【正文】 17 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 設(shè)計(jì)要求 確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 第 4 章 工作裝置設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 挖掘機(jī)的工作裝置應(yīng)滿足下列要求： ，即要滿足 鏟、裝載的要求，希望鏟掘力大，易于裝滿料，并要求動(dòng)臂在提升過(guò)程中物料散落。 反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 18 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式。 采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式。為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率。 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，常見的有兩種具體布置方式。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸 DE、鏟斗最大挖掘高度 圖 41 整體式直動(dòng)臂（左）和整體式彎動(dòng)臂（右） 19 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式 斗桿油缸的布置 H 和地面最大挖掘半徑 R相等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即 2h ＜ 1h 。因此，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案得到較大的動(dòng)臂作 用力矩，這是其優(yōu)點(diǎn)。 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式 斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長(zhǎng)度或杠桿時(shí)采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置 2～ 4 個(gè)可供調(diào)節(jié)時(shí)選擇的 與動(dòng)臂端部鉸接的孔。 一般來(lái)說(shuō)希望液壓缸在全行程中產(chǎn)生的 斗齒挖掘力 始終大于正常挖掘阻力；液壓 缸全伸時(shí)的 作用 力矩應(yīng)該足以支承滿載斗和斗桿靜止不動(dòng)；液壓 缸 作用 力臂最大時(shí)產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘 阻力 。 斗桿擺角范圍 大致在 105176。一般來(lái)說(shuō)，斗桿越長(zhǎng)，其擺角范圍也可稍小。 動(dòng)臂與斗桿長(zhǎng)度比的確定 對(duì)于一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長(zhǎng)度比可在很大范圍內(nèi)選擇。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時(shí)，不同的配置或鉸點(diǎn)連接情況可組成各種比例方案。 本設(shè)計(jì)采用中間比例方案 ,取 1K ＝ 2。用于粘土的鏟斗卸載時(shí)不易卸凈，因此延長(zhǎng)了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，降低了有效斗容量。 4．裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大有物料。鏟斗的作業(yè)對(duì)象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來(lái)適應(yīng)任何作業(yè)對(duì)象和條件較困難。 目前，對(duì)鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或 模型試驗(yàn)階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。另一個(gè)鏟斗的情況則相反。圖 45b 中鏟斗液壓缸 通過(guò)搖桿 1 和連桿 2 與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu)。 鏟斗液壓缸一般都只有一個(gè)，因?yàn)閭鲃?dòng)比小，單油缸 Pf= λ = 圖 45 鏟 斗的連接形式 24 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 液壓缸參數(shù)的確定 鏟斗的設(shè)計(jì) 作用力足以保證斗齒所需作用力。取 2δ =95176。 鏟斗液壓缸對(duì) N 點(diǎn)的作用力臂為 1 1 3 2 2 3 0s i n ( ) 1 6 8r l m m??? ? ? ? 連桿 HK 對(duì) N點(diǎn)作用力臂為 2 1 4 2 8s in 2 0 1r l m m?? ? ? 連桿 HK 對(duì) Q點(diǎn)作用力臂為 3 2 4 2 9s in 6 1r l m m?? ? ? 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比為 1 3 13 24 22 30 292 3 3 14 29sin ( ) sinsinr r l li r l l l? ? ??? ? ? ? ???? ? ? 顯然 i 是 L3的一元函數(shù)。于是得 3 m ax 3 m ax 3 m in? ? ??? 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于已知 G=25t， q=1m3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，參考表 13 機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 3i li mL K G? 。為了求最大傳動(dòng)比 imax及其發(fā)生時(shí)的 L3，在理論上可以取3 0didL? ，解得 L3，然后代入上式求得 imax。現(xiàn)先討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)。 R、 B 及 2δ三者與 q 之間有以下關(guān)系： 21 ( 2 sin 2 )2 sq R B K???? 其中 q—— 斗容量 1m3 R—— 鏟斗挖掘半徑，單位 mm B—— 鏟斗斗寬，查表 26，取 B=1180mm 2δ —— 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取 2δ=90176。 比較：選用 b結(jié)構(gòu)。其中的四連桿機(jī)構(gòu)是鏟斗直接鉸接于液壓缸，使鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大；六連桿機(jī)構(gòu)連接方式的優(yōu)點(diǎn)是，在液壓缸活塞桿行程相同的條件下，鏟斗可獲得較大轉(zhuǎn)角，并改善機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。由于砂的挖掘阻力較 小，對(duì)鏟斗設(shè)計(jì)的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的 試驗(yàn)結(jié)果差別不大。圖 4圖 43 分別為反鏟用鏟斗的常用形式和基本形式。斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù) 都值得研究，對(duì)它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。 3．為了使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于 4： 1。斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下， 1K 愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看 1K 大宜用于斗桿挖掘?yàn)橹鳎蚱鋭偠容^易保證。 1K 在 ～ 2之間稱為中間比例方案。 鉸點(diǎn)位置的確定需要反復(fù)進(jìn)行。 之間 。對(duì)于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鞯闹行⌒头寸P，選擇斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)斗 20 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 動(dòng)臂與斗桿長(zhǎng)度比的確定 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式的斗齒的安裝結(jié)構(gòu) 挖掘時(shí)斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓 缸的挖掘力能得到充分的發(fā)揮。 斗桿油缸的布置 確定斗桿油缸鉸點(diǎn)、行程及斗桿力臂比時(shí)應(yīng)該考慮下列因素。 動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸 活塞桿端部的鉸點(diǎn)布置通常有兩種形式，一種是單動(dòng)臂在端部彎角的下部，小型挖掘機(jī)常見；另一種是雙臂油缸布置在動(dòng)臂箱體的中部，這樣的雙動(dòng)臂油缸在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，提升力也大大增加。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。 整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。 整體式動(dòng)臂有直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂兩種 見圖 41。 ，工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重輕，機(jī)構(gòu)合理，受力好，強(qiáng)度高。 如果不用近似的作圖法，而全部用數(shù)解法來(lái)求計(jì)算機(jī)整機(jī)挖掘力， 則相當(dāng)繁瑣 。 求整機(jī)挖掘力按下列假定進(jìn)行： ，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件重量分別計(jì)算； 液壓缸長(zhǎng)度的分機(jī)線性函數(shù)，其重心與鏟斗重心一致； 的效率； ； ； 、風(fēng)力、慣性力、動(dòng)載等的影響。當(dāng)取 L3為定值時(shí)POG=f（ L2）曲線是一條正弦曲線。 斗桿油缸的理論挖掘力 斗桿液壓缸的理論挖掘力為 52 2 36 ( , )oGrP P f L Lr? ? ? 式中 P2—— 鏟斗液壓缸的理論推力， P2=F2假定不考慮以下因素 ： ； ； ； Pf= 15 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 鏟斗油缸的理論挖掘力 斗桿油缸的理論挖掘力 工作液壓缸外伸時(shí)由該油缸理論推力所能產(chǎn)生的斗齒切向挖掘力稱為工作液壓缸的理論挖掘力。關(guān)于挖掘力的概念目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的定義，因此可行性較差。使履帶張得過(guò)緊，負(fù)荷會(huì)很大。 。 合理使用履帶應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 。 12 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果 其他參數(shù)的選擇與計(jì)算 ，每節(jié)應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不得有卡死現(xiàn)象。這是除履帶外機(jī)械最低點(diǎn)與地面之間的距離，它表明挖掘機(jī)通過(guò)地面障礙物（石頭，樹等）的能力。～ 4176。 cosMM?? ， 39。因此與重心位置的關(guān)系對(duì)正確設(shè)計(jì)履帶行走裝置是非常重要的。例如，一條履帶與地面 完全接觸，另一條履帶在某一點(diǎn)上 。 總體參數(shù)的確定 總體參數(shù)的確定主要是履帶接地比壓和履帶尺寸的確定。 我國(guó)液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的主參 數(shù)的定義為：標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘機(jī) 容重 18000 N∕ m3的土壤時(shí)，鏟斗堆尖時(shí)的斗容量（ m3）。如斗容量直接反映了機(jī)械本身的挖掘能力和效果。 4）理論分析計(jì)算法：即按擬定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ，在理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計(jì)算，得出參數(shù)值。 4）與國(guó)內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比有較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠性的工作性能 —— 先進(jìn)性。因?yàn)橥诰驒C(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體，其性能的優(yōu)劣不僅與各部件的性能有 9 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果