挖掘机工作装置各部分的基本尺寸计算和验证

1、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。(一)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杆，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆是否采用变钱点调节。3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数Ki=li八2。

2、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Ki>2时(有的反铲取Ki>3)称为长动臂短斗杆方案，当KiV1.5时属于短动比长斗杆力案。Ki在i.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3=1.6i.7。取=i.6i.7;%=i.5i.7。(二)斗形主要参

3、数的确定当铲斗容量q一定时，挖掘转角25，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25角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计io.qR2B(2-sin2)Ks算：2(4.i)式中：Ks土壤松散系数。(取Ks=i.25)一般取：B=(i.0i.4)3q(4.2)R的取值范围：R=(i.3i.6)3/q(4.3)式中：q铲斗容量，m3；B铲斗平均宽度，R1可根据表4-3根据斗容选取B值。根据式(4.i)可得(H直类别jj-0.0E0.10,150.20.00.50.65811.6L欧美种0.30.70.520.720.73口.gg0.94KIA1.2G1*5

4、1,65H本50种U.30.40,50,67。.好1L061.1?1,27i.eL77左寐6种0.660.78Q.S41.16中国】£种0.54。510,750.80.30.91Ulfi其它0911L4l.E推荐范国，低限0,R0.61J670.8k01.21.61粕限-一.0,60.891,01.21.4LS表2-6铲斗两个钱点K、Q之间的间距1244太大将影响机构的传动特性，太小则影响铲斗的反铲斗平均斗It统谛值和推荐范围结构刚度，一般取k2=124/13=0.30.38。由经验公式知：13=1.5则；当铲斗的转角较大，而k2的取值较小，一般"io=/KQV=95-11

5、5°(三)动臂机构参数的确定一般动臂转角可取为=120140。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较点B的位置来考虑，初步设计时可取K3=1.11.3或BC=171、11和12的计算据统计，最大挖掘半径Rmax值一般与L+12+13的值很接近。因此要求Rmax,已知的13和E可按下列近似经验公式初定11和12,即：由：Rmax：111213K%tttzb.(Rmax13).可得：12=11=k1121K12、141和142的计算在&CZF中已知%、11、k3可得：141=；11142=K3141：39=ZFC=arccos2M142

6、M11)1K；2K3cos：1计算得141142ZFC=180-CZF-CFZ图3.1最大挖掘半径时动臂机构计算简图3、15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K4<0.8,所以这里我取K4=0.4。豆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5会使K4减少或使Himax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«11>60根据要求可以初选0tli=62.5。斗杆液压缸全缩时/CFQ=42%最大，如图3.2所示，常选(U3241ax=160口1800根据本设计的要求可选择(Ot32-a8

7、Lax=1601图3.2最大卸载高度时动臂机构计算简图/BCZ取决于液压缸布置形式，如图3,1所示。动臂又液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的钱点一般置于动臂下翼缘加耳座上，B在Z的下面，初定/BCZ=5%则在CZF中可以得到：.BCF=12=ZCF-/BCZ=33.1-5=26.1由图3.2得最大卸载高度的表达式为：H3max-YC.l1sin（-Imax_-11-2）I2sin（,32max,-Imax_8_11_2-180）-13也可以写成以下式子：H3max-Ya.I5Sin、工-I1Sin（Rmax_11-2）I2Sin（/r-32max-。1max_8-11-

8、2-180）-J3（3-1）由图3.3得到最大挖掘深度绝对值的表达式：H1max-YC-l1Sin（3min一二11一二2）一l2一l3也可以写成以下的表达式；H1max=l3l2l1Sin（7l1min-：11-：2）T5sin-：11一YA（3-2）将式（3-1）和（3-2）相加，消去|5得：H1max.H3max=l1Sin（Wmax一二，一二仔）.l2Sin（?min.二，2max一）11一二.8一二，.二）.ISin（二仔-Fmin,二力4(3-3)同时令A二111.12B=A.二8一二32max根据以上求得的数据代入得，可知:A=62,526,1、88.6B=88.6-160

9、9;=71.4将A与B的值代入到式(3-3)中则得到以下式子：H1maxH3max心Sin(i1max-88.6)Sin(88.6-)11Sin一B)-11=0(3-4)又知特性参数:K4Sin二S1n1max:.Sin-1S1n1min(3-5)则有关Si”minSinmaxK41COSmin(3-6)将式（3-6）代入式（3-4）中则得一元函数f（»max）=0。式中Hmax与H3max是在设计任务Zmin=arccos7L).arccos(Xj2用52二：(3-7)=arccos2.2.2_2-24ir(3-8)所以：-=cos26.5=0.895：=cos163.4=-0.9

10、582；二2；二般情况下选择是：a>P则解上式就可以得到。和P。二二1.2953：=0.3437对求得的。和P值进行验算:二-1.639""1.6:-0.9516-1则。和P的值满足这两个经验公式，说明了。和P的值是可行的。由(3-7)和(3-8)两式可知:L1min15P624.310.3437二1816.44mmL1max"L1m1n-1.61816.44-2906.30mm17fLim1n=1.29531816.44-2352.83mm书要求的，就是已知的，11、l2、A和B都先已选出或算出，由此式可解得:Xmin=26.5Xmax=163.4再由式(

11、3-2)可求得15为：.5二sin11而Wmin与dmax满足以下方程:2,1311sin(A-?1min)-YA-H1max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

12、斗挖掘时斗杆液压缸的闭锁能力，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°125n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I及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：62mab1PGma（121）

13、3P2ilia入图4.1斗杆机构参数计算简图如图4-1所示图中，D:斗杆油缸的下钱点；E:铲斗油缸的上校点；F动臂的上校点；少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620与最大力臂62max有以下关系：e20e2maxl8cos：2maxl92二cosmx2可见I9已定时中2max愈大,e2和6,0就愈小，即平均挖掘力就越小。要得到较大的的平均挖掘力，就要尽量减少中2max,初取中2max=90由图4.1的几何关系有:cpL2min，2Lzmin=21Sin(壁)L2min中2l9sin(mx)2'2-1同样由图4.1所示可知,而L2max由余弦定律知:|

14、8TT+322max、L2minl9-2L2min19cos(?)3、斗杆其它相关尺的计算之间.初定斗杆上/EFQ取决于结构因素和工作范围，一般在130°170/EFQ=150°,动臂上/DFZ也是结本尺寸，按结构因素分析，可初选ZDFZ=10°.l8=2995mm（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=1.3q=13/0=81m20铲斗切削半径的计算:rd=1.44q=1.3440.8m4r482、斗形尺寸的计算根据铲斗主要参数可进一步设计计算斗形其它

15、的结构尺寸，如图百=依2十bxyv-k(xR'图5.3反铲铲斗计算尺寸图中三角形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P=22°斗侧臂角九=40*,包角中=108%表5.1参数/mm斗容量,3q/m0.651.0b11001400Rd12501370m180230R，10701140X1341300X2840996X312801410L855960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、转角范围确定由最大挖掘高度H2max和最大卸载高度H3ma

16、x的分析，可以得到初始转角中DOH2max-H3max=l(sin：do1)代入数值得：847058501448DOsin解得：do=50最大转角中3max=VoQV,其不易太大，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；12-斗杆的长度；F-斗杆的下钱点;G-铲斗油缸的下钱点；N-摇臂与斗杆的较接点；K-铲斗的上校点；Q-铲斗的下钱点。图5.4铲斗机构计算简图其中由设计经验可知：K2=3=0.313则有：124=13K2=14480.3-434.4mmL3max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F3Jmax=130KN3Jmax粗略的计算斗杆才g掘平均阻力F3Jmax13065KN2挖掘阻力F3Jmax所做的功W3J：W3J一F3max133max53.145=6.51051.4481652.7105N*m180(5.1)由图5.4可知，铲斗油缸推力所做的功W3：W3=RL3min=34106二40210上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