計(jì)算行走馬達(dá)型號(hào)為:715C3K+KYBMSF340VP工作壓力:P=3MPa減速比:i=6馬達(dá)排量:q小=17ml/rq大=ml/r馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速:n1==1967r/minn2==1136r/min驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)距：t0驅(qū)動(dòng)鏈輪齒數(shù)：23驅(qū)動(dòng)鏈輪基圓直徑:Dν=rω，則有νmax===Km/hνmin===2.91Km/h三、最大牽引力計(jì)算①液壓馬達(dá)最大輸出扭矩：Mmax=△p·q·ηm1/=3××=1578（N·m）△p-液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓力差，取3MPa；q-液壓馬達(dá)的排量，取q大=ml/r；ηm1-液壓馬達(dá)的機(jī)械效率；驅(qū)動(dòng)輪的最大輸出扭矩：Mqmax=Mmax·i·ηm2=1578×6×1=89605N·mi-傳動(dòng)比；ηm2-行走減速機(jī)機(jī)械效率，ηm21。一條履帶的最大牽引力：T=Mqmax/R=89605××2/=（KN）整機(jī)最大牽引力（兩側(cè)）：Tt=2TQUOTE-0.15×W=2×QUOTE-0.15×W=360（KN）四、爬坡能力在爬坡時(shí)整機(jī)須克服如下阻力：1)自重在斜坡方向分力WP=Gsinα2)運(yùn)行阻力WYcosα3)履帶內(nèi)阻力Wn=則最大牽引力應(yīng)不小于這些阻力之和，即Tt≥WP+WY+W此外還應(yīng)滿足挖掘機(jī)在爬坡時(shí)不打滑的條件，即φGcosα≥Fφ-履帶板與地面的附著系數(shù)，取。由上，可得WP+WY+Wn≤F，即G(sinαα+0.06)≤Tt①φGcosα≥T，②令φGcosα=G(sinαα+0.06)得α°代入①式，得：51××(sin°+0.06)=341KN＜360KN所以，整機(jī)在上°斜坡時(shí)，牽引力能夠克服幾種阻力。φGcosα×51××cos°=341KNφ-履帶板與地面的附著系數(shù)，取0.8。附著力等于克服阻力的牽引力，故挖掘機(jī)在爬°的坡角時(shí)不會(huì)打滑。所以，α=°為挖掘機(jī)能實(shí)現(xiàn)的最大爬坡角。五、原地轉(zhuǎn)彎能力計(jì)算挖掘機(jī)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=（～）μG+式中μ-履帶對地面接觸阻力系數(shù),取μW=（×）×51×9.8=250<Tt=360kN故挖掘機(jī)在一般路面能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。第四章工作裝置的計(jì)算（一）、設(shè)計(jì)的基本要求：反鏟斗容量為2.2m3；動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)布置；其它要求與一般通用的反鏟工作裝置相同；（二）、動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)確定圖中符號(hào)規(guī)定如下:l0=AB—?jiǎng)颖厶嵘透椎淖钚￠L度；lmax=AC0—?jiǎng)颖厶嵘透椎淖畲箝L度；r4—AC線與水平線之間的夾角；r5—∠B0CB；L—?jiǎng)颖坫q點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)A的距離；L0—?jiǎng)颖塾透兹s時(shí)，動(dòng)臂油缸力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)A的力臂;L1—?jiǎng)颖坫q點(diǎn)與動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸點(diǎn)間的距離；L2—?jiǎng)颖塾透兹鞎r(shí)，動(dòng)臂油缸力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)A的力臂;引入下列無量綱參數(shù)：λ=lmax/l0，ρ=L/l0，σ=L1/l0，ε=L0/l0，k=L2/L0令:m=Cosr3=(L21+L2–l02)/2Lp=Cos(r2+r3)=(L12+L2-lmax2)/2L則推導(dǎo)得出：此外，ε=L0/l0=σ·ρ·Sinr3即有：L0=l0·σ·ρ·Sinr3同理有：L2=L0·σ·ρ·Sin(r2+r3)/λ工作裝置鉸點(diǎn)位置代入計(jì)算結(jié)果如下：ε=L0/l0=/2260=482ρ=L/l0=/2260=8k=L2/L0=7/=1.2892σ=L1/l0==1.4056注：在通用挖掘機(jī)上，考慮以反鏟、正鏟和起重、裝載等作業(yè)為主要工作裝置時(shí)，可取ρ～，k=1；對要求在地下部分有較大挖掘力、挖掘深度時(shí)，ρ值可適當(dāng)縮小。動(dòng)臂全伸、全縮的力臂比值k按不同情況選取，專用反鏟可?。灰苑寸P為主的通用機(jī)械，k=0.8～。所以以上初選值合理。(三)、動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)幾個(gè)初始參數(shù)根據(jù)ZE510E整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和平臺(tái)尺寸，選定動(dòng)臂與平臺(tái)鉸接點(diǎn)A的直角坐標(biāo)值如下：XC=140mm(自回轉(zhuǎn)中心量起)YC=2290mm(自停機(jī)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(dòng)臂的轉(zhuǎn)角范圍如下：r2min=-43°r2max=46°所以動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角范圍為：θ1=r2max-r2min=46°-（-43°）=89°動(dòng)臂油缸—斗桿油缸—鏟斗油缸的缸數(shù)為：2—1—1；采用重量輕，剛性好的整體彎動(dòng)臂結(jié)構(gòu)；按如上所推導(dǎo)解析式和選定的初始參數(shù)經(jīng)運(yùn)算后得一組動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)的主參數(shù)（動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)各鉸點(diǎn)的位置幾個(gè)構(gòu)件的長度）。同樣，可得出一組斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)的主參數(shù)（包括斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)位置以及各構(gòu)件的長度）。工作裝置（動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)）各鉸接點(diǎn)位置以及各構(gòu)件的長度均參照ZE510E液壓挖掘機(jī)。具體數(shù)值如下：DE=mmDM=mmML=720mmNL=719mmDN=537mmBD=3380mmBM=2mmBH=1151mmBC=7060mmBF=4237mmHI=1635mmFC=3mmZE510E液壓挖掘機(jī)油缸的參數(shù)動(dòng)臂油缸斗桿油缸鏟斗油缸油缸個(gè)數(shù)211油缸內(nèi)徑Φ165mmΦ190mmΦ165mm活塞桿徑Φ115mmΦ135mmΦ115mm油缸最大長度Lmax3830mm4740mm3140mm油缸初始長度L02260mm2755mm1870mm油缸大腔面積2cm22cm22cm2油缸小腔面積10cm21cm2109.9cm2系統(tǒng)最大工作壓力37MPa37MPa37MPa油缸閉鎖壓力39MPa39MPa39MPa油缸大腔推力7KNKN7KN油缸小腔推力KN519.2KNKN油缸大腔閉鎖力KNKNKN油缸小腔閉鎖力KNKNKN油缸行程1570mm1985mm1270mmλ=Lmax/L01.695219注：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)幅度等因素的影響一般選取λ=1.5～，個(gè)別情況因動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)位置要求可以取λ動(dòng)臂≤1.6，而取λ斗桿～，λ鏟斗～。斗桿工作全伸時(shí)，l/d>15，則需對斗桿油缸進(jìn)行穩(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(jī)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(yīng)滿足下式：F≤Fk/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=2～4，這里取nk=3。斗桿缸按無偏心載荷、等截面計(jì)算：當(dāng)l/k≥mn1/2時(shí)，可按歐拉公式計(jì)算，F(xiàn)k=nπ2EJ/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×1011Pa；J—活塞桿橫截面慣性距，m4。對實(shí)心桿，J=πd4×354=1.63×10-5Fk=nπ2EJ/l2×1011×1.63×10-5π2/2.7552=×106N斗桿油缸挖掘時(shí)大腔受壓，此時(shí)壓力應(yīng)為大腔的閉鎖力，故：F=1KNFk/nk=×106/3=1480KN≥1KN因此斗桿油缸穩(wěn)定性能夠達(dá)到使用要求。在實(shí)際挖掘過程中，斗桿缸穩(wěn)定行應(yīng)按照斗桿最大轉(zhuǎn)角的1/3—1/2計(jì)算，