挖掘机工作装置各部分的基本尺寸计算和验证.docx

1、挖掘机工作装置各部分的基本尺寸计算和验证三、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。(1)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、

2、 确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数 Ki IJI2。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。一般当 Ki2时(有的反铲取Ki3)称为长动臂短斗杆方案，当 Kiv 1.5时属于短动比长斗杆力案。K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 入。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 入=1.61.

3、7。取 俭=1.61.7 ;力=1.51.7。(2)斗形主要参数的确定当铲斗容量q定时，挖掘转角 2 ，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2角度所切下的土壤刚好装满铲斗， 于是斗容量可按下式计1 2q -R B(2 sin2 )Ks算： 2 (4.1)式中：Ks土壤松散系数。(取Ks 1.25 )一般取：B=(1.01.4) 3 q (4.2)R 的取值范围： R=(1.31.6) 3q (4.3)式中：q 铲斗容量， m3;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B 叭C.L0,15(L20.25仇90.61J.91f

4、- 英旳 -欧韭l勿种0.34. 40.52fl. 72n.Fto+5d1.1.25L5l.ESH本砒种4.3I0-5K671k Dfi1. Li1,27he1. 77苏麻各种0.65(1,7K口 M：.1 fi中苗12种0.51九關I0,9o.g】l. ja其 怡0 + 9Kiue低 限Sb0.70,7O.fi1,0R2L.n庇 限C.60,70.80.9l.Gi.e铲斗两个铰点K、Q之间的间距|2腹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 k2 124：3 =0.30.38。由经验公式知： l3 1.553 q ；当铲斗的转角较大，而 k2的取值较小，一般 ao = /

5、KQV =95 115 （三）动臂机构参数的确定一般动臂转角可取 a = 120 140 弯角太小会对结构强度不利。弯臂转折处的长度比K3=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 K3=1.11.3或BC= l71、 ll和*的计算和K!可按下列近似经验公式初定 h和l2，即：由： Rmax l1 l2 l3 l1 K1 l2r/口 . Rmax l3 .可得：l2 l1 = k1l21 K12、I41和l42的计算在 CZF中已知1、l1、K3可得：l41 j ”1J1 k| 2K3 cos 1计算得 141 142ZFC 180 CZF CFZ图3.1最大挖掘半

6、径时动臂机构计算简图3、I5的计算动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比 K4按不同的情况选取， 专用反铲取K40.8，所以这里我取 K4=0.4。11的取值对特性参数K4和最大挖掘深度Hmax及最大挖掘高度H2max有影响，加大加大H会使K4减少或使Umax增大这是符合反铲作业要求 因此基本用作反铲的小型机常取 n 60根据要求可以初选 11 62.5斗杆液压缸全缩时 CFQ 32 8最大，如图3.2所示，常选 32 8 max 160180max根据本设计的要求可选择 32 8 max 160max图3.2最大卸载高度时动臂机构计算简图3.1所示。动臂又液压缸结构中这一夹角较小，可能 Z的下面，初

7、定BCZ取决于液压缸布置形式，如图为零。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,BCZ 5，则在 CZF中可以得到：BCF 2 ZCFBCZ 33.1 5 26.1由图3.2得最大卸载高度的表达式为:H 3max YC hs in( 1max 11 2)l2 sin( 32max 1max11180 ) I3也可以写成以下式子:H 3max YA l5 sin l1 sin( 1max11 2) 2 sin( 32max1max11 2 180 ) 13(3-1 )由图3.3得到最大挖掘深度绝对值的表达式:H1max YC hs in( 1min 112) l2 l3也可以写成以

8、下的表达式;H 1maxl3l2 l1 sin(1min112) I5 sin11 ya(3-2)将式（3-1 ）和（3-2 ）相加，消去15得:H LJ1max 3maxl1 sin( 1max 2 11 )l2 sin(1min32max11 8l1 sin( 111min 2) l2(3-3)同时令A 11 232max根据以上求得的数据代入得，可知:A 62.5 26.1 88.6B 88.6 160 71.4将A与B的值代入到式3-3 ）中则得到以下式子:1min) 2 n ( t B) 1 0H 1max H 3max h sin( 1max 88.6 ) sin(88.6又知特性

9、参数:K4sin 1max1 sin 1min则有关sin 1minCOS 1minsin 1maxK4 12(Sin(K：1max21(3-4)(3-5)(3-6)务书要求的，就是已知的， li、I2、A和B都先已选出或算出，由此式可解得:imi n26.5imaxi63.4再由式（3-2 ）可求得15为:sin 11而 imin 与 imax 满足以下方程:(3-8)i.29530.3437i.6i.6390.95i6则 禾口的值满足这两个经验公式，说明了 禾口的值是可行的。由（3-7 ）和（3-8 ）两式可知:LiminIs 624.3i0.3437i8i6.44mmLimaxLimin

10、 i.6 i8i6.44 2906.30mmLimini.2953 i8i6.44 2352.83mm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

11、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 105 125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19及18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 19 ,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：1 巳 max (12 13)e2ma

12、x 19 P2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；18：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I9已定时2max愈大，e?和0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 2max，初取2max = 90由图4.1的几何关系有：L2mi n2 L2min 2. Sin(驚)2max 2 l9 sin( )L2mi n22 1而 L2maxL2min 2同样由图4.1所示可知，由余弦定律知:2L2min l9 2 L2min

13、l9 cos(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130 -170。之间初定 Z EFCM50动臂上/ DFZ也是结构尺寸，按结构因素分析，可初选 ZDFZ=10 |8 = 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Rd。这两个参数都可以用经验公式进行计算：铲斗宽度的计算：b 1.13 q 1.13 0.8 1020m铲斗切削半径的计算：Rd 1.443 q 1.443 0.8 1448mm2、斗形尺寸的计算5.3所示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，如图图5.3反铲铲斗计算

14、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 =22斗侧臂角 40，包角 108。表5.1参数/mm3斗容量q/ m0.651.0b11001400Rd12501370m180230R10701140X1341300X2840996X312801410L855960常见铲斗斗形参数参照表5.1可以计算q 0.8m3的挖掘机铲斗的各种参数。3、转角范围确定DO由最大挖掘高度 H2max和最大卸载高度 Hsmax的分析，可以得到初始转角解得：DO 50最大转角3max V0QV，其不易太大

15、，太大会使斗齿平均挖掘力降低，初选 3max=1654、铲斗机构其它基本参数的计算ll2 -摇臂的长度，129 -连杆的长度；13 -铲斗的长度；J -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： K2 -24 0.3l3则有：l24 l3 K2 1448 0.3 434.4mmL3max和L3min的确定铲斗的最大挖掘力阻力 F3Jmax应该等于斗杆的最大挖掘力，即130粗略的计算斗杆挖掘平均阻力 F3J max 65KN2挖掘阻力F3Jmax所做的功W3J :叫 J F3max

16、13 3max= 6.5 105 1.448 165 314 2.7 105N ?m （ 5.1）180由图5.4可知，铲斗油缸推力所做的功 W3 :6 2 6W3 l3 L3min = 34 10 40 10 L3min （ 5.2）由功能守恒知铲斗油缸推力所做的功 W3应该等于铲斗挖掘阻力所做的功 W3J ；(5.3)W3J W3将式5.1和式5.2代入5.3中计算可得:L3min 1580.65mm则： L3max L3min 1580.65 1.6 2529.03mm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:HK 445mm HN 533mm NQ 610mmFN l2 NQ 2132.86 610 1522.86 mmGF 711mm在三角形GFN中利用余弦定律：2 2 2GN FN GF 2FN GF cos GFN代入数值得：GN 1319.80mm至此，工作装置的基本尺寸均已初步确定。