第2章反铲工作装置

反铲工作装置1.

反铲工作装置的结构型式与特点2.运动分析和主要工作尺寸的计算3.挖掘力的计算方法4.反铲工作装置的合理性设计第二章目的一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂§2-1反铲工作装置的结构①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式④三节弯臂工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整。合理地满足各种作业装置的参数和结构要求，替换也方便。动臂结构简单、价廉，刚度大；替换工作装置较少，通用性较差；配备几套完全不同的工作装置。

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式④三节弯臂构造简单、轻巧、布置紧凑用于悬挂式挖掘机

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式④三节弯臂

得到较大的挖深；用于专用反铲装置。

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式动臂箱形结构不用开口，动臂和斗杆油缸及管路的布置方便。

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式④三节弯臂有利于弯曲处应力集中

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接④伸缩式④三节弯臂

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式④三节弯臂

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④三节弯臂

§2-1反铲工作装置的结构一.动臂结构整体式动臂组合式动臂②弯动臂①直动臂③小弯臂

①油缸连接②螺栓连接③拐臂式④伸缩式④三节弯臂

§2-1反铲工作装置的结构二.斗杆结构

斗杆的结构往往取决于动臂的结构，大多采用整体式斗杆。

整体式斗杆组合式斗杆三.动臂油缸与斗杆油缸的布置1.动臂油缸的布置

下支式悬挂式前倾式后倾式

三.动臂油缸与斗杆油缸的布置1.动臂油缸的布置

下支式悬挂式前倾式后倾式

三.动臂油缸与斗杆油缸的布置1.动臂油缸的布置

2.斗杆的布置

四.铲斗与铲斗液压缸的连接共点式（传力大）非点式（转角大）六连杆机构五.铲斗的结构1.铲斗的作业比较（图2-15）

铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大。表2-1斗容量q=0.6五.铲斗的结构2.铲斗的结构比较（图2-19）铲斗的作业对象繁多，作业条件也不同，用一个铲斗来适应任何作业对象和条件较困难。为适应不同的挖掘工况要求，工作时选用不同的铲斗。有利于物料的自由流动，物料易于卸净。装进铲斗的物料不易掉出斗齿的材料、形状使铲斗挖掘阻力小，耐磨，易于更换。五.铲斗的结构3.铲斗结构的要求：4.液压挖掘机反铲斗容量计算对铲斗容量进行统一的计算方法；GB3225-82斗容量—挖掘机上配备铲斗容量的大小；与整机重量、挖掘范围和土壤类型有关。

斗容量：一平装斗容一堆尖斗容标定面当

—平装斗容与堆尖斗容的分界面

标定面为平面；当

标定面为曲面；

§2-2反铲装置运动分析

§2-2反铲装置运动分析第一类—原始参数

决定机构运动特性的必要参数，主要选择长度参数。第二类—推导参数

由第一类参数推算出来的参数，为运算中需要的角度。第三类—特性参数

作方案分析比较的参数。表2-4一.机构自身几何参数二．动臂的运动分析1.动臂的摆角:瞬时夹角瞬时摆角摆角范围二．动臂的运动分析2.动臂的力臂:当：得：当：得：二．动臂的运动分析3.动臂F点的坐标注：F点在CV线以上为正；

F点在CV线以下为负。1.斗杆的摆角:瞬时夹角瞬时摆角摆角范围三.斗杆的运动2.斗杆的力臂:当：得：当：得：三.斗杆的运动四.铲斗的运动油缸对N点力臂:1.铲斗连杆机构的传动比连杆对N点力臂:

连杆对Q点力臂:

ΣMN=0四.铲斗的运动1.铲斗连杆机构的传动比传动比ΣMQ=0四.铲斗的运动2.铲斗的转角五.整机作业范围1.斗齿尖坐标方程

XV、YV=f(L1、L2、L3)

2.主要工作尺寸计算(1)最大挖掘深度

动臂液压缸全缩,FQV三点同直线并处于垂直状态。（图2-28）

2.主要工作尺寸计算(2)最大卸载高度

动臂液压缸全伸，斗杆液压缸全缩，QV连线处于垂直状态。

图2-29

2.主要工作尺寸计算

图2-29(3)停机面最大挖掘半径(4)最大挖掘半径§2-3挖掘力与挖掘阻力挖掘力是液压工作油缸在泵的最大工作压力作用下单独工作时，在斗齿上的最大力。挖掘阻力是在挖掘作业中的最主要载荷，外部作用于挖掘装置上的阻力。关系：大小相等，方向相反。挖掘机有三组油缸，动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸，在工作工程中受力是不一样，有的受拉，有的受压，有的受主动力作用，有的受被动力作用。

一.油缸作用力分析中位右位

换向阀处于左位（或右位）与换向阀处于中位时，油缸的受力性质不同。换向阀左位一.油缸作用力分析

换向阀处于左位（或右位）与换向阀处于中位时，油缸的受力性质不同。主动作用力被动作用力

——油缸的二腔分别接高低压油路，在高压油的作用下，油缸产生推动机构运动的力。——油缸的二腔封闭，与高压油路切断，外载荷在封闭油缸上产生的作用力。

一.油缸作用力分析

挖掘机有动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸，在工作工程中有的受主动力，有的受被动力。主动作用力被动作用力

——油缸的二腔分别接高低压油路，在高压油的作用下，油缸产生推动机构运动的力。——油缸的二腔封闭，与高压油路切断，外载荷在封闭油缸上产生的作用力。希望油缸承受的被动作用力足够大，以保证挖掘机主动作用力的充分发挥。当油缸受被动作用力时，油缸处于被动状态，也就是处于闭锁状态。二.闭锁的概念1.什么是闭锁—油缸二腔封闭，与高压油路切断。2.闭锁力——封闭油缸承受的最大作用力。3.闭锁腔——主要承受被动作用力的压力腔。4.闭锁压力——闭锁腔承受的最大压力。5.闭锁不破坏的条件—P闭

>P外。

三.油缸闭锁力的计算

1.计算工况的选择原则受力较大的工作位置；特殊要求的工作位置；主要工作区挖掘力充分发挥。[工况Ⅰ]

动臂油缸最低,斗杆垂直地面，铲斗挖掘，其作用力臂为最大。铲斗油缸产生的挖掘力为最大，动臂油缸力臂值为最小。三.油缸闭锁力的计算

1.计算工况的选择原则受力较大的工作位置；特殊要求的工作位置；主要工作区挖掘力充分发挥。[工况Ⅰ][工况Ⅱ]动臂油缸最低位置，铰点F、Q、V三点一线，斗秆挖掘，斗秆作用力臂最大。三.油缸闭锁力的计算

1.计算工况的选择原则受力较大的工作位置；特殊要求的工作位置；主要工作区挖掘力充分发挥。[工况Ⅰ][工况Ⅱ][工况Ⅲ]动臂油缸最低，铰点F、Q、V三点一线并垂直地面，铲斗挖掘，克服平均挖掘阻力。三.油缸闭锁力的计算

1.计算工况的选择原则受力较大的工作位置；特殊要求的工作位置；主要工作区挖掘力充分发挥。2.利用计算机选择工况利用计算机对整个工作区域进行闭锁力的计算，找出工作油缸受力最大工作位置。四.闭锁压力的确定过载阀的调定压力由闭锁压力决定。P闭—

保证局部；P工—

保证整体；P闭

>P工

P闭

的取值不受P工

的限制，而受液压元件的最大耐压限制。1.闭锁压力与工作压力关系四.闭锁压力的确定3.增加闭锁力的措施2.P闭

/P工的选择加大油缸直径；采用双缸；加大局部过载阀的压力；改变铰点。——挖掘作业中，油缸动作外伸，在斗尖上产生的作用力。五、挖掘力的概念及计算方法工作油缸的理论挖掘力；整机的理论挖掘力；整机的实际挖掘力。定义：(一).工作液压缸的理论挖掘力工作装置自重和土重；液压系统的效率;连杆机构的效率；工作液压缸的背压。1.铲斗油缸的理论挖掘力

—铲斗油缸的理论推力不考虑假定(一).工作液压缸的理论挖掘力2.斗杆油缸的理论挖掘力

—斗杆油缸的理论推力3.挖掘力曲线(二)整机的理论挖掘力1.计算条件必要条件：主动力的大小充分条件:

①工作液压缸的闭锁能力②整机的工作稳定性③整机与地面的附着性能④土壤阻力1.计算条件必要条件：主动力的大小充分条件:

①工作液压缸的闭锁能力②整机的工作稳定性③整机与地面的附着性能④土壤阻力①考虑机重，有相对运动的构件重量分别计算；②不考虑效率；③不考虑液压缸小腔背压；④不考虑土壤阻力⑤不考虑坡度、风力、惯性力、动载等的影响整机挖掘力计算假定(二)整机的理论挖掘力①铲斗油缸主动作用产生的挖掘力:计算举例(二)整机的理论挖掘力①铲斗油缸主动作用产生的挖掘力:②动臂油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W01：计算举例(二)整机的理论挖掘力①铲斗油缸主动作用产生的挖掘力:②动臂油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W01：③斗杆油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W02：计算举例(二)整机的理论挖掘力①铲斗油缸主动作用产生的挖掘力:②动臂油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W01：③斗杆油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W02：④整机稳定所限制的挖掘阻力W05或W06：⑤地面附着所限制的挖掘阻力W04：计算举例(二)整机的理论挖掘力(二)整机的理论挖掘力①铲斗油缸主动作用产生的挖掘力:②动臂油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W01：③斗杆油缸闭锁能力达到最大所限制的挖掘阻力W02：④整机稳定所限制的挖掘阻力W05或W06：⑤地面附着所限制的挖掘阻力W04：？挖掘力计算举例装C—土壤性质

A—切削角变化影响系数

Z—斗齿的系数

X—斗侧壁厚度影响系数六.挖掘阻力分析1.铲斗挖掘阻力计算:

D—切削刃挤压土壤的力，b—切削刃宽度影响系数，b=l+2.6Bh变化h不变①切向挖掘阻力六.挖掘阻力分析当1.铲斗挖掘阻力计算:装①切向挖掘阻力六.挖掘阻力分析1.铲斗挖掘阻力计算:装①切向挖掘阻力式中:q—斗容量

γ—密实状态下土壤容重

μ—土壤与钢的摩擦系数六.挖掘阻力分析1.铲斗挖掘阻力计算:装①切向挖掘阻力②法向挖掘阻力六.挖掘阻力分析1.铲斗挖掘阻力计算:平均长度半月形面积平均深度③平均挖掘阻力④.铲斗挖掘阻力曲线六.挖掘阻力分析六.挖掘阻力分析2.斗杆挖掘阻力的计算挖掘阻力：hg—切削深度b—切削宽度S—切削长度KS—松散系数切削长度：斗杆最大挖掘阻力与K0有关斗容量：七.挖掘力的确定要求P挖>W挖掘力的值与挖掘阻力大小和变化规律一致。W阻WW1§2-4工作装置的设计1.满足任务书要求，满足作业范围和工作要求，性能先进，行驶稳定性好。2.整机挖掘力的大小及其分布合理；3.功率利用好，生产率高；4.铰点布置合理，各构件受力良好，保证强度；5.运输和停放时，工作装置姿态合理；6.考虑“三化”，一.工作装置的设计原则二.铲斗的设计1.斗形参数：(一).斗形参数Ks—土壤松散系数2.铲斗挖掘能容量E

—

铲斗每挖lm3的土所耗费的能量

3.挖掘阻力:

q、B、R、

二.铲斗的设计参数优化(一).斗形参数R、B大到一定值，＜90º后W1max和E/K下降渐缓B和R↑↑,铲斗变平(二).铲斗参数选择W1MAX↓、E/K↓

希望再降低W1MAX↓、E/K就无多大意义B↑工装附加载荷↑、扭矩↑要求工作装置的强度和刚度↑当q一定B↑.R↑↓R、B不能太大，一般取

=90º～100º

如果：>100º

，则W1MAX太大；

<90º，B、R太大，对工作装置的结构强度；R和B不宜相差太大；R太大，下降。(二).铲斗参数选择结论反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围(二).铲斗参数选择国外一百多种挖掘机铲斗宽度统计(三).斗型尺寸

三角形，OG=GE；OA为直线，建议取：H=L；斗尖刃角：斗侧壁角：包角：三.

动臂机构设计1.动臂机构的铰点布置①.A点布置②.B、C点布置满足作业尺寸；动臂最低时，力臂较大；动臂和铰点受力良好;角度和力的变化关系两边除③.引入四个参数:△ABC应满足:三.

动臂机构设计两边除1.动臂机构的铰点布置三.

动臂机构设计

定义域当Z点,↑当取在Z点,随着↑摆角,摆角↓

定义域当Z点,↑当取在Z点,随着↑摆角,↑

挖深和挖高的力臂兼顾定义域当E2点,

三者之间联系密切，一个取值合理与否直接影响其他二个参数的变化；取值需要优化，同时满足三者的要求。

⑤的取值：三.

动臂机构设计→力臂↑回转受力↑闭锁↑动臂摆角↓作业区↓→挖高↑动臂受力↓挖深↓动臂摆角↓作业区↓↑↑

⑥的取值：三.

动臂机构设计↑→K

4↓挖深↑,最大挖深闭锁↑,提升能力↓反铲小型挖掘机反铲为主通用挖掘机正、反铲通用挖掘机正铲或装载装置甚至

⑦动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比三.

动臂机构设计反铲小型挖掘机反铲为主通用挖掘机正、反铲通用挖掘机正铲或装载装置2.动臂机构的参数确定满足作业尺寸：

①.确定

斗杆与动臂关系：（一般情况）例:最大挖掘半径确定最大挖掘深度最大挖掘高度最大挖掘深度最大挖掘半径2.动臂机构的参数确定①.确定

满足作业尺寸：

最大挖掘深度最大挖掘高度最大挖掘深度最大挖掘半径斗杆与动臂关系：（一般情况）例:最大挖掘半径确定>2

长动臂短斗杆方案，大中型挖掘机；

有利斗杆的闭锁，斗杆挖掘时，阻力较小；<1.5

短动臂长斗杆方案，用于挖深大的特殊挖掘机=1.5～2

中间方案，中小型通用挖掘机。挖掘方式：K1大

宜斗杆挖掘为主，K1小宜铲斗挖掘为主。挖掘轨迹：K1小

易得到直线运动轨迹，宜于平整和清理。结构强度：K1大

结构重心离机体近。

作业范围：K1↑

作业范围变窄2.动臂机构的参数确定↑→动臂强度↑，挖高↑，挖深↓，大中型挖掘机采用。↓→动臂强度↓，挖高↓，挖深↑，中小型挖掘机采用。②.动臂弯角：小弯臂（一般情况）③.上下动臂的比值：

四.斗杆机构的参数确定①.斗杆机构参数②.基本要求保证斗杆油缸产生足够的挖掘力。保证斗杆油缸有必要的闭锁能力。保证斗杆的摆角:105º

～

125º

当L2=L2max，L3=L3max

时，铲斗与动臂的距离应大于10cm。3.斗杆机构的参数确定③.参数选择斗杆的最大摆角：斗杆的挖掘转角：斗杆尾部半径：斗杆油缸的长度：（已知：）3.斗杆机构的参数确定③.参数选择斗杆油缸D点：D根据斗杆油缸直径与动臂结构而定；斗杆油缸在伸长的过程中不干涉。斗杆尾部夹角

斗杆油缸闭锁最大挖掘力发生位置，斗杆转时,斗杆的力臂最大。五.铲斗机构的设计铲斗转角：1.铲斗转角要求：仰角要求：挖掘转角：

时，铲斗与地面夹角<45º2.几何容性与结构布置运动中△GNM及四边形HNQK不会被破坏。没有死点，传动角应当在允许的范围内。各构件之间不干涉。五.铲斗机构的设计3.挖掘力的变化与挖掘阻力一致铲斗开挖角为±10°,最大的挖掘阻力出现在25º～35º铲斗处于0º

时,P挖≈0.8Pmax铲斗处于25º～35º,P挖=Pmax

在非挖掘区段，P挖=Pmax五.铲斗机构的设计4.铲斗机构参数的经验取值：六．校核1.满足作业尺寸的要求：最大挖掘深度最大挖掘高度最大挖掘深度最大挖掘半径2.闭锁能力的校核3.动臂油缸提升力矩校核位置I：从最大挖掘深提起满载斗位置II：最大挖掘半径举起满载斗位置III:最大卸载高度提动满载斗七.设计合理性分析评价挖掘机设计好坏①挖掘力的大小与分布②功率的利用③生产率的大小④工作液压缸作用力矩的均衡性⑤整机的挖掘稳定性⑥整机与地面的附着性⑦满足结构和布置的可能性⑧工作尺寸(一).

挖掘图—反映挖掘机在各种工况下，挖掘力大小与分布和功率利用的图。工作范围内，计算2000～3000个点的挖掘力和功率的值。分析挖掘性能的好坏。如何选择2000～3000点？1.挖掘图(一).

挖掘图计算工况选择铲斗油缸└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘动臂油缸斗杆油缸└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘限制因素—1.2.3.4.5.6挖掘力的大小发挥的功率值X.Y坐标位置