【導(dǎo)讀】鉸接裝置）A3兩張A4一張（動(dòng)缸耳）.史，并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。本課題選擇了國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能都接近設(shè)計(jì)要求的6~8t挖掘機(jī)作為基型，并。相應(yīng)的部件圖和零件圖。圖紙基本采用AutoCAD二維軟件。本次的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)小型液壓挖掘機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。作概況及性能參數(shù)的設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)性能參數(shù)來選擇主要的工作元件。機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析工作裝置受力方面問題。最后，根據(jù)工作裝置的工作狀態(tài)，確定配重，轉(zhuǎn)。臺(tái)重，進(jìn)行整機(jī)平衡驗(yàn)算分析了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的狀態(tài)及自身穩(wěn)定性。

　　

【正文】 挖掘時(shí)在鏟斗的切削刃上產(chǎn)生的切向阻力由斗桿油缸來克服，即： ）（ rGrrrprp dda 26571 1 ?? （ 31） 作用在鏟斗切削刃上的土壤法向阻力，由作用力相對(duì)于動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)的總力矩來卻定： 02201 ???? ? rPGGGrprp bBdbBM ）、（ （ 32） 式中 ）、（ GGG dbB? 動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的重量對(duì) A 點(diǎn)的力矩。 解方程，并將上式代入計(jì)算得： 斗桿油缸的推力由相對(duì)于斗桿的轉(zhuǎn)軸（ B 點(diǎn)）的總力矩來求得： ][1 34211 rGrGrlPlP bddb???? ）（ （ 33） 鉸點(diǎn) B 的合力可由作用在斗桿上的力多邊形來求得。該合力可分解成沿斗桿軸線方向和垂直于斗桿軸線方向的兩個(gè)分力 S 和 R 。 在截面 A 處的彎矩為： lPM AbA? （ 34） 在截面 B 處的彎矩和軸向力： ???c o s]s i n(c o s[PN lPlPMdbbdbbb dsa? ????? ））（ （ 35） 式中 S斗桿的縱向線和截面重心之間的距離。 截面上的合成應(yīng)力為： 35 ??? 3 22 ??nP 計(jì)算 箱型截面梁，材料選用普通碳素結(jié)構(gòu)剛 A3 機(jī)械性能 MPas 240?? 380??b ～ 470MPa 伸長(zhǎng)率 %? 26 伸長(zhǎng)率大于 5%的材料通常稱為塑性材料，小于 5%的稱為脆性材料。塑性材料以屈服極限 ?s 或屈服強(qiáng)度 ? 為極限強(qiáng)度，對(duì)于脆性材料，以強(qiáng)度極限 ?b 為強(qiáng)度極限。 許用應(yīng)力 [? ]= n?0 （ 315） 鉸接處安全系數(shù)取 4 許用應(yīng)力為 60MPa ?0 為極限強(qiáng)度 由力多邊行求的鉸點(diǎn) B 的合力為 延軸線方向 垂直于軸線方向 斗桿油缸的推力為105MPa。斗桿寬 18 ㎝，板厚 2 ㎝。 從斗桿上各截面的力矩方程可推出力矩是距離的函數(shù)。由鉸點(diǎn)向兩頭彎矩漸漸變小。 則可以只校核斗桿受最大彎矩時(shí)，鉸點(diǎn)位置和兩頭的位置的強(qiáng)度。 斗桿受最大彎矩時(shí)，由于斗桿油缸垂直于斗桿尾部，所以垂直點(diǎn)上的彎矩為0。參考材料力學(xué)上冊(cè) P182，其切應(yīng)力主要由腹板負(fù)擔(dān)，可近似求得 ? =hbQ ????? ?bQh? =105247。 2247。 2247。 6= ㎝ 斗桿油缸鉸接處的銷強(qiáng)度校核： ? = rQ?2 （ 316） ??Qr?=?1010 63 ??= ㎝ 尾部腹板高度 ㎝ 取 8 ㎝ 和動(dòng)臂交接處校核： 彎矩為 105 103 15 102? 腹板采用 ㎝厚的板，經(jīng)多次試選 取側(cè)板高度大于 8 ㎝的校核： 現(xiàn)取 14 ㎝高的腹 板校核如下： 36 腹板 3 3ZbI? = ）（ 33318 ? =6 = 側(cè)板 3 3ZbI? = 122 143? = 整個(gè)截面的抗彎截面系數(shù)為 2 247。 +2 247。 14= 由彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力為 10101042315105????? = 切應(yīng)力為 M P 2142105 101043 ?????? 則截面上的合成應(yīng)力 ??? 3 22 ??np= 22 3 ?? =60MPa 符合強(qiáng)度要求； 同上斗桿和鏟斗連接端的腹板為 8 ㎝。 動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的腹板高度為 14 ㎝，兩頭的為 10 ㎝。 圖 31 力矢量圖 37 第四章 整機(jī)平衡驗(yàn)算 挖掘機(jī)穩(wěn)定性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)的工作影響很大。穩(wěn)定 性能好的不但能夠保證挖掘安全工作，而且能使其在作業(yè)范圍內(nèi)充分發(fā)揮挖掘力，同時(shí)回轉(zhuǎn)支承裝置磨損也均勻，使用壽命較長(zhǎng)。 為了使整機(jī)有較好的穩(wěn)定性，同時(shí)使支承滾盤受力均勻和磨損均勻，應(yīng)使挖掘機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中回轉(zhuǎn)平臺(tái)上部的合力前后移動(dòng)均勻，即應(yīng)使?jié)M斗幅度較大時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部的合力位置 e 和配重過大后空載時(shí)上部的合力位置 e‘ 值的大小盡量接近。 確定配重和轉(zhuǎn)臺(tái)重 圖 41 確定配重的工況 如圖所示，挖掘機(jī)處于運(yùn)輸狀態(tài)， 動(dòng)臂液壓缸全伸，斗桿垂直，鏟斗液壓缸全伸 如上圖 配重 可由下式求得。g5 38 llglglglgg544332115????‘ 式中191408..255443321155432143214321????????????????????????????????????????????????????????????????????gllglglglgglggggllllgggg）（）（離。的重心至回轉(zhuǎn)中心的距為配重離。的重心至回轉(zhuǎn)中心的距、為相應(yīng)、斗及平臺(tái)的重量。分別為動(dòng)臂、斗桿、鏟、 卸載時(shí)挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算 圖 42 卸載時(shí)挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算 39 挖掘機(jī)在滿斗工況下，工作裝置的自重及荷重 ggg321 、至傾覆邊緣 A點(diǎn)形成傾覆力矩，設(shè)風(fēng)載荷 W 與其作用力高度 hw 也形成傾覆力矩，故總的傾覆力矩為。M2 hlglglgM wW???? 3322112 （ 42） 上車（除工作裝置）的重量 g0及底盤重量 g6對(duì) A點(diǎn)形成穩(wěn)定力矩 。M1 lglgM 66001 ?? （ 43） 式中風(fēng)載荷：點(diǎn)的力臂：至分別為重力?????????????WAggll 6060 ~~ 風(fēng)載荷作用點(diǎn)的高度；????????h W 穩(wěn)定系數(shù) 121 ?? MMK 。 風(fēng)載荷 q=。 W=qs= =。 33211????????????????????????????????hlglglgWW ?M 0 7 3 6 0 0 6 600 ?? lglg 作業(yè)穩(wěn)定性 挖掘機(jī)在挖掘作業(yè)過程中有兩種失穩(wěn)狀態(tài)。即挖掘失穩(wěn)和卸載失穩(wěn)。而每種失穩(wěn)狀 態(tài)又有幾種工況。 40 挖掘失穩(wěn)狀態(tài) 反鏟液壓挖掘機(jī)的挖掘失穩(wěn)有下列三種工況： 斗桿垂直于地面，斗齒尖離地面以下 ，用鏟斗挖掘，切向阻力垂直地面，法向阻力向機(jī)體，此時(shí)傾覆邊緣在履帶前端。 圖 43 挖掘失穩(wěn) a 穩(wěn)定力矩為 lgM /001? ?????? ll 傾覆力矩為 ?? ?????31 22112 i ii HWlWlWlgM （ 44） 121 ?? MMK 為穩(wěn) 定，否則整機(jī)前傾失穩(wěn) 通過對(duì) F 點(diǎn)力矩平衡可近似的 ww 12 ? 2211??????????????????????????whlw lw } 41 9 1 3 332211????????????????????????lglglg} 斗缸 鏟斗 連桿 } 土 動(dòng)缸 mKNmKNlglg?????????3 7 5 5 9 7 6 2 9 9 9 3 7 5 5 9 7 6 2 9 9 9 0000）（‘ H 時(shí)斗桿及鏟斗處于垂直位置，用鏟斗液壓缸挖掘、此時(shí)挖掘阻力有使整機(jī)抬起的趨勢(shì)，傾覆邊緣在履帶的后端。 穩(wěn)定力矩為 ???301 i iilgM 傾覆邊緣力矩為 hwHwlwM ?????? 1222 （ 45） 121 ?? MMK 為穩(wěn)定，否則整機(jī)后 傾失穩(wěn)。 lglglglgM 332211001 )( ????? 42 圖 43 挖掘失穩(wěn) b 4 4 6 ??????M 332211????????????????????????lglglg 連桿 = 鏟缸 = 斗缸 = } 動(dòng)缸 = 土 0972 = 33552 )( 00 ????? lg cmllg000??? 43 ，挖掘阻力 W1 和 W2 向上有使整機(jī)后傾的趨勢(shì)、傾覆邊緣在履帶的后端。 圖 43 挖掘失穩(wěn) c 穩(wěn)定力矩為 ???301 i ilgM i 傾覆力矩為 hWlwlwM ???? 22112 121 ?? MMK 為穩(wěn)定，否則整機(jī)后傾失穩(wěn)。 不過此種工況在地面開挖時(shí)為常見、并不嚴(yán)重，當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)過一定角度后由于阻力臂的迅速減小，傾覆力矩即減小更趨穩(wěn)定。 卸載失穩(wěn)狀態(tài) 挖掘機(jī)鏟斗挖滿后要回轉(zhuǎn)到運(yùn)輸車輛上卸載，此時(shí)有下列兩種工況需要驗(yàn)算： 44 這是挖掘機(jī)滿斗裝車時(shí)可能出現(xiàn)的位置，此時(shí)鏟斗裝滿土，幅度最大，挖掘機(jī)停在斜坡上而且工作裝置位于下坡方向。 工作裝置和斗內(nèi)土重對(duì)履帶邊形成傾 覆力矩。 坡角 a使工作裝置和土壤的重量對(duì)傾覆邊緣的力臂加大，因而，增大了傾覆力矩。 圖 44 卸載失穩(wěn) a 例如：動(dòng)臂重 g3 的力臂原為 l‘ 3 ，而在斜坡上變?yōu)?l3 ?????? SinC O S hll 333 ‘ （ 46） 風(fēng)載荷 W應(yīng)按最不利情況考慮，即風(fēng)向使挖掘機(jī)有傾覆的趨勢(shì)。 于是可求的此時(shí)的穩(wěn)定力矩為 lglgM55441 ?? 傾覆力矩為 WhWlglglgM ????? 3322112 大臂距離 COS12+ Sin12= 斗桿距離 COS12+ Sin12= 斗距離 COS12+ Sin12= 轉(zhuǎn)臺(tái)距離 = 底盤距離 COS12— = 45 此時(shí)穩(wěn)定系數(shù) K 為 才為安全121 ?? MMK M2 1 + + + ++ + ++ = lglgM 55441 ?? ? 挖掘機(jī)在斜坡上工作，例如裝車工況，滿斗幅度最大。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)至如圖所示的位置緊急制動(dòng)時(shí)，整個(gè)工作裝置及回轉(zhuǎn)平臺(tái)各部分重量將產(chǎn)生慣性力（除轉(zhuǎn)臺(tái)外）對(duì)傾覆邊緣 A產(chǎn)生一傾覆力矩。 圖 44 卸載失穩(wěn) b 慣性力為 Fi ?rF ii m?? （ 47） 式中 m工作裝置各構(gòu)件的質(zhì)量。 46 ri 構(gòu)件質(zhì)量中心至回轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)半徑。 ? 轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)角減速度（ rad/s2 ）。 工作裝置各構(gòu)件產(chǎn)生的慣性力對(duì)傾覆邊緣形成的力矩為 hFM ii??1 （ h 為重心離地高度）加上風(fēng)載荷 W 所形成的傾覆力矩 hM WW W ?? 于是作用在挖掘機(jī)上的傾覆力矩為 hhFMWi Wi ??? ?2 （ 48） 挖掘機(jī)各部分重對(duì)傾覆邊緣 A 形成的一穩(wěn)定力矩。此外轉(zhuǎn)臺(tái)重量所產(chǎn)生的慣性力矩亦起到穩(wěn)定作用。故挖掘機(jī)的穩(wěn)定力矩為 hFlglgglM ii 4455441 ???? ?