【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 液壓挖掘機(jī)》表 14。列計(jì)算后所得機(jī)體尺寸和工作尺寸數(shù)據(jù)在下表。2表 12挖掘機(jī)機(jī)體尺寸與工作尺寸名 稱(chēng) 尺寸（米） 名 稱(chēng) 尺寸（米）履帶接地長(zhǎng)度 軌距 司機(jī)室頂高 轉(zhuǎn)臺(tái)離地高 尾部半徑 機(jī)棚高 最小離地間隙 履帶寬 臂鉸與油缸鉸距 履帶總高 臂鉸離地高 臂鉸離回轉(zhuǎn)中心 前部離回轉(zhuǎn)中心 動(dòng)臂長(zhǎng)度 斗桿長(zhǎng) 鏟斗長(zhǎng) 反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 第二章 反鏟式挖掘機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 反鏟式挖掘機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 8圖 21整體式直動(dòng)臂9圖 22整體彎動(dòng)臂整體式動(dòng)臂有直動(dòng)和彎動(dòng)兩種,如下為整體式直動(dòng)臂與彎動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖10圖 23整體式直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖11圖 24整體式彎動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如上圖分析可知整體式直動(dòng)臂的自由度 F1=382101=3整體式彎動(dòng)臂的自由度 F2=3n2PLPH (21) =39212=3 采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專(zhuān)用反鏟裝置常見(jiàn)的如圖（22 ）整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意。反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 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。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置較少，通用性較差。為了擴(kuò)大機(jī)械的通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件相似的反鏟采用整體動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。整體式彎動(dòng)臂與整體式直動(dòng)動(dòng)臂相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)：1. 工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采用連桿連接時(shí)調(diào)整時(shí)間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時(shí)可以隨時(shí)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。2. 較合理地滿(mǎn)足各種類(lèi)型的作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的變化問(wèn)題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便，一般情況下，下動(dòng)臂可以適應(yīng)各種工作裝置的要求，不需要拆換。3. 裝車(chē)運(yùn)輸比較方便。由于上述優(yōu)點(diǎn)，組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，但得到較廣泛的應(yīng)用。以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多變時(shí)采用整體式彎動(dòng)動(dòng)臂較為合適。如圖 22所示。斗桿有整體式和組合式兩種，如下圖分別是整體式和組合式斗桿的簡(jiǎn)圖12圖 25整體式斗桿13圖 26組合式斗桿14圖 27整體式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖15圖 28組合式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖整體斗桿的自由度 F1=2, 組合式斗桿自由度 F2=3n2PLPH=1 (22)由于組合式斗桿通用性比較好，自由度為 1，所以選擇組合式斗桿一，基本要求：，以增大鏟斗對(duì)挖掘物料的線比壓，斗齒及斗形參數(shù)具有較小的削阻力，便于切入及破碎的土壤。斗齒應(yīng)該耐磨、易于更換。，斗寬與物料直徑之比應(yīng)大于 4：1.，縮短卸載時(shí)間，并提高鏟斗有效容積。反鏟式的鏟斗的形狀、尺寸與其作業(yè)對(duì)象有很大的關(guān)系。為了滿(mǎn)足各種挖掘業(yè)的需要，在同一臺(tái)挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗。圖 2圖 210分別為反鏟用鏟斗的基本形式和常用形式。反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 16圖 29反鏟式鏟斗基本形式17圖 210反鏟式鏟斗常用形式二，斗型參數(shù)的選擇斗容量 q，平均斗寬 B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑 R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿(mǎn)轉(zhuǎn)角 2 （這里令 ?max）?是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。R、B 及 2 三者與 q之間有以下幾何關(guān)系（圖 211）?18圖 211鏟斗主要參數(shù)示意圖q= （23）21(sin)SRBK??式中土壤松散系數(shù) KS的近似值取 q指堆尖容量，所以裝滿(mǎn)系數(shù)可以不再考慮。令 q=,R=, 2 =90176。，則由（23）可以求出 B=。顯然，B 過(guò)大會(huì)造成最大挖掘阻力和轉(zhuǎn)斗挖掘能容量 E增大，不利于提高效率。于是增大R，使 R= 得出 B=，合適。 反鏟式挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析反鏟裝置的具體結(jié)構(gòu)型式雖多，但常見(jiàn)的只有十幾種，按運(yùn)動(dòng)分析，其中有實(shí)質(zhì)差別的機(jī)構(gòu)型式不過(guò)幾種，且它們之間還存在著許多共同點(diǎn)。有些不同點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上還能以通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示?，F(xiàn)介紹一種通過(guò)直角坐標(biāo)系對(duì)典型結(jié)構(gòu)型式作運(yùn)動(dòng)分析的方法，以便借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行方案比較和參數(shù)的選擇。反鏟裝置的幾何位置取決于動(dòng)臂液壓缸的長(zhǎng)度 L斗桿液壓缸的長(zhǎng)度 L2和鏟斗液壓缸的長(zhǎng)度 L3.顯然，當(dāng) L1 、L L3為某一組確定值時(shí)反鏟裝置就相當(dāng)于處于一個(gè)確定的幾何位置。如圖 212 設(shè)計(jì)平面直角坐標(biāo)系，使 X 軸與地面重合，Y 軸與挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)中心線重合。則斗齒尖 V 所在的 X 坐標(biāo)值 XV 就表示挖掘半徑，Y 坐標(biāo)值 YV 為正值時(shí)就表示挖掘高度，為負(fù)值時(shí)表示挖掘深度。必須注意，當(dāng) L1 、L 2和 L3為一組定值時(shí)只有一組XV 和 YV 值與其對(duì)應(yīng)，反之對(duì)于 XV 和 YV 的一組定值卻有許多組 L1L2和 L3與其相應(yīng)。反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 圖 212 設(shè)計(jì)平面直角坐標(biāo)系機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)有:第一類(lèi)是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù) ,稱(chēng)為原是參數(shù),這里主要選擇長(zhǎng)度參數(shù)作為原是參數(shù)。第二類(lèi)是由第一類(lèi)參數(shù)推算出來(lái)的參數(shù) ,稱(chēng)推導(dǎo)參數(shù),多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)。第三類(lèi)是作為方案分析比較所需要的其他特性參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及其有關(guān)符號(hào)如圖 213 所示。19圖 213反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖3表 21挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)的參數(shù) 機(jī) 構(gòu) 組 成鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 機(jī)體參數(shù)分類(lèi)符 號(hào) 意 義原始參數(shù)l3=QV,l12=MH,l13=MN,l14=HNl24=QK,l25=KV,l29=KHl2=FQ,l9=EF,l10=FG,l11=EG,l15=GN,l16=FN,l21=NQl1=CF,l6=CD,l7=CB,l8=DF,l22=BFl4=CP,l5=CA,l17=CI,l19=CT,l30=CS,l38=JT,l39=JI推導(dǎo)參數(shù)α1=∠NMHα10=∠KQVα4=∠EFGα6=∠GNFα9=∠GFNα7=∠NQFα8=∠NFQα2=∠BCFα3=∠DFCα11=∠CAFα12=∠TCP不難列出動(dòng)臂上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)方程。現(xiàn)在以 F 點(diǎn)為例，由圖 215 得α 10=∠BCU=Φ 1－α 11= （24）22751arcos()lLl????20圖 214動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 21圖 215F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算選取動(dòng)臂彎角 α 1=120176。，取動(dòng)臂特性參數(shù) K3（K 3= ）=取 K1（K 1為動(dòng)臂長(zhǎng)/斗桿長(zhǎng) K1= ）=，根據(jù)最大挖掘半徑一般與動(dòng)臂長(zhǎng)、斗桿2l長(zhǎng)和鏟斗長(zhǎng)的和值相等= （m）??,.6m （25）????????m （26）42341..96llα 39= ∠ZFC= = = 176。 （27）214arcosl???22830158arcos..???在三角形 ZCF中∠ZCF=33176。取 K4=,α 11=60176。,l5= 基本用于反鏟。斗桿全縮時(shí)∠FQV 為最大值，取為 160176?？紤]結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，取 ,??30min1?? 因： (28)min1ax4s???k得：θ 1max=125176。 又因： （29）)21(cos1min1??????? （210）11max1 ??得： ,???符合下列幾何條件： （211）?????1,即得： ?????lHYA （212）? （213）?? （214）?這樣，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的全部參數(shù)初步選出斗桿的位置參數(shù)是 L1和 L2的函數(shù)。討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，也即只考慮 L2的影響。斗桿機(jī)構(gòu)與動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的性質(zhì)類(lèi)似，它們都是四連桿機(jī)構(gòu)，但連桿不同，在動(dòng)臂機(jī)構(gòu)中一般 L7L5,斗桿機(jī)構(gòu)中一般 L9L8。斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的擺角范圍 φ 2max由圖反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 216 22圖 216斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖φ 2max=θ 2max－θ 1min = （215）2 22 289max89minarcos()rcos()lLlLl l??????斗桿液壓缸的作用力臂設(shè) B= 則892lL?e2= （216）8922()()()BllBLL????當(dāng) L2以 L2min和 L2max代入，得 e20和 e2max=l9，此時(shí) L2= 。289l?e20= （217）mini8min92min22()()()BlBlLL????e22= （218）axa8ax92ax2m()()()ll斗桿參數(shù)的選擇和計(jì)算查找資料該挖掘機(jī)斗桿的最大挖掘力為 PGmax=根據(jù)公式即 e2max= 9l又有 l2=,l3=,PGmax=e2max= (m)(.68)????假設(shè)斗桿擺角范圍為 90176。，即 176。2max90??在三角形中，已知 l9=, =90176?？傻?E0EZ=（m ）選擇油缸 L2min= L2max=（m） (219)???由前面的公式可知 (220)2 2max8min92min9cos()lLlLl??????? —()= （221）892maxmax..78lLB????? （222）?? me20= （223）(.)(.6)(.967)??????e22= （224）.9(.5)(.905)(.1).5這時(shí) θ=∠DEF= =25176。()arcsi()1l? （225）?? 鏟斗相對(duì)于 XY 坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是 LL 2和 L3的函數(shù)，情況較復(fù)雜?，F(xiàn)在先討反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 論23 圖 217鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 i當(dāng)給定了鏟斗液壓缸長(zhǎng)度 L3，由原始參數(shù)及推導(dǎo)參數(shù)出發(fā)，利用幾何關(guān)可依次求得圖 217 中α 5，α 22，α 30，α 23，L 26，α 24，α 25，L 27，α 26，α 28，α 27和 α 29等值。鏟斗液壓缸對(duì) N 點(diǎn)的作用力臂為 r1=l13sinα 2； （226）連桿 HK 對(duì) N 點(diǎn)的作用力臂為r2=l14sinα 2；連桿 HK 對(duì) Q 點(diǎn)的作用力臂為r3=l34sinα 2；鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比為i= （227）131432029218sin()sinlLl??????顯然 i 是 L3的一元函數(shù)。用 L3min代入上式可得到初傳動(dòng)比 i0，用 L3max代入上式則得終傳動(dòng)比 imax及其發(fā)生時(shí)的 L3，在理論可以取 ，解得30id?L3，求得 imax。實(shí)際計(jì)算較困難。如采用優(yōu)化方法以很快得到結(jié)果。I 0=代入數(shù)據(jù)可以得出對(duì)于斗桿的擺角范圍 θ max鏟斗瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為θ 3=∠FQV=α 7+α 24+α 26+α 10 （228）當(dāng)取 L3=L3max和 L3min時(shí)可分別求得 θ 3min和 θ 3max。于是得φ 3max=θ 3max－θ 3min （229）斗齒尖 V 的坐標(biāo)值 Xv和 Yv是 ll 2和 l3的函數(shù)。只要推導(dǎo)出 Xv和 Yv的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)的作業(yè)范圍就可以確定。圖 218 推導(dǎo)如下反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 24圖 218斗齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖由 F 點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合前面計(jì)算得到的有關(guān)參數(shù)值，通過(guò)幾何和三角函數(shù)運(yùn)算可依次求得 α 32，l 28，α 33，l 23,α 34，α 35，l 37， α 36等最后得到Xv=l30+l37cos(α 21α 34α 36) （230）Yv=l19cosα 12+l37sin(α 21α 34α 36) （231）斗容 q，平均斗寬 B，挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿(mǎn)角度 2 是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)?它們之間的關(guān)系如下 q= 21(sin)SRBK??一般土壤松散系數(shù) KS=。q=由上面得出 B=，2 =90176。求出挖掘半徑 Rm （232）(sin).76(15sin9).5SqRB???????鏟斗上兩鉸點(diǎn) K 與 Q 間距 l24K2= 由鏟斗長(zhǎng)度 l3=，K 2=,l24