【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 掘機(jī)工作裝置各主要結(jié)構(gòu)力的分析與計(jì)算。 （ 5）挖 掘機(jī)工作裝置各主要機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核。 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題 （ 1） 關(guān)于挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)，就是各種整體參數(shù)和局部參數(shù)的計(jì)算，這中間就 包括動(dòng)臂，斗桿及挖斗的主要參數(shù)的計(jì)算。 （ 2） 液壓挖掘機(jī)工作裝置各主要機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案的確定，這包括幾方面的內(nèi)容，首先就是關(guān)于動(dòng)臂和 斗桿的選型。其次就是動(dòng)臂，斗桿和挖斗的油缸的布置如何確定。第三就是各個(gè)鉸鏈點(diǎn)如何確定。 （ 3） 作用力的計(jì)算，這其中包括油缸的作用力，還有各種挖掘力。 （ 4） 各種強(qiáng)度的校核。其中動(dòng)臂的校核尤為重要，還有斗桿的強(qiáng)度校核。 5 設(shè)計(jì)過程中的已知參數(shù) 鏟斗容量： 立方米 最大挖掘力 130KN 整體質(zhì)量： 20 噸 工作裝置液壓回路最大壓力： 34MP 最大挖掘半徑： 米 最大挖掘高度： 米 最大挖掘深度： 米 最大卸料高度： 米 發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 98KW 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 2300r/m 工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇： 各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力和“三化”要求以及初步估取的液壓缸受力，初選動(dòng)臂油缸內(nèi)徑 D1=120mm，活塞桿的直徑 1 80d mm? 。斗桿油缸的內(nèi)徑 D2=120mm，活塞的直徑 2 80d mm? 。鏟斗油缸的內(nèi)徑 D3=80mm，活塞桿的直徑 3 50d mm? ，又由按經(jīng)驗(yàn) 公式選各缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比 1 2 3 ? ? ?? ? ? 。參照貓畫虎任務(wù)書的要求選擇工作裝置液壓系統(tǒng)的工作壓力為 3 50d mm? ，閉鎖壓力1 .1 3 7 .4P P Mp??? 。與相同類型的挖掘機(jī)相比可知?jiǎng)颖塾透椎男谐?1 1347L mm? ；斗桿油缸的行程 2 1420L mm? ；鏟斗油缸的行程 3 1220L mm? 。 6 2 工作裝置總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)型選擇及特點(diǎn)分析 本設(shè)計(jì)中，我選的 是單斗液壓挖掘機(jī)，其工作裝置采用反鏟裝置。 單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)機(jī)械，它是機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是目前挖掘機(jī)中重要的品種。 所用機(jī)型的適用范圍 在建筑工程，交通工程，露天工程，水利施工及現(xiàn)代軍事工程中都廣泛采用，是各種土石方施工中重要的機(jī)械設(shè)備。由液壓挖掘機(jī)在構(gòu)造和性能上有較多的優(yōu)越性，因此近年來發(fā)展迅速，在中小型單斗挖掘機(jī)中，已取代了機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)，成為工程機(jī)械的主要機(jī)種。 工作裝置構(gòu)成 鉸接式反鏟是單斗液 壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作，圖 為挖掘機(jī)最常用的反鏟工作裝置 1油管 ； 2動(dòng)臂 ； 3斗桿油缸 ； 4動(dòng)臂油缸 ； 5鏟斗 ； 6斗齒 ； 7側(cè)齒 ； 8連桿 ； 9搖桿 10鏟斗油缸 11斗桿 圖 挖掘機(jī)反鏟工作裝置 挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。根據(jù)以上特征，可以對(duì)工作裝 置進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化處理。則可知單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看成是由動(dòng)臂，斗桿，鏟斗，動(dòng)臂油缸，斗桿油缸，鏟斗油缸及連桿機(jī)構(gòu)組成的具有三自由度的 7 六桿機(jī)構(gòu)，處理具體簡(jiǎn)圖 。進(jìn)一步簡(jiǎn)化圖如 。 圖 工作裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1鏟斗 2連桿 3斗桿 4動(dòng)臂 5鏟斗油缸 6斗桿油缸 圖 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 挖掘機(jī)的工作裝置經(jīng)上面的簡(jiǎn)化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是 3，即工作裝置的幾何位置由動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度 L斗桿油缸長(zhǎng)度 L鏟斗油缸長(zhǎng)度 L3 決定，當(dāng) LL L3 為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定。 8 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式的初選 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)形式的初選 動(dòng)臂采用整體式彎動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)形式目前應(yīng)用最廣泛，其主要特點(diǎn)是制造方便，成本低，質(zhì)量輕，能有較大的動(dòng)臂彎角，裝載作效率高，挖掘深度也比較大；配用加長(zhǎng)可調(diào)斗桿，可以很好地完成垂直壁面的挖掘作業(yè)，而且所挖掘的壁面平直整潔。 斗桿結(jié)構(gòu)形式的初選 斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)采用整體式斗桿。在本設(shè)計(jì)中由于不需要調(diào)節(jié)斗桿的長(zhǎng)度，故也采用整體式直斗桿 。 動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸的布置 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂的前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接， 支承點(diǎn)設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。油自由式活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響以、動(dòng)臂的下降幅度。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)盤作用，以彌補(bǔ)前面的不足，具體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 1動(dòng)臂 2動(dòng)臂油缸 1斗桿 2連桿機(jī)構(gòu) 3鏟斗 圖 鏟斗連接布置圖 圖 25 鏟斗連接布置圖 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式 本方案中采用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。該布置 1桿與 2 桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠的鏟斗平均挖掘力。如圖 所示。 9 3 動(dòng)臂機(jī)構(gòu) 參數(shù)的計(jì)算及校核 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 我是根據(jù)在前面的圖 ，即工作裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖來計(jì)算出動(dòng)臂，斗桿，連桿及鏟斗的基本參數(shù)。 α 1 與 A 點(diǎn)坐標(biāo)的選取 動(dòng)臂的彎角 α 1 如圖 所示，一般可取為α 1 =120176?！?140176。彎角太小會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利。般取α 1=120176。 由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)參考其它同斗容機(jī)型，初選牲參數(shù) K3=,其中 423 41lK l? 鉸點(diǎn) A 點(diǎn)坐標(biāo)的選擇： 由底盤和轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合同斗容其它機(jī)型的測(cè)繪，初選： 4001300AAX mmY mm?? 1l 、 2l 與 3l 的計(jì)算 由統(tǒng)計(jì)分析可知，最大挖掘半徑 R1 的值與 1l + 2l +3l 的值很接近，由已經(jīng)給定的最大挖掘徑 R1 和通過 3l 與 K1 計(jì)算與選取就可以得 到另外兩個(gè)尺寸。 取 K1= 其中 11 2lK l? 由經(jīng)驗(yàn)公式知：取 33 ? 其中 q 是斗容量 代入 q=： 3l =1448mm 最大挖掘半徑 1 1 2 3R l l l? ? ? 則 132 1 7 4 2 0 1 4 4 8 2 1 3 2 .8 61 1 1 .8Rll m mK? ?? ? ??? 10 所以 1 1 2 1 . 8 2 1 3 2 . 8 6 3 8 3 9 . 1 5l K l m m? ? ? ? 41 42ll與 的 計(jì) 算 參 看圖 中可知，在△ CZF 中知道了α 13lK與 就可以容易的求得 41 42ll與 。 41l 的計(jì)算公式如下： 141 23 3 141 21 2 c o s3 8 3 9 .1 51 1 .2 2 1 .2 c o s 1 2 0llKKl??????? ? ? ? 代入數(shù)值可得： 41l = 4 2 3 4 1 1 . 2 2 0 1 2 . 0 2 2 4 1 2 . 0 2l K l m m? ? ? ? 同樣在△ CZF 中，由余弦定律得： 2 2 24 2 1 4 1394 2 4 22 2 2 2 2 24 2 1 4 1394 2 4 239c o s c o s22 4 1 2 . 0 2 3 8 3 9 . 1 5 2 0 1 0 . 0 2a r c c o s a r c c o s2 2 2 4 1 2 . 0 2 3 8 3 9 . 1 5a r c c o s 0 . 8 9 1 8 2 2 6 . 9l l lZF Clll l lllZC F??? ???? ? ????? ????? ? ? ?? ? ? ?則解 上 式 可 得 同樣可以得到 1 8 0 1 2 0 2 6 . 9 3 3 . 1Z C F? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 最大挖掘半徑時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 11 5l的 計(jì) 算 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 4K 按不同的情況選取，如前所述，專用反鏟取 4K 〈 ，所以這里我取 4K =。 1 1 4 1m a x 2 m a xH? 的 取 值 對(duì) 特 性 參 數(shù) K 和 最 大 挖 掘 深 度 H 及 最 大 挖 掘 高 度 有 影 響， 1 1 4 1m a x 1 1 60KH?? ?加 大 會(huì) 使 減 少 或 使 增 大 這 是 符 合 反 鏟 作 業(yè) 要 求 因 此 基 本 用 作 反 鏟 的 小 型 機(jī) 常 取 根據(jù)要求可以初選 11 ? ?? 斗桿液壓缸全縮時(shí) 32 8CFQ ??? ? ?最大，如圖 所示，常選 ? ?32 8m ax 160??? ? ?～ 180? 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求可選擇 ? ?32 8m ax 160??? ? ? 圖 最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 BCZ? 取決于液壓缸布置形式，如圖 所示。動(dòng)臂又液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能為零。動(dòng)臂單液壓缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼緣加耳座上， B 在 Z 的下面，初定 5BCZ? ? ? ，則在△ CZF 中可以得到： 2 3 3 . 1 5 2 6 . 1B C F Z C F B C Z?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 由圖 得最大卸載高度的表達(dá)式為： 3 m a x 1 1m a x 1 1 2 2 3 2 m a x 1m a x 8 1 1 2 3s i n ( ) s i n ( 1 8 0 )CH Y l l l? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 也可以寫成以下式子： 12 3 m a x 5 1 1m a x 1 1 2 2 3 2 m a x 1m a x 8 1 1 2 3s i n s i n ( ) s i n ( 1 8 0 )AH Y l l l l? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 31） 由圖 得到最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式： 1m a x 1 1m i n 1 1 2 2 3s i n ( )CH Y l l l? ? ?? ? ? ? ? ? 也可以寫成以下的表達(dá)式； 1m a x 3 2 1 1m i n 1 1 2 5 1 1s i n ( ) s i n AH l l l l Y? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 32） 將式 （ 31） 和 （ 32） 相加，消去 5l 得： 1m a x 3 m a x 1 1m a x 2 1 1 2 1m i n 3 2 m a x 1 1 8 2 1 1 1 1m i n 2 2s i n ( ) s i n ( ) s i n ( )H H l l l l? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 33） 同時(shí)令 11 2A ???? 8 3 2 m a xBA ??? ? ? 根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)代入得，可知： 6 2 .5 2 6 .1 8 8 .68 8 .6 1 6 0 7 1 .4AB ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 將 A 與 B 的值代入到式 （ 33） 中則得到以下式子： ? ? ? ?1 m a x 3 m a x 1 1 m a x 1 m i n 2 1 m a xs i n ( 8 8 . 6 ) s i n ( 8 8 . 6 ) s i n ( ) 1 0H H l l B? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 34） 又知特性參數(shù)： 1max4 1 1minsinsinK ???? （ 35） 則有關(guān) 1 m a x1 m i n4121 m a x1 m in 2241s ins ins inc o s 1 ( )KK????????? （ 36） 將式（ 36）代