《挖掘機(jī)可移動(dòng)配重模塊的結(jié)構(gòu)分析及仿真設(shè)計(jì)》10000字（論文）

IIPAGEPAGE11緒論1.1選題的目的和意義液壓挖掘機(jī)是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷拇笮凸こ虣C(jī)械了，普遍用于道路施工、礦石挖掘、國防的實(shí)力設(shè)施建設(shè)。在工程建設(shè)中有著“老大哥”的地位，在工地上隨處可見。近些年來，由于國家的快速發(fā)展，大力修建設(shè)施，挖掘機(jī)的用處以及需求量越來越大，所以對液壓挖掘機(jī)的改進(jìn)和創(chuàng)新應(yīng)該重視起來，挖掘機(jī)配重機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)迫在眉睫。挖掘機(jī)穩(wěn)定性的指的是在整機(jī)自身重量和外部作用載荷力的作用下，是否還能夠穩(wěn)定的進(jìn)行作業(yè)，而不發(fā)生傾斜的的能力。挖掘機(jī)穩(wěn)定性的好壞更是關(guān)系到駕駛員的安全，特別是在一些環(huán)境惡劣的條件下進(jìn)行挖掘作業(yè)，如果挖掘機(jī)出現(xiàn)失穩(wěn)那直接影響到人的生命安全。不僅如此，穩(wěn)定性的好壞與否對于整個(gè)機(jī)器的影響也很大，它影響到挖掘機(jī)能否正常的發(fā)揮出其性能；而且配重跟回轉(zhuǎn)平臺(tái)相連接，更是直接影響到跟其相關(guān)部件的使用壽命。挖掘機(jī)在工作時(shí)，動(dòng)臂前伸，外部的載荷力會(huì)對因?yàn)橥诰蚍较虻母淖兌淖?，?huì)讓挖掘機(jī)有前后傾覆的趨勢就像人騎自行車在下坡時(shí)，只有按后剎才不會(huì)向前傾，而挖掘機(jī)的這種力只能通過機(jī)器自重和配重來平衡。因此，配重的選取直接影響到挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。1.2國內(nèi)外挖掘機(jī)發(fā)展史及研究現(xiàn)狀1.2.1國外挖掘機(jī)發(fā)展史及研究現(xiàn)狀液壓挖掘機(jī)最早的有的時(shí)候可以追溯到16世紀(jì)初的歐洲的意大利，當(dāng)時(shí)因?yàn)檎羝麢C(jī)的出現(xiàn)，所以機(jī)械的發(fā)展迅速，發(fā)展至今已經(jīng)快有180余年的歷史了。經(jīng)過長時(shí)間以來的經(jīng)驗(yàn)積累，從一開始的機(jī)械式挖掘機(jī)到現(xiàn)如今的液壓挖掘機(jī)；鐵皮外殼人工灌裝混合物的配重到現(xiàn)在的鑄鐵配重，等等一些列的變化都取得了驚人的進(jìn)步。回看液壓挖掘機(jī)的技術(shù)發(fā)展史，大概有三次技術(shù)飛躍的經(jīng)歷：第一次是工業(yè)革命，動(dòng)力設(shè)備（包括汽油機(jī)、柴油機(jī)）的問世，這就讓挖掘機(jī)有了動(dòng)力源泉；第二次是液壓傳動(dòng)技術(shù)的引入以及普遍應(yīng)用，這使得挖掘機(jī)械在進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)更加的理想化；第三次是電子控制技術(shù)的興起，使得液壓挖掘機(jī)的自動(dòng)化控制體系逐步建立和完善，向著工業(yè)自動(dòng)化、智能化等方向飛速發(fā)展。而且現(xiàn)在研究的方向主要從液壓控制元件的制造和控制系統(tǒng)的方面著手完善。直至目前為止的挖掘機(jī)可以分為很多不同種類，可根據(jù)作業(yè)循環(huán)方式、用處、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)方式、行走裝置形式分類?，F(xiàn)在市面上采用最多的挖掘機(jī)還是液壓傳動(dòng)為主的，液壓傳動(dòng)最大的好處就是具有四兩撥千斤的特點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛，一般主要指以液壓為驅(qū)動(dòng)的工作裝置的動(dòng)作為提供液壓傳動(dòng)，提供動(dòng)力的工作裝置一般就是液壓泵，由液壓泵泵入的壓力油，經(jīng)過各個(gè)輔助原件（油管、油箱、過濾器、管接頭）和不同的控制元件（限壓閥、換向閥、單向閥），各種控制閥到達(dá)執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)），最后用液壓缸或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)各個(gè)執(zhí)行元件，從而直接實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。1.2.2國內(nèi)挖掘機(jī)發(fā)展史及研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)五十年代我國就已經(jīng)開始了液壓挖掘機(jī)的研發(fā)工作，撫順挖掘機(jī)廠模仿前蘇聯(lián)的挖掘機(jī)生產(chǎn)出了第一臺(tái)斗容量為1立方米的單斗機(jī)械式挖掘機(jī)，1958年才開始自主研發(fā)，之后雖然也研發(fā)出了一些比較成熟可靠的產(chǎn)品，但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)還不太發(fā)達(dá)，挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)以及在當(dāng)時(shí)的社會(huì)背景的影響下，挖掘機(jī)的質(zhì)量和產(chǎn)量都沒有保證，而且與國外相比相差甚遠(yuǎn)。不過自從實(shí)施改革開放后，國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)已經(jīng)開始進(jìn)入到了一個(gè)新的時(shí)期。隨著國家的改革，也隨之出現(xiàn)了一大批的實(shí)力較為強(qiáng)大的生產(chǎn)企業(yè)，機(jī)械制造開始了史無前例的飛速發(fā)展。從1994年開始，像汽車一樣，國外一些知名的挖掘機(jī)制造企業(yè)也先后與國內(nèi)的挖掘機(jī)企業(yè)合資共同生產(chǎn)挖掘機(jī)，不過都是他們出技術(shù)，我們出力，比如成都神鋼，合肥日立，小松山推，徐州卡特等都是合資企業(yè)。綜合來看，到目前為止，國外挖掘機(jī)企業(yè)還是在中國市場占主導(dǎo)地位，占據(jù)了市場80％左右的市場份額。不可否認(rèn)，人家的挖掘機(jī)技術(shù)的確比我們優(yōu)秀許多，不過仍有值得高興的地方，我們中國的民族品牌的挖掘機(jī)企業(yè)這幾年來也有了很大的發(fā)展，市場份額也有所提升，競爭力也在增強(qiáng)。在之后很長一段時(shí)間當(dāng)中，隨著新中國改革和開放的進(jìn)一步的深入，以及一些方針路線政策的出臺(tái)和實(shí)施，國家對社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和項(xiàng)目投資的能力和規(guī)模開始逐漸增大，俗話說：沒有金剛鉆別攬瓷器活，所以人們對液壓挖掘機(jī)的質(zhì)量要求也愈加急切。根據(jù)國家相關(guān)部門針對這一領(lǐng)域大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，我國工程機(jī)械市場的需求量變得愈加旺盛，而且這一數(shù)字情況還是逐年增長，這無疑將成為國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的一個(gè)新契機(jī)，也將帶來挑戰(zhàn)。要繼續(xù)努力開發(fā)優(yōu)秀的國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)技術(shù)產(chǎn)品，已經(jīng)刻不容緩，迫在眉睫了。對于美國、德國、日本等發(fā)達(dá)的工業(yè)國家工程機(jī)械的研究發(fā)展可以看出，我們國家跟他們的差距還很大。隨著其他技術(shù)層面的完善，近十多年以來，液壓挖掘機(jī)的發(fā)展方向主要圍繞著提升其可靠性和效率、降低成本為主要的研究方向，既要抓大的方向，小的方向也不能落下。2配重機(jī)構(gòu)的功能及組成2.1配重的主要形式在結(jié)構(gòu)上可以分為鑄造型配重，也叫可移動(dòng)式配重，簡而言之就是根據(jù)模具鑄造成一定形狀。第二種是鈑材加工型，第三種配重是用鈑金焊接成箱體后，向箱體內(nèi)部加入一定量的灌裝混合物做成，這種配重又被叫做固定式配重，一般中大型的挖掘機(jī)的配重都采用這種結(jié)構(gòu)。2.2液壓挖掘機(jī)配重的功能及結(jié)構(gòu)液壓挖掘機(jī)是否能穩(wěn)定的工作，對挖掘機(jī)整機(jī)性能的影響很大，挖掘機(jī)穩(wěn)定性的良好不但可以保證在工作當(dāng)中人機(jī)的安全，而且還能夠使挖掘機(jī)在作業(yè)范圍內(nèi)有能充分發(fā)揮工作性能的能力。并且提高穩(wěn)定性的同時(shí)還可以減少挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承在使用時(shí)的磨損程度，使其磨損均勻，從而提高挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的使用壽命。液壓挖掘機(jī)的工作裝置為懸臂結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行實(shí)地作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)像杠桿一樣，挖掘物體載荷的作用力會(huì)給整機(jī)一個(gè)很大的力矩，這個(gè)力作用在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，給挖掘機(jī)一個(gè)撬動(dòng)的趨勢，隨著挖掘過程中承受阻力方向的變化，挖掘機(jī)機(jī)體有時(shí)向前傾斜，有時(shí)向后傾斜。而這種傾覆力只能夠依靠挖掘機(jī)機(jī)體的重量和挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)后部的配重來平衡，使挖掘機(jī)在各挖掘工況下穩(wěn)定并安全地工作。挖掘機(jī)配重放置在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部，由兩根連桿搭配兩個(gè)主副的液壓桿與其相連，兩根連桿的另一端連接到回轉(zhuǎn)平臺(tái)支承上。當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行一次挖掘操作都會(huì)向前或者往后產(chǎn)生一定的力矩。因此，配重或載荷的選擇會(huì)直接影響到整臺(tái)挖掘機(jī)在運(yùn)行作業(yè)作業(yè)中的穩(wěn)定性，所以，一般而言，每臺(tái)挖掘機(jī)所需要配重的重量都應(yīng)該是固定的。配重的作用是為了讓挖掘機(jī)在正常工作狀態(tài)下能夠保持平穩(wěn)的運(yùn)作，減少挖掘機(jī)在正常工作狀態(tài)下的晃動(dòng)。所以，配重最主要的特性指標(biāo)之一就是質(zhì)量。配重模塊采用金屬板材加工焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，通過填裝物調(diào)節(jié)重量。灌裝物從上部的開口處經(jīng)過灌裝管道進(jìn)入箱體內(nèi)部，再進(jìn)行灌裝材料的混合比例調(diào)節(jié)，改變灌裝物的比重，從而使得配重重量達(dá)到要求。2.3挖掘機(jī)配重的工藝流程現(xiàn)在市面上的一些挖掘機(jī)配重是鑄鐵的，還有少數(shù)中大型挖掘機(jī)也會(huì)使用鑄鐵配重，鑄鐵配重需要模具，澆筑、開模、打磨、漆膜等工序，成本很高，保養(yǎng)費(fèi)用高，但是密度大，美觀結(jié)實(shí)，檔次高，報(bào)廢了還能回爐。以前的配重大多是鐵皮外殼的固定式配重，里面澆注水泥混合物，外殼用薄板下料、沖壓、焊接、打磨等成形，然后向里澆注水泥混合物，有時(shí)還要加入石頭、鐵礦石或是廢鐵，進(jìn)行振蕩處理，填滿間隙。水泥混合物中的混合物比例要根據(jù)配重的設(shè)計(jì)密度來制定，前幾此配重澆注時(shí)，需要多次少量，澆注一點(diǎn)就需要上塝或者用其他設(shè)備找一下重心和重量，根據(jù)重心位置和重量確定下一次澆注地點(diǎn)和加料的種類，每次記錄下每種料的重量和注意事項(xiàng)，經(jīng)過幾次澆注配重達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，就封住澆注口完成。但是想要調(diào)整配重質(zhì)量的時(shí)候就非常的麻煩了。2.4挖掘機(jī)可移動(dòng)配重的裝卸流程正常的挖掘機(jī)配重都是固定式的，里面是水泥之類的填充物，不過現(xiàn)在常用的挖掘機(jī)配重都是實(shí)心鑄鋼，別看它小，但是它比水泥的密度大，非常的重，而且這種挖掘機(jī)分量一般都很大。按照以前的方法，一旦挖掘機(jī)噸位超過40噸，僅僅依靠挖掘機(jī)自身是無法對配重進(jìn)行拆裝的，所以工人們在轉(zhuǎn)場運(yùn)輸時(shí)就需要用到起重機(jī)和平板車等工程車輛的配合，才能完成轉(zhuǎn)運(yùn)。因?yàn)榇笮鸵簤和诰驒C(jī)的重量比較大，它的運(yùn)輸受到了道路法律法規(guī)的制約，大型液壓挖掘機(jī)需要分解之后才能運(yùn)輸，這其中配重的比例就占了挖掘機(jī)總重的五分之一重，再加上配重本身的結(jié)構(gòu)簡單，與它連接的零部件也不多，它的拆卸也不會(huì)對整個(gè)機(jī)器的性能造成不良影響，所以拆卸配重分別進(jìn)行運(yùn)輸也就成了大型挖掘機(jī)首選的方案。然而野外施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，場地凹凸不平，借助其他設(shè)備多有不便，為了解決這一難題卡特彼勒公司便開發(fā)出多種可拆卸式配重，就拿重達(dá)12噸的配重為例，它比傳統(tǒng)配重多了一種自動(dòng)拆裝的裝置，能夠更加方便快捷地完成拆裝工作。在安裝時(shí)，先由挖掘機(jī)將配重豎立在平地上，再由工人指揮挖掘機(jī)倒車到相應(yīng)位置，使配重的導(dǎo)向槽與挖掘機(jī)安裝座的導(dǎo)向快一一對應(yīng)，在連接好鐵鏈后，就可以將配重吊裝到位并進(jìn)行加固了，可以說工人在整個(gè)過程中是絲毫不費(fèi)一點(diǎn)力氣，只要最后擰擰螺絲就能完事了。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，可移動(dòng)配重機(jī)構(gòu)主要是運(yùn)用了連桿機(jī)構(gòu)的工作原理，一頭連著車架，一頭連著配重塊，它不僅實(shí)現(xiàn)了配重從地面吊裝到車架上或是從車架上拆卸到地面上的作業(yè)過程；而在液壓系統(tǒng)方面，利用了挖掘機(jī)主泵提供給連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，通過了換向閥組控制了兩個(gè)液壓缸的伸縮，這就實(shí)現(xiàn)了配重的吊裝。這樣可以不需要借助大型的起重設(shè)備的情況下，利用液壓挖掘機(jī)自生的能量，就可以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)配重的自動(dòng)裝卸過程。而且配重結(jié)構(gòu)是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的，第一個(gè)就是上面吊耳的耳板的寬度是要能夠承重整機(jī)的；第二個(gè)就是配重的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是跟上面吊耳的受力是整體式的，內(nèi)部有特殊的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；第三個(gè)就是配重與底板的安裝是單邊單側(cè)都有三顆固定螺釘，普通機(jī)型的話就是單邊兩顆螺釘，這樣的話它的受力結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度就要好得多。挖掘機(jī)的配重模塊在很大程度上影響了挖掘機(jī)的效率、穩(wěn)定性也關(guān)系到挖掘機(jī)的正常工作、安全和使用壽命等等，可以說配重塊是挖掘機(jī)上不可或缺的一部分。3可移動(dòng)配重的設(shè)計(jì)3.1可移動(dòng)配重設(shè)計(jì)的必要性在工程機(jī)械設(shè)備上都有配重的存在，配重的存在能夠讓機(jī)械設(shè)備的重心靠近回轉(zhuǎn)中心，保證整機(jī)的穩(wěn)定性，減小對回轉(zhuǎn)支承的磨損阻力讓回轉(zhuǎn)平臺(tái)上部工作時(shí)能快速平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)。挖掘機(jī)配重的設(shè)計(jì)布局中，如果穩(wěn)定性和安全性考慮不夠，就會(huì)導(dǎo)致在工作的時(shí)候晃動(dòng)嚴(yán)重，甚至是翻車。如下圖3.1所示，傳統(tǒng)的固定式配重是安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部的，里面一般都是混合的灌裝物，安裝與拆卸都非常不便。而且挖掘機(jī)配重的重量是在整機(jī)組裝完成后，由不同的鏟斗型號(hào)、不同的挖掘機(jī)型、不同的工作場地以及物料密度所決定的，最后才裝上去的。就好比相同機(jī)型、相同鏟斗，一個(gè)在土壤水分多的地方挖掘，物料密度就大，需要增加的配重就大；在土壤水分少的地方挖掘，物料密度就小，需要的配重就小。采用固定式的配重，在作業(yè)的時(shí)候挖掘機(jī)的重心位置是會(huì)變化的，這樣就沒有辦法調(diào)整配重的位置。而且使用固定式配重時(shí)，配重的位置和質(zhì)量已經(jīng)確定了。但是如果挖掘的半徑增大，挖掘機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的傾覆力，很大程度上降低了整機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。因?yàn)橥诰驒C(jī)失去了穩(wěn)定性，就可能讓挖掘機(jī)發(fā)揮不出該有的性能，造成資源浪費(fèi)和不和挽回的損失，所以可移動(dòng)配重隨著時(shí)間的推移會(huì)逐步取代固定式配重。圖3.1固定式配重3.2可移動(dòng)配重的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)挖掘機(jī)可移動(dòng)配重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由液壓傳動(dòng)（圖3.2）和機(jī)械（圖3.3）兩個(gè)部分組成?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)上的支承座以及兩個(gè)連桿（主臂和副臂）構(gòu)成了機(jī)械的部分;而挖掘機(jī)的液壓泵、主桿和副桿的液壓缸和各種閥門等元件組成了液壓傳動(dòng)的那部分。這兩大部分通過主副兩個(gè)桿的液壓缸連接起來。挖掘機(jī)的主泵提供給主桿和副桿的液壓缸動(dòng)力，通過控制換向閥來做到兩個(gè)液壓缸來回運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)桿分別繞一個(gè)鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，挖掘機(jī)配重的拆卸和吊裝作業(yè)才能做到。圖3.2可移動(dòng)配重液壓部分圖3.3可移動(dòng)配重機(jī)械連桿部分3.3可移動(dòng)配重原理在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部增加了一個(gè)支承座如下圖3.4所示，支撐座鉸接安裝了主副兩個(gè)液壓缸，主桿和副桿鉸連接，副桿液壓缸的一端與副桿連接，這時(shí)，主桿、副桿和副桿液壓缸就會(huì)形成一個(gè)三角形，就能控制副臂液壓缸的伸縮。同理，主桿與主桿液壓缸以及支承座形成的三角形也可以調(diào)節(jié)主桿液壓缸的伸縮，就實(shí)現(xiàn)了配重的上升和下降。圖3.4回轉(zhuǎn)支承座3.4配重液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其工作原理挖掘機(jī)駕駛員在操縱配重模式時(shí)，如圖3.5所示，就會(huì)發(fā)送信號(hào)給電腦板,控制器⑩給電磁閥A4通電，使其換向，先導(dǎo)閥②的油經(jīng)過先導(dǎo)閥塊⑤，再通過電磁閥A4，接入主控制閥③的Pcb油口，主泵①的油液從主溢流閥Main通過形成油壓力。截止閥⑥打開，換向閥⑦就會(huì)有油液流入，操作換向閥⑦的A1換向閥，這就可以控制副桿的液壓缸⑧進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)副桿液壓缸的往返運(yùn)動(dòng)。同理，操作操縱換向閥⑦的A2換向閥，可以控制主桿液壓缸⑨進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)主桿液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為了防止駕駛員在配重操作的過程中有錯(cuò)誤操作，電腦板控制器⑩就會(huì)停止給電磁閥④中的A1閥通電，使先導(dǎo)液壓系統(tǒng)⑤斷開進(jìn)油。圖3.5配重液壓系統(tǒng)原理圖4挖掘機(jī)穩(wěn)定性的分析4.1影響挖掘機(jī)穩(wěn)定性的因素影響挖掘機(jī)穩(wěn)定性的因素如下:⑴履帶與地面的接觸面積、兩條履帶之間的距離以及工作場地⑵挖掘機(jī)其他部件的重量①底盤→穩(wěn)定力矩是一定的②工作裝置③轉(zhuǎn)臺(tái) 穩(wěn)定力矩和傾覆力矩是不一定④配重⑶外部載荷：①鏟斗挖掘阻力→根據(jù)鏟斗工作的位置確定②靜載荷（風(fēng)載荷） 傾覆力矩③動(dòng)載荷：起動(dòng)、制動(dòng)慣性力4.2挖掘機(jī)平衡分析挖掘機(jī)配重的重量是在整機(jī)組裝完成后，由不同的鏟斗型號(hào)、不同的挖掘機(jī)型、不同的工作場地以及物料密度所決定的，最后才裝上去的。就好比相同機(jī)型、相同鏟斗，一個(gè)在土壤水分多的地方挖掘，物料密度就大，需要增加的配重就大；在土壤水分少的地方挖掘，物料密度就小，需要的配重就小。根據(jù)上一節(jié)的要求很難一次性就確定下來合理的配重。但是根據(jù)國內(nèi)外大多挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析表明，設(shè)計(jì)時(shí)可以利用下面的工況初步確定挖掘機(jī)的配重。初選工況下的挖掘機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖4.1所示，斗桿油缸和鏟斗油缸全伸，動(dòng)臂放低使鏟斗離地約1cm左右，此時(shí)整機(jī)的重心是通過回轉(zhuǎn)中心。根據(jù)力學(xué)當(dāng)中的二力平衡特性，我們可以將挖掘機(jī)的受力部分分為兩個(gè)部分，以回轉(zhuǎn)中心為分界線，左邊的力等于右邊的力的時(shí)候挖掘機(jī)處于平衡狀態(tài)。因?yàn)槠渌考闹亓亢臀恢靡呀?jīng)確定，當(dāng)我們不考慮其他外在因素影響的時(shí)候，只考慮挖掘機(jī)自身部件的因素，可以得出挖掘機(jī)的平衡公式，即配重的重量可由下式求得。圖4.1靜止?fàn)顟B(tài)下挖掘機(jī)的受力分析圖，配重式子中，是質(zhì)量、1動(dòng)臂、2斗桿、3鏟斗、4平臺(tái)、5配重重心位置；L是各部件的重心到回轉(zhuǎn)中心的距離。因?yàn)殪o止?fàn)顟B(tài)下的挖掘機(jī)想要維持平衡狀態(tài)，挖掘機(jī)上的力就必須要保持平衡狀態(tài)——回轉(zhuǎn)平臺(tái)中心前部的力等于回轉(zhuǎn)平臺(tái)后部的力，我們可以把挖掘機(jī)的平衡看作是一個(gè)蹺蹺板，O點(diǎn)為回轉(zhuǎn)平臺(tái)中心，只有兩邊的力相等的時(shí)候才能保持水平平衡，才不會(huì)有向前傾斜或者向后傾斜的一個(gè)趨勢，平衡簡圖如下圖4.2所示，依照靜止?fàn)顟B(tài)下的受力公式可得，力的平衡公式就可以寫成:圖4.2平衡簡圖,從挖掘機(jī)的整機(jī)的穩(wěn)定性分析，因?yàn)橥诰驒C(jī)的行走裝置底盤部分的重量是固定的，重心位置也相對較低，是使得挖掘機(jī)穩(wěn)定的條件之一。但是挖掘機(jī)的上半部的重心位置的變化比較大，從外形就不難看出，挖掘機(jī)外形有點(diǎn)類似“蹺蹺板”，因?yàn)橥诰驒C(jī)在工作的時(shí)候，鏟斗的位置是經(jīng)常變化的，鏟斗也會(huì)因?yàn)檠b滿或者是空載時(shí)重心發(fā)生變化，而且挖掘機(jī)的作業(yè)場所也是時(shí)刻都在變化，有時(shí)在坡道上，有時(shí)又會(huì)在土質(zhì)松軟的場地上。在挖掘的工作過程中還會(huì)因?yàn)橥寥赖姆醋饔昧ψ饔玫焦ぷ餮b置上或者動(dòng)臂的長短不一等，這些都會(huì)讓回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的重心位置變化，產(chǎn)生一定的偏移，有時(shí)重心還會(huì)超出回轉(zhuǎn)平臺(tái)外。所以為了平衡這些力矩，在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上較重的部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)等）通常都是放到回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部，而且還要在回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部增加配重塊。但就算是這樣，如圖4.3所示如果挖掘機(jī)鏟斗滿載幅度較大時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)上的合力還是在前面的比較多，挖掘機(jī)就會(huì)有往前面傾斜。但是也不能為了平衡載荷的力矩就過分的加大配重質(zhì)量，如圖4.4所示，因?yàn)檫€要考慮到挖掘機(jī)空載時(shí)的情況，配重造成的平衡力矩是恒定不變的，這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)臺(tái)上的合力就會(huì)偏向后部，造成向后傾覆的力矩。所以回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部增加的配重質(zhì)量不宜太大。配重對于載荷力矩實(shí)際上只起到了一部分平衡的作用。目前的單斗液壓挖掘機(jī)都是普遍的采用了滾動(dòng)軸承式的回轉(zhuǎn)支承裝置，這種裝置是將上、下兩個(gè)部分連接成一體，而且滾動(dòng)表面還經(jīng)過熱處理，所以能夠承受較大的傾覆力矩。為了使得挖掘機(jī)具有較好的穩(wěn)定性，還要使支承件受力均勻，應(yīng)使挖掘機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中回轉(zhuǎn)平臺(tái)上前后移動(dòng)的合力是均勻分布的，所以要重視回轉(zhuǎn)平臺(tái)上各種機(jī)構(gòu)的合理布置，這可以通過調(diào)整配重大小來實(shí)現(xiàn)。圖4.3鏟斗裝滿時(shí)平衡的合力位置圖4.4配重過大時(shí)平衡的合力位置4.3轉(zhuǎn)臺(tái)平衡的要求及布置在非工作狀態(tài)下的控制指標(biāo):①上車重心盡量控制在回轉(zhuǎn)支承內(nèi)②上車重心前后移動(dòng)量盡量接近③前后移動(dòng)量之比應(yīng)該約等于1且小于等于1.2，前移動(dòng)量不得大于后移動(dòng)量，且大型挖掘機(jī)平臺(tái)較大，布置較方便；小型挖掘機(jī)受平臺(tái)尺寸限制布置比較困難布置原則:轉(zhuǎn)臺(tái)左右重量對稱；較重的部位應(yīng)布置在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部，如圖4.5所示。圖4.5轉(zhuǎn)臺(tái)布置圖由于平臺(tái)上部件的布置受到其結(jié)構(gòu)的限制，不一定能做到完全對稱于縱軸線，所以平臺(tái)上的重心有時(shí)會(huì)偏離軸線，讓左右兩條履帶對地面的壓力不同，這就會(huì)影響底盤的強(qiáng)度和行駛的穩(wěn)定性。當(dāng)平臺(tái)重心偏離縱軸線量不大時(shí)，可調(diào)整配重重心在橫向朝相反的方向偏移，使平臺(tái)的合力移到縱向軸線上。如下圖4.6所示，配重重心的偏移量如下式:(m)圖4.6調(diào)整配重4.4穩(wěn)定性處理原則挖掘機(jī)想要平衡就要讓挖掘機(jī)在工作循環(huán)中作用在支承上的力是分布均勻的，即消除在工作當(dāng)中作用到中央軸樞上的力。還要滿足以下條件：①轉(zhuǎn)臺(tái)及上面所有的機(jī)構(gòu)裝置的合力，無論是鏟斗在什么位置，是不是空斗或者滿斗，都不可以超出轉(zhuǎn)臺(tái)支承底座圓之外②挖掘機(jī)處在任何可能地方，不管是空斗還是滿斗，轉(zhuǎn)臺(tái)上所有機(jī)構(gòu)裝置重量的合力距離中央樞軸的位移量都要相等，都要在轉(zhuǎn)臺(tái)支承底座圓之內(nèi)。③穩(wěn)定性的衡量指標(biāo)：穩(wěn)定力矩(M1):平衡傾覆力矩，使挖掘機(jī)不失穩(wěn)定的力矩；傾覆力矩(M2):使挖掘機(jī)繞傾覆點(diǎn)的力矩，它們二者的比值就是穩(wěn)定性系數(shù)K，而且不同工況下的穩(wěn)定性系數(shù)也是不同的。穩(wěn)定系數(shù): 作業(yè)穩(wěn)定性K≥1穩(wěn)定性要求 自身穩(wěn)定性K≥1.25 行走穩(wěn)定性K≥1.254.5多種工況下挖掘機(jī)穩(wěn)定性分析及配重機(jī)構(gòu)的工作狀況1.當(dāng)挖掘機(jī)鏟斗滿斗下坡或是坡上緊急制動(dòng)時(shí)，如下圖4.7所示除了外界的作用力和挖掘機(jī)其他機(jī)構(gòu)的力，挖掘機(jī)還有一個(gè)向前傾斜的趨勢，當(dāng)我們的配重不夠大的時(shí)候挖掘機(jī)就會(huì)向前傾斜，這是不允許出現(xiàn)的情況，這個(gè)時(shí)候我們除了可以加大配重的重量還可以調(diào)整配重的位置如圖4.8所示位置，這樣增大力矩，從而增大尾部的力，讓挖掘機(jī)保持平衡而不向前傾覆，這樣即保證了作業(yè)時(shí)的人機(jī)安全，也能更好保護(hù)回轉(zhuǎn)平臺(tái)，減少磨損，提高使用壽命。圖4.7圖4.82.挖掘機(jī)在斜坡上，而且還是橫向停放、滿斗靜止有向破下傾斜的趨勢，回轉(zhuǎn)的時(shí)候就會(huì)有一個(gè)很大的慣性力，會(huì)讓挖掘機(jī)側(cè)翻，如下圖4.9所示，這屬于危險(xiǎn)工況下的一個(gè)所以回轉(zhuǎn)的時(shí)候不能太快，當(dāng)回轉(zhuǎn)的時(shí)候就要緩慢的調(diào)整配重，用以抵抗挖掘機(jī)前傾的趨勢。圖4.9挖掘機(jī)停駐在斜坡位置上時(shí)，鏟斗滿載回轉(zhuǎn)到如圖4.10所示位置時(shí)，挖掘機(jī)的重心是偏后的，這會(huì)使挖掘機(jī)有一個(gè)向后傾斜的趨勢，當(dāng)坡度太大而且迎面有風(fēng)吹來時(shí)，挖掘機(jī)向后傾斜的危險(xiǎn)性就更大了，除了避免這種的停機(jī)方式以外，可以將配重像前面一樣調(diào)節(jié)移動(dòng)放至地上，增大機(jī)體與地面的接觸面積，增加抓地力，從而做到穩(wěn)定工作。圖4.10挖掘機(jī)鏟斗滿斗，停駐的斜坡上，而且鏟斗伸出的幅度較大時(shí)，從挖掘位置轉(zhuǎn)至卸料的位置時(shí)，轉(zhuǎn)至如圖4.11位置時(shí)，制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力和各部件慣性力矩，在加上風(fēng)力的作用，讓整機(jī)有著向坡下傾翻的可能。圖4.11總結(jié)：通過對挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)可能出現(xiàn)的工況進(jìn)行了分析，可以得出這樣的結(jié)論，與傳統(tǒng)的固定式配重相比，可移動(dòng)配重的優(yōu)勢顯而易見。傳統(tǒng)的固定式配重，重量是固定設(shè)計(jì)的，通過混合灌裝到箱體內(nèi)，而且難以拆卸，當(dāng)配重滿足不了要求時(shí)更換困難，只能通過往灌裝口加入水泥之類的特別不便，而且存在一定的局限性。而本篇論文設(shè)計(jì)的可移動(dòng)配重就很好的解決了這一問題，它不僅拆卸方便，而且可以隨意調(diào)節(jié)配重位置，當(dāng)配重需要的不太大時(shí)，無需更換配重，只需要調(diào)節(jié)配重的位置，調(diào)節(jié)配重到回轉(zhuǎn)平臺(tái)中心的力矩，從而變向的加大了配重的質(zhì)量，達(dá)到作業(yè)的使用要求。5挖掘機(jī)可移動(dòng)配重模塊機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)通過對前幾章內(nèi)容的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，運(yùn)用了CATIA進(jìn)行了三維模型的建立，運(yùn)用SolidWorks建模軟件進(jìn)行了簡易的運(yùn)動(dòng)分析，軟件可以從不同的角度查看模型，這樣就能夠分析出在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上是否存在問題，想法是否能夠?qū)崿F(xiàn)。5.1配重模型的建立步驟：新建零件文件＞選擇基準(zhǔn)面＞繪制配重的草圖特征＞退出草圖＞拉伸凸臺(tái)基體＞拉伸切除多余部分。（圖5.1）圖5.1挖掘機(jī)配重5.2回轉(zhuǎn)支承座三維模型建立圖5.2回轉(zhuǎn)支承座5.3連接部分三維模型建立方框處相互連接構(gòu)成液壓連桿機(jī)構(gòu)。圖5.3連接處液壓缸圖5.4機(jī)械連桿部分5.4利用SolidWorks建立三維模型運(yùn)動(dòng)仿真步驟：文件＞打開＞零件＞插入＞特征＞保存實(shí)體＞自動(dòng)指派名稱＞自定義名稱＞生成裝配體瀏覽＞確定打勾＞完成零件到裝配體的轉(zhuǎn)換＞建立運(yùn)動(dòng)算例、施加約束＞分析動(dòng)畫。（圖5.5）圖5.5挖掘機(jī)可移動(dòng)配重三維建模挖掘機(jī)駕駛駕駛員操作配重裝卸按鈕，配重的液壓系統(tǒng)控制著配重和回轉(zhuǎn)支承連接的主副液壓缸伸縮運(yùn)動(dòng)，從而完成配重的起落運(yùn)動(dòng)循環(huán)，運(yùn)用CATIA、SolidWorks軟件進(jìn)行建模運(yùn)動(dòng)仿真，通過執(zhí)行