噸液壓挖掘機(jī)挖掘工作裝置設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-12 09:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 之，液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走（移位）使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式整體式動(dòng)臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧，質(zhì)量輕而剛度大。其缺點(diǎn)是更換的工作裝置少，通用性較差。多用于長(zhǎng)期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)上。整體式動(dòng)臂又可分為直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂兩種。其中的直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、制造方便，主要用于懸掛式液壓挖掘機(jī)，但它不能使挖掘機(jī)獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機(jī)；彎動(dòng)臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，與同長(zhǎng)度的直動(dòng)臂相比，可以使挖掘機(jī)有較大的挖掘深度，但降低了卸土高度，這正符合挖掘機(jī)反鏟作業(yè)的要求。經(jīng)比較，選擇整體彎動(dòng)臂。圖4 整體直動(dòng)臂 圖5 整體彎動(dòng)臂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，故也采用整體式斗桿。 動(dòng)臂油缸和斗桿油缸的布置方案動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂的前下方，有兩種具體布置方式，油缸前傾布置方案，即當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉伸至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜；油缸后傾布置方案，即當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉伸至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜，兩種方案中，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用力矩,因此，本次設(shè)計(jì)采用油缸后傾布置方案。動(dòng)臂油缸裝在動(dòng)臂的前下方，動(dòng)臂的下支承點(diǎn)（即動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(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[3]，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。油缸活塞桿端部與動(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，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。具體結(jié)構(gòu)如圖24所示。 1動(dòng)臂； 2=動(dòng)臂油缸 圖6 動(dòng)臂油缸鉸接示意圖2. 4 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。該布置中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大的鏟斗平均挖掘力。如圖25所示。2 1斗桿； 2連桿機(jī)構(gòu)； 3鏟斗圖7 鏟斗連接布置示意圖 鏟斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求： (1)有利于物料的自由流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 (2)物料易于卸凈，縮短卸載時(shí)間，并提高鏟斗有效容積。(3)為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于4，大于50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。(4)裝設(shè)斗齒，以增大鏟斗對(duì)挖掘物料的線比壓，斗齒及斗形參數(shù)具有較小的單位切削阻力，便于切入及破碎土壤。斗齒應(yīng)耐磨、易于更換。鏟斗的斗齒采用裝配式，國(guó)產(chǎn)挖機(jī)其形式有螺栓連接式和橡膠卡銷式，如圖所示。挖粘性軟土的斗齒一般比較細(xì)長(zhǎng)，挖硬土巖石的斗齒為粗短。a) 螺栓連接方式；b)橡膠卡銷連接方式1卡銷；2橡膠卡銷；3齒座；4斗齒圖8 斗齒安裝結(jié)構(gòu)示意圖（a）。綜上考慮，選用小中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，斗齒狀況為三個(gè)齒，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。圖9 鏟斗基本參數(shù)為：， m3，。設(shè)計(jì)作業(yè)范圍：最大挖掘半徑5884mm，最大挖掘高度5365mm，最大卸載高度3792mm ，最大挖掘深度3582mm。 原始幾何參數(shù)的確定（1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比K1由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，～，初步選取K1=，即l1/l2=。（2） 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。初選動(dòng)臂油缸內(nèi)徑D1=140mm，活塞桿的直徑d1=90mm。斗桿油缸的內(nèi)徑D2=140mm，活塞桿的直徑d2=90mm。鏟斗油缸的內(nèi)徑D3=110mm，活塞桿的直徑d3=80mm。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程L1=1000mm，斗桿油缸行程L2=1450mm，鏟斗油缸行程L3=1250mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比：λ1=λ2=λ3=。 3 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn).圖10 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖φ1是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。如圖31所示，圖中動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。則有：在三角形ABC中：L12 = l72+l522l7l5 COSθ1θ1 = COS1[（l72+l52 L12）/2l7l5] 在三角形BCF中：L222 = l72+l122COSα20l7l1α20 = COS1[（l72+ l12 L222）/2l7l1] 由圖33所示的幾何關(guān)系，可得到α21的表達(dá)式：α21 =α20+α11θ1 當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)α21為負(fù)，否則為正。F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1cosα21 YF = l30+l1Sinα21 C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5COSα11 = l30 YC=YA+l5Sinα11 動(dòng)臂油缸的力臂e1 = l5Sin∠CAB 顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。這時(shí)L1 = Sqr（l72l52）= l5 Sqr（δ21）θ1 = cos11/δ 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析斗桿的位置參數(shù)是L1和L2的函數(shù)。這里暫時(shí)先討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，也即只考慮L的影響。斗桿機(jī)構(gòu)與動(dòng)臂機(jī)構(gòu)性質(zhì)類似，它們都是四桿機(jī)構(gòu)，但連桿比例不同。如下圖所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。D斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)；E斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； θ斗桿擺角.圖11 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖其中D斗桿油缸與動(dòng)
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