【文章內(nèi)容簡介】 0 = 5400mm 在中已知、可得： 計(jì)算得 α3 9 = 176。 由經(jīng)驗(yàn)和反鏟工作裝置對閉鎖力的要求初取k4 = 初選α11 = 。斗桿油缸全縮時(shí)，∠ CFQ =α32 –α8最大，依經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和便于計(jì)算，初選（α32 –α8）max = 160 176。由于采用雙動(dòng)臂油缸，∠BCZ的取值較小，初取∠BCZ = 5 176。如上圖41所示，在三角形CZF中：∠ZCF= πα1α39 = 176。∠BCF=α3=∠ZCF∠ZCB = 176。最大卸載高度的表達(dá)式為：H3max = YC+l1Sin（θ1α20α11）–l2–l3 最大挖掘深度絕對值的表達(dá)式為：H1max = l2+l3+l1Sin（α11θ1min+α2） l5 Sinα11 YA) 令 A =α2+α11 = + = 93 B = A + （α32 –α8）max = 93 +（160）=67H1max + H3max l1[Sin（θ1max93）+ Sin（93 θ1min）] + l2 Sin[（θ1max +67）+1]= 0 又特性參數(shù) 可得： θ1max = 152 θ1min = H1max = l2+l3+l1Sin（α11θ1min+α2） l5 Sinα11 YA l5 = [l2+l3+l1Sin（α11θ1min+α2） YA H1max ]/ Sinα11 = 750mm而θ1min與θ1max需要滿足以下條件θ1min = COS1[（σ2+1ρ2）/2σ] θ1max = COS1[（σ2+1λ12ρ2）/2σ] ρ = σ = 1 而ρ+ 1 = + 1 = σ （1 + σ）/ρ = 1/ = λ （λ= ） ρ、σ滿足經(jīng)驗(yàn)條件，說明ρ、σ的取值是可行的。則 l7 = σl5 = 2335mm L1min =ρl5 =1880mm L1max =λ1 L1min = 3010mm 至此，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的各主要基本參數(shù)已初步確定。 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇取整個(gè)斗桿為研究對象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達(dá)式： e2max = l9 = PGmax （l2 + l3 ）/ P2 = 940 mm 如圖41所示圖中，D：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；E：鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)；ψ2：斗桿的擺角；l8：斗桿油缸的最大作用力臂。斗桿油缸的初始位置力臂e20與最大力臂e2max有以下關(guān)系:e20/e2max = l9COS(ψ2max/2)/l9 = COS (ψ2max/2) , ψ2max越大,則e20越小,就要盡量減少ψ2max,初取ψ2max = 90176?！螮FQ取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍,一般在 130176。～170176。 ∠EFQ=150176。,動(dòng)臂上∠DFZ也是結(jié)構(gòu)尺寸,按結(jié)構(gòu)因素分析,可初選 ∠DFZ=10176。.D：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；E：鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)；ψ2：斗桿的擺角；l9：斗桿油缸的最大作用力臂.圖41斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算簡圖由圖42的幾何關(guān)系有:L2min = 2l9Sin (ψ2max/2)/(λ21) = 2215 mmL2max = L2min + 2l9Sin (ψ2max/2) = 3545 mml82 = L22min + l29 + 2L2minl9COS[(πψ2max)/2] l8 = 2995 mm 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇 轉(zhuǎn)角范圍由最大挖掘高度H2max和最大卸載高度H3max的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角φD0：H2maxH3max = l3（SinφD0 +1） 得 φD0 = 55176。最大轉(zhuǎn)角φ3max：φ3max = ∠V0QVZ，不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選φ3max = 165 。 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算在圖42中，l12：搖臂的長度；l29：連桿的長度；l3：鏟斗的長度；l2：斗桿的長度；F：斗桿的下鉸點(diǎn)；G：鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；N：搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；K：鏟斗的上鉸點(diǎn)；Q：鏟斗的下鉸點(diǎn)。l12：搖臂的長度；l29：連桿的長度；l3：鏟斗的長度；l2：斗桿的長度；F：斗桿的下鉸點(diǎn)；G：鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；N：搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；K：鏟斗的上鉸點(diǎn)；Q：鏟斗的下鉸點(diǎn).圖42 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖則有：l24 = KQ = k2 l3 = 1550 mm鏟斗的最大挖掘阻力F3J max 應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3J max = 138KN。粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力F3J max = F3J max /2 = 69 KN 挖掘阻力F3J 所做的功W3J：W3J = F3J max l3 φ3max = 105 由圖43知，鏟斗油缸推力所做的功W3：W3 = F3 （λ21）L3min 由功的守恒知 W3 = W3J 計(jì)算可得：L3min = 1720mm 則L3max =λ3 L3min =2750mm通過經(jīng)驗(yàn)公式和同斗容的其它機(jī)型的參考，初步選定剩余的基本尺寸如下：HK = 600mm； HN = 640mm；NQ = 400mm； FN = l2NQ = 2600mm； GF = 800mm；由預(yù)選∠GFN = 60176。則 GN2 = FN2 + GF2 – 2COS∠GFNFNGF GN = 2300mm至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。5 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成，要確定這些結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，必須要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。要進(jìn)行受力分析，首先要確定結(jié)構(gòu)件最不利的工況，并找到在該工況下的最危險(xiǎn)截面，以作為受力分析的依據(jù)。 挖掘阻力分析液壓挖掘機(jī)反鏟裝置工作時(shí)既可用鏟斗液壓缸挖掘(簡稱轉(zhuǎn)斗挖掘)，也可用斗桿液壓缸挖掘(簡稱斗桿挖掘)，或作復(fù)合動(dòng)作挖掘。一般認(rèn)為斗容量小于或在土質(zhì)松軟時(shí)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鳎粗畡t以斗桿挖掘?yàn)橹?。這兩種情況的挖掘阻力不同。 轉(zhuǎn)斗挖掘阻力計(jì)算轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯變化。 切削阻力與切削深度基本上成正比。但總的說前半過程切削阻力較后半過程高，因前半過程的切削角不利，產(chǎn)生了較大的切削阻力，對斗形切削刃所作的大曲率切削有同樣結(jié)果，其切削阻力的切向分力可以用下列公式表達(dá)： （）式中: C——表示土壤硬度的系數(shù)， 對II級土宜取C＝50~80， 對III級土宜取C=90~150，對IV級土宜取C=160~320； R——鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，R＝，單位為cm； ——挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半； ——鏟斗瞬時(shí)轉(zhuǎn)角；B——切削刃寬度影響系數(shù)，其中b為鏟斗平均寬度；A——切削角變化影響系數(shù),取A＝1．3。Z——帶有斗齒的系數(shù),Z＝(無斗齒時(shí)，Z＝1)； X——斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)，X＝1+，其中s為側(cè)壁厚度，單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取X＝； D——切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容量大小在D=10000~1700范圍內(nèi)選取，當(dāng)斗容量時(shí)，D應(yīng)小于10000N。轉(zhuǎn)斗挖掘裝土 （）式中 ：——密實(shí)狀態(tài)下土壤容重，單位為N／； ——挖掘起點(diǎn)和終點(diǎn)間連線ab方向與水平線的夾角； ——土壤與鋼的摩擦系數(shù) 。計(jì)算表明：與相比很小，可忽略不計(jì)。當(dāng)， 時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力，其值為： （）試驗(yàn)表明法向挖掘阻力的指向是可變的，數(shù)值也較小，一般＝0~，土質(zhì)愈均勻，愈小。從隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的角度看，取法向分力為零來簡化計(jì)算是允許的。這樣就可看作為轉(zhuǎn)斗挖掘的最大阻力。轉(zhuǎn)斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力計(jì)算。也即把半月形切削斷面看作相等面積的條形斷面，條形斷面長度等于斗齒轉(zhuǎn)過的圓弧長度與其相應(yīng)之弦的平均值，則平均切削厚度為： （）平均挖掘阻力為: （）式中:用度數(shù)代表，一般所謂平均阻力是指裝滿鏟斗的全過程阻力平均值， 因此應(yīng)取。顯然這一計(jì)算方法是近以的，國外有試驗(yàn)認(rèn)為平均挖掘阻力為最大挖掘阻力的70～80％，可作為參考。斗桿挖掘時(shí)切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中可視為常數(shù)。一般取斗桿在挖掘過程中的總轉(zhuǎn)角為，在這轉(zhuǎn)角行程中鏟斗被裝滿。這時(shí)斗齒的實(shí)際行程為： （） 斗桿挖掘時(shí)的切削厚度可按下式計(jì)算： （）斗桿挖掘阻力為： （）式中：——斗桿挖掘時(shí)的切削半徑， =FV?！诰虮茸枇?，當(dāng)取主要挖掘土壤的值時(shí)可求得正常挖掘阻力，取要求挖掘的最硬土質(zhì)值時(shí)則得最大挖掘阻力。一般斗桿挖掘阻力比轉(zhuǎn)斗挖掘阻力小，主要原因是前者切削厚度較小。 斗桿的受力分析斗桿主要受到彎矩的作用，故要找出斗桿中的最大彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)受力分析和以往的實(shí)驗(yàn)表明，在鏟斗進(jìn)行挖掘時(shí)，產(chǎn)生最大彎矩的工況可能有以下兩個(gè)：第一工況位置，其滿足以下條件：（1） 動(dòng)臂處于最低位置。即動(dòng)臂油缸全縮。（2） 斗桿油缸的力臂最大。（3） 鏟斗齒尖在動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)的連線上。（4） 側(cè)齒挖掘時(shí)受到橫向力Wk的作用第二工況位置，該工況滿足以下條件：（1） 動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸對鉸點(diǎn)A的最大作用力臂e1max處。（2） 斗桿油缸的力臂最大。（3） 鏟斗齒尖位于F、Q兩鉸點(diǎn)的連線上或鏟斗位于最大挖掘力位置。（4） 挖掘阻力對稱于鏟斗，無側(cè)向力 Wk的作用。 Ⅰ.第一工況位置的受力分析在這個(gè)工況下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大。該工況的具體簡圖如圖51所示。取工作裝置為研究對象，如圖52所示。在該工況下存在的力有：工作裝置各部件所受到的重力Gi；作用在鏟斗上的挖掘阻力，包括切向阻力W法向阻力W側(cè)向阻力W3。DBCYEAFGXNHQKVNH搖臂；HK連桿；C動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；A 動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；B動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E斗桿下鉸點(diǎn)；G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q鏟斗下鉸點(diǎn)；K鏟斗上鉸點(diǎn)；V鏟斗斗齒尖圖51 斗桿第一工況時(shí)的工作裝置簡圖當(dāng)斗桿油缸全縮時(shí)，通過前面可以得出α21 = 45，由圖51可知CF的向量可以表示為：FC = 5400[COS（18045）+Sin（18045）] = 5400（COS135+Sin135）由前面的章節(jié)計(jì)算結(jié)果知：∠ZFC = ，并初選DF = 3000mm。在△DEF中 ∠DEF = 90 COS∠EFD = EF/DF = 940/3000解得∠EFD = 72 在□CDEF中∠EFC = ∠ZFC+∠DFZ+∠EFD= ∠EFQ在前面已經(jīng)初定為150FV = 4500（+） OV