【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采用一個(gè)鏟斗液壓缸。 本章小結(jié) 本章首先對(duì)液壓挖掘機(jī)的整體組成及工作原理做了介紹，重點(diǎn)分析了液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置 的結(jié)構(gòu)組成和工作特點(diǎn)，接著對(duì)工作裝置中的各機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇，以便于借助計(jì)算機(jī)及相關(guān)資料進(jìn)行方案的比較和參數(shù)的選擇，為后面的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 3 小型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置參數(shù)設(shè)計(jì) 反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)原則和參數(shù)說(shuō)明 [8] 怎樣合理設(shè)計(jì)反鏟工作裝置的問(wèn)題至今尚未得到理想地解決。在以前的設(shè)計(jì)中，多按經(jīng)驗(yàn)，采取統(tǒng)計(jì)和作圖試湊這三種方法。我們現(xiàn)在采用數(shù)解分析方法，并且結(jié)合電子計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)。這樣對(duì)合理設(shè)計(jì)反鏟裝置有很大幫助。 反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)原則 為了能合理的設(shè)計(jì)工作裝置，設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足以下要求： （ 1） 整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況在滿足使用要求的同時(shí)要具有一定的先進(jìn)性。 （ 2） 主要工作尺寸及作業(yè)范圍應(yīng)能滿足使用的要求。 （ 3）功率利用的情況要盡可能好，理論工作循環(huán)的時(shí)間要盡可能短。 （ 4）在確定鉸點(diǎn)的布置，結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸形狀時(shí)要盡可能使受力狀態(tài)有利挖掘工作。在保證反鏟裝置強(qiáng)度，剛度和連接剛性的條件下應(yīng)盡量的減輕結(jié)構(gòu)自身重量。 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 8 （ 5）在作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)要考慮反鏟裝置的通用性。 （ 6）在采用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)應(yīng)注意分清主次。在滿足使用要求前提下力求選擇替換的構(gòu)件種類(lèi)少，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換裝方便。 （ 7）為了使挖掘機(jī)運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，在運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)。保證安全可靠的同時(shí)盡可能使油缸能卸載或減載。 （ 8）在對(duì)工作裝置油缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮三化，采用系列參數(shù)，并盡可能減少油缸零件的種類(lèi)，尤其是那些易損件的種類(lèi)。 （ 9）工作裝置的裝拆和維修是難以避免的，因此它的結(jié)構(gòu)形式和布置的設(shè)計(jì)要便于裝拆和維修，尤其應(yīng)便于易損壞零件的更換。 （ 10）對(duì)于特殊使用要求應(yīng)采用合理措施。 機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)設(shè)計(jì) [11] 機(jī)構(gòu)自身的幾 何參數(shù)設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。機(jī)構(gòu)的自身幾何參數(shù)有以下三類(lèi)：第一類(lèi)稱(chēng)原始參數(shù)，它是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù)。在這里主要選擇的是長(zhǎng)度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類(lèi)稱(chēng)推倒參數(shù)，它是由第一類(lèi)參數(shù)推算出來(lái)的，大多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)；第三類(lèi)則是作方案分析時(shí)比較所需要的其他的特性參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的相關(guān)計(jì)算及符號(hào)見(jiàn)圖 。 圖 反鏟工作裝置機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖 在上圖中我們可以看出：三角形 CBF和三角形 CDF為挖掘機(jī)的動(dòng)臂機(jī)構(gòu)， AB 為動(dòng)臂油缸。由 EGFNQ 組合的形狀為斗桿機(jī)構(gòu)，其中的 NQ 為搖桿和 DE 為斗桿油缸，五邊形 MNQKH 則為連桿機(jī)構(gòu)， NM 和 MH 為連桿。三角形 QKV 為鏟斗機(jī)構(gòu)，GM是鏟斗油缸。 反鏟工作裝置幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 [8] 鏟斗機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)是斗容量 q，平均斗寬 B，轉(zhuǎn)斗的挖掘半徑 R 和鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角 2?（這里的 ? =?max）。 B、 R 及 2?三者與 q 之間的關(guān)系為：KsBRq )2s in2(21 2 ?? ?? （ 31） 式中： q — 斗 容量，取 q=（設(shè)計(jì)的目標(biāo)參數(shù)）； ? — 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角的一半，鏟斗在挖掘作業(yè)過(guò)程中的轉(zhuǎn)角大致在 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 9 90176。 ~ 110176。范圍內(nèi) ，本次設(shè)計(jì)中取 2?=100176。?； B — 平均斗寬，設(shè)計(jì)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 ? ?3 ～?B ，及反鏟鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍，取 B= Ks— 土壤松散系數(shù)， 它的 近似值取 由公式 （ 31） 求得轉(zhuǎn)斗挖掘半徑為 R= 鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn) K 與 Q 之間的間距（如圖 ）的取值要適中，太大將影響鏟斗機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗機(jī)構(gòu)的剛度，一般取特性參數(shù)~ ?? llK 。 故取 ?K 。則 mKRKll ?????? 一般取角 0010 115~95K Q V ???? 。則取 010 108?? 圖 鏟斗結(jié)構(gòu)示意圖 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程 動(dòng)臂、斗桿長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì) 一般取動(dòng)臂彎角 001 130~110?? ，而小彎臂可取 001 170~150?? 。 1? 小對(duì)增大挖掘的深度有利，但對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利。特性參數(shù)41423 llK ? 。它的大小一般?。?～ ），這是由反鏟挖掘機(jī)以挖掘深度為主要指標(biāo)的特點(diǎn)所決定的。 據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，最大挖掘半徑 1R 值的大小一般與 cXlll ??? 321 的和值很接近 。其中 cX 為動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)距轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心間的距離，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值可得 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 10 mXc ? 。因此由設(shè)計(jì)要求的 1R ,已經(jīng)確定的 3l 和 1K ,則可以按以下近似經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 1l 和 2l 值： 211 lKl ? (32) 1312 1 KlRl ??? (33) 其中： 1R —— 最大挖掘半徑，取 1R =（設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)）； 1K —— 動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，即特性參數(shù)211 llK? ，參考同類(lèi)機(jī)型，則取 21?K 。 由以上公式可求的： ml ? ， ml ? 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)尺寸及動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)位置設(shè)計(jì) 如圖 31，在三角形 CZF 中，鉸動(dòng)臂彎角取值范圍 001 140~120?? ，則取01 120?? 。 動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比 ZCZFK ?3,其取值范圍 ~ ?K ,則取 ?K 已知 ml ? ,如圖 31，在三角形 CZF 中由余弦定理有： 1221424124224121 c os2c os2 ?? ZFZCZFZClllll ??????? (34) )2(c os 14224121242139 ll lllZ F C ????? ?? (35) 由 ZCZFK ?3可將式 (34)化為 1323141 c os21 ?KK ll ??? (36) 又由 41342 lKl ?? (37) 由以上的式子可求的： ml ? ， ml ? ， 028??ZFC 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 K4 要按不同 情況選取，以反鏟為主的通用 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 11 挖掘機(jī)要顧及其他換用裝置，要求在地面以上作業(yè)時(shí)有足夠的提升力矩。則可取的范圍為 ~ ?K 。 11? 的取值對(duì)參數(shù)特性 4K ，最大挖掘深度 max1H 和最大挖高max2H 有比較大影響。加大 11? 會(huì)使 4K 減小或者使 max1H 增大，這符合反鏟作業(yè)要求。用作反鏟的小型挖掘機(jī)機(jī)取 011 60?? 。則本次設(shè)計(jì)中取 ?K ， 011 68?? 。 斗桿液壓缸全縮時(shí) 832 ?? ???CFQ 達(dá)到最大，其取值范圍為00m a x832 1 8 0~1 6 0)( ?? ?? 則取 0m ax832 170)( ???? ，初定 02 20?? 。 由圖 可得最大卸載高度的表達(dá)式為302118m a x1m a x322211m a x11115m a x3 )180s i n ()s i n (s i n llllyH A ???????????? ????????? (38) 由圖 可得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為：AyllllH ??????? 1152m i n111132m a x1 s i n)s i n ( ???? (39) 將（ 38）和（ 39）相加，并令 211 ?? ??A , m ax328 ?? ??? AB 則可得到：? ? ? ? 01)s i n ()s i n ()s i n ( m a x12m i n1m a x11m a x1m a x3 ????????? BlAAlHH ??? (310) 又由特性參數(shù)： min11max14 sinsin ?? ??K (311) 式中的 1? 為動(dòng)臂油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比，由于受油缸穩(wěn)定條件的限制， 1? 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 12 的值一般取 ～ ，則本次設(shè)計(jì)取 。 由 0211 88??? ??A 0m a x328 82????? ??AB 取設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù) mH ? ， mH ? 將上述參數(shù)數(shù)值代入式（ 310），并利用試算法，可求得： 0max1 140?? , 0min1 ?? 然后由式（ 39）得為：11m a x1m in11235 s i n )s i n( ?? HyAllll A ?????? 則求得 :l5= :min1L 動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度； :max1L 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 動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸鉸點(diǎn)位置的幾何關(guān)系圖 φ 1 是 L1 的函數(shù)。動(dòng)臂上 的 任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻都是 L1 的函數(shù)。如圖 35所示，圖中 :min1L 動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度； :max1L 動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度； :min1? 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 13 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； :max1? 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)。 令 ρ = l5/ L1min,δ = l7/ L1min ，min1max1 LL?? 參考圖 ， 則 由下面兩式， 求 ρ和 δ ： θmin = COS1[（ l72+l52 L1min2） /2l7l 5] = COS1[（ σ2+ρ21） /2ρσ] θmax = COS1[（ l72+l52 Lmax2） /2l7l 5] = COS1[（ σ2+ρ2λ2） /2ρσ] 式中（圖 中） ： m in1m ax11 ??? LL?? 可求得 : ρ = ， δ = 而有 ρ+ δ=+=＞ λ， ， ＜???? 符合條件。 則有： mlL in1 ??? ?， mLL 5 4 in1m a x1 ?? ? ， mLl in17 ?? ? 通過(guò)初步作圖計(jì)算，可取∠ DFZ = 80? 斗桿機(jī)構(gòu)及斗桿液壓缸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇可按以下步驟進(jìn)行： 按設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的最大挖掘力來(lái)確定斗桿液壓缸的最大作用力臂 9l 。 2 32m ax9)(P llPl G ?? (312) 則取 PDPAP ???? 2222 41 ? (313) 式中： P 為液壓系統(tǒng)的工作壓力，取 P= 2A 為斗桿液壓缸大腔作用面積，取 mmD 1002 ? ，得到 22 7850mmA ? 則由式 (313) 得： KNPAP 19222 ??? 將設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù) KNPG ? , ml ? , ml ? 以及 KNP 1922 ? 代入式 (312) 中可得到 mml 3409 ? ，取 mml 3509 ? 。 第 頁(yè) 共 50 頁(yè) 14 圖 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖 斗桿的擺角取值范圍為 00m ax2 125~105?? ，在滿足工作范圍和運(yùn)輸要求的前提下這個(gè)值應(yīng)盡可能取小些，則本次設(shè)計(jì)選 0max2 110?? 。 由圖 ，取斗桿油缸在位置 O 與