【文章內(nèi)容簡介】 采用一個鏟斗液壓缸。 本章小結(jié) 本章首先對液壓挖掘機的整體組成及工作原理做了介紹，重點分析了液壓挖掘機反鏟工作裝置 的結(jié)構(gòu)組成和工作特點，接著對工作裝置中的各機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)方案的選擇，以便于借助計算機及相關(guān)資料進行方案的比較和參數(shù)的選擇，為后面的設(shè)計打好基礎(chǔ)。 3 小型液壓挖掘機反鏟工作裝置參數(shù)設(shè)計 反鏟工作裝置的設(shè)計原則和參數(shù)說明 [8] 怎樣合理設(shè)計反鏟工作裝置的問題至今尚未得到理想地解決。在以前的設(shè)計中，多按經(jīng)驗，采取統(tǒng)計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)合電子計算機的輔助設(shè)計。這樣對合理設(shè)計反鏟裝置有很大幫助。 反鏟工作裝置的設(shè)計原則 為了能合理的設(shè)計工作裝置，設(shè)計中應(yīng)滿足以下要求： （ 1） 整機挖掘力的大小及其分布情況在滿足使用要求的同時要具有一定的先進性。 （ 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)的時間要盡可能短。 （ 4）在確定鉸點的布置，結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸形狀時要盡可能使受力狀態(tài)有利挖掘工作。在保證反鏟裝置強度，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 共 50 頁 8 （ 5）在作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時要考慮反鏟裝置的通用性。 （ 6）在采用變鉸點構(gòu)件或配套構(gòu)件時應(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)件種類少，結(jié)構(gòu)較簡單，換裝方便。 （ 7）為了使挖掘機運輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，在運輸或停放時工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)。保證安全可靠的同時盡可能使油缸能卸載或減載。 （ 8）在對工作裝置油缸設(shè)計時應(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，尤其是那些易損件的種類。 （ 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)計要便于裝拆和維修，尤其應(yīng)便于易損壞零件的更換。 （ 10）對于特殊使用要求應(yīng)采用合理措施。 機構(gòu)自身的幾何參數(shù)設(shè)計 [11] 機構(gòu)自身的幾 何參數(shù)設(shè)計是相當重要的一個環(huán)節(jié)。機構(gòu)的自身幾何參數(shù)有以下三類：第一類稱原始參數(shù)，它是決定機構(gòu)運動特性的必要參數(shù)。在這里主要選擇的是長度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類稱推倒參數(shù)，它是由第一類參數(shù)推算出來的，大多為運算中需要的角度參數(shù)；第三類則是作方案分析時比較所需要的其他的特性參數(shù)。反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的相關(guān)計算及符號見圖 。 圖 反鏟工作裝置機構(gòu)自身幾何參數(shù)計算簡圖 在上圖中我們可以看出：三角形 CBF和三角形 CDF為挖掘機的動臂機構(gòu)， AB 為動臂油缸。由 EGFNQ 組合的形狀為斗桿機構(gòu)，其中的 NQ 為搖桿和 DE 為斗桿油缸，五邊形 MNQKH 則為連桿機構(gòu)， NM 和 MH 為連桿。三角形 QKV 為鏟斗機構(gòu)，GM是鏟斗油缸。 反鏟工作裝置幾何參數(shù)的設(shè)計計算 [8] 鏟斗機構(gòu)主要參數(shù)的設(shè)計計算過程 鏟斗的四個主要參數(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)計的目標參數(shù)）； ? — 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角的一半，鏟斗在挖掘作業(yè)過程中的轉(zhuǎn)角大致在 第 頁 共 50 頁 9 90176。 ~ 110176。范圍內(nèi) ，本次設(shè)計中取 2?=100176。?； B — 平均斗寬，設(shè)計中根據(jù)經(jīng)驗公式 ? ?3 ～?B ，及反鏟鏟斗平均斗寬統(tǒng)計值和推薦范圍，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= 鏟斗上兩個鉸點 K 與 Q 之間的間距（如圖 ）的取值要適中，太大將影響鏟斗機構(gòu)傳動特性，太小則影響鏟斗機構(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 動臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算過程 動臂、斗桿長度尺寸設(shè)計 一般取動臂彎角 001 130~110?? ，而小彎臂可取 001 170~150?? 。 1? 小對增大挖掘的深度有利，但對結(jié)構(gòu)強度不利。特性參數(shù)41423 llK ? 。它的大小一般?。?～ ），這是由反鏟挖掘機以挖掘深度為主要指標的特點所決定的。 據(jù)統(tǒng)計可知，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 為動臂與轉(zhuǎn)臺的鉸點距轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心間的距離，根據(jù)經(jīng)驗值可得 第 頁 共 50 頁 10 mXc ? 。因此由設(shè)計要求的 1R ,已經(jīng)確定的 3l 和 1K ,則可以按以下近似經(jīng)驗公式計算 1l 和 2l 值： 211 lKl ? (32) 1312 1 KlRl ??? (33) 其中： 1R —— 最大挖掘半徑，取 1R =（設(shè)計目標參數(shù)）； 1K —— 動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)211 llK? ，參考同類機型，則取 21?K 。 由以上公式可求的： ml ? ， ml ? 動臂結(jié)構(gòu)尺寸及動臂上的鉸點位置設(shè)計 如圖 31，在三角形 CZF 中，鉸動臂彎角取值范圍 001 140~120?? ，則取01 120?? 。 動臂轉(zhuǎn)折處的長度比 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 動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比 K4 要按不同 情況選取，以反鏟為主的通用 第 頁 共 50 頁 11 挖掘機要顧及其他換用裝置，要求在地面以上作業(yè)時有足夠的提升力矩。則可取的范圍為 ~ ?K 。 11? 的取值對參數(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機取 011 60?? 。則本次設(shè)計中取 ?K ， 011 68?? 。 斗桿液壓缸全縮時 832 ?? ???CFQ 達到最大，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值的表達式為：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? 為動臂油缸全伸長度與全縮長度之比，由于受油缸穩(wěn)定條件的限制， 1? 第 頁 共 50 頁 12 的值一般取 ～ ，則本次設(shè)計取 。 由 0211 88??? ??A 0m a x328 82????? ??AB 取設(shè)計目標參數(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 動臂油缸的最短長度； :max1L 動臂油缸的伸出的最大長度； A：動臂油缸的下鉸點； B：動臂油缸的上鉸點； C：動臂的下鉸點 . 圖 動臂和動臂液壓缸鉸點位置的幾何關(guān)系圖 φ 1 是 L1 的函數(shù)。動臂上 的 任意一點在任一時刻都是 L1 的函數(shù)。如圖 35所示，圖中 :min1L 動臂油缸的最短長度； :max1L 動臂油缸的伸出的最大長度； :min1? 第 頁 共 50 頁 13 動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最小值； :max1? 動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最大值； A：動臂油缸的下鉸點； B：動臂油缸的上鉸點； C：動臂的下鉸點。 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 ?? ? 通過初步作圖計算，可取∠ DFZ = 80? 斗桿機構(gòu)及斗桿液壓缸參數(shù)的設(shè)計計算 斗桿機構(gòu)的參數(shù)選擇可按以下步驟進行： 按設(shè)計目標要求的最大挖掘力來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)計目標參數(shù) KNPG ? , ml ? , ml ? 以及 KNP 1922 ? 代入式 (312) 中可得到 mml 3409 ? ，取 mml 3509 ? 。 第 頁 共 50 頁 14 圖 斗桿機構(gòu)參數(shù)計算簡圖 斗桿的擺角取值范圍為 00m ax2 125~105?? ，在滿足工作范圍和運輸要求的前提下這個值應(yīng)盡可能取小些，則本次設(shè)計選 0max2 110?? 。 由圖 ，取斗桿油缸在位置 O 與