正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-09 08:21本頁(yè)面
【正文】 四、 建 立簡(jiǎn)化模型 及仿真 根據(jù)第三章中計(jì)算出的桿長(zhǎng)，用 建立簡(jiǎn)化模型，如圖 41， 42。 安全系數(shù)取 n=3，材料 16Mn 的屈服極限 ? ?s? =350MP 則，許用應(yīng)力 ? ? ns?? ? = MP SF?? = MP??? 式中， S—— 連桿截面面積（米 2）。按圖解法求得連桿作用力為 噸。 連桿、搖桿和銷軸 連桿 鏟斗油缸全縮時(shí)進(jìn)行挖掘，連桿與鏟斗夾角最小，所受作用力最大。 按以上作用力分析，作動(dòng)臂內(nèi)力圖，包括軸力 N，動(dòng)臂平面內(nèi)的剪力 Q 和彎矩 M 如圖 38。 取鏟斗和斗桿為隔離體，求得斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)處的作用力。BP ，取整個(gè)工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： 39。gP ，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： dgdbg ll rGrGlPW ? ???23439。 工況二 圖 37 工作裝置位于最大挖掘半徑處； 正常挖掘，無(wú)橫向阻力。 按以上作用力分析，作動(dòng)臂內(nèi)力圖，包括軸力 N，動(dòng)臂平面內(nèi)的剪力 Q 和彎矩 M 如圖 36。 取鏟斗和斗桿為隔離體，求得斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)處的作用力。BP ，取 整個(gè)工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： Iz 39。gP ，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： dgdbg ll rGrGlPW ? ???23439。 、工況一 工作裝置處于最大挖掘深度處； 正常挖掘，無(wú)橫向作用力。 斷面處壓應(yīng)力為：1 ? ?? MP 斗桿平面內(nèi)剪應(yīng)力為：max ? ?? MP 斗桿平面內(nèi)彎曲正應(yīng)力： m a xm a x 9 6 .7ZMy MPI? ?? 此時(shí)，為主載荷，斗桿安全系數(shù)取為 ，材料 16Mn的屈服極限 ? ?s? =350MP ， 則，許用應(yīng)力 ? ? ? ? 140?? ns?? MP 最大壓應(yīng)力 1 m a x ? ? ?? ? ?MP ??? 圖 35 最大剪應(yīng)力 max ? ? ??2? 故，強(qiáng)度滿足。按以上作用力分析，作斗桿內(nèi)力圖， MNQIz 包括軸力 N，斗桿平面內(nèi)的剪力 Q ，彎矩 M 如圖 34。12 ),(1 rWGGGMrPrW dgbABB (噸 ) 式中， 0r —— 切向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）； 1r —— 法向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）； Br —— 動(dòng)臂油缸作用力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）； ),( dgbA GGGM? —— 工作裝置各個(gè)部分對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力矩和。 法 6r 向阻力取決于動(dòng)臂油缸的閉鎖力 39。gP ，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： dgdbg ll rGrGlPW ? ???23439。 斗桿受力分析同工況一。 取彎矩最大處進(jìn)行校核，斷面如圖 32 所示： 圖 32 NQ xM xM yQ yT斷面面積為： 410180 ???F m2 斷面 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 10ZI ??? 10YI ??? 斷面處壓應(yīng)力為：1 14NF? ?? MP 斗 桿 平 面 內(nèi) 剪 應(yīng) 力 為 ： 1 20x QF? ?? MP 圖 33 斗 桿平面內(nèi)彎曲正應(yīng)力： 1 m a xm a x 95xZMy MPI? ?? 斗桿平面外剪應(yīng)力為： 2 y QF? ?? MP 斗桿平面外彎曲正應(yīng)力： 2 m a xm a x 6 3 .2y YMZ MPI? ?? 按閉口薄壁桿件公式計(jì)算扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： min2???T? = MP 式中， ? —— 截面中線所圍面積 m2 min? —— 最小壁厚 m 此時(shí)，有附加載荷，斗桿安全系數(shù)取為 2，材料 16Mn 的屈服極限 ? ?s? =350MP ，則，許用應(yīng)力 ? ? ? ? 175?? ns?? MP 最大壓應(yīng)力 m a x 1 m a x m a x 172xy? ? ? ?? ? ? ?MP ??? X 方向最大剪應(yīng)力 1 m ax ? ? ?? ? ???2? Y 方向最大剪應(yīng)力 2 m ax 17 .4y? ? ?? ? ???2? 故，強(qiáng)度滿足。 bWlWM dkc ?? 式中， b—— 鏟斗寬（米）。此外，斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)處還作用有 kW 和 2W產(chǎn)生的橫向力矩 39。 鏟斗邊齒遇障礙時(shí)，橫向挖掘阻力 kW 取決于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩 TM ： rMW Tk ? (噸 ) 式中， r —— 橫向挖掘阻力與回轉(zhuǎn)中心間的距離。BP ，取整個(gè)工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： 39。1 式中， dg GG, —— 斗桿和鏟斗的重量（噸）； dll,2 —— 斗桿和鏟斗長(zhǎng)（米）； 3r —— 斗桿重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）； 4r —— 鏟斗重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米） 取鏟斗為隔離體，按力矩平衡求得鏟斗油缸工作力： 657 21 rrr rGlWP ddd ??? 式中， 2r —— 鏟斗重力到鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）； 5r —— 連桿到鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）； 6r —— 連桿到搖桿與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）； 7r —— 搖桿的長(zhǎng)度（米）。 切向最大挖掘力 1W 取決斗桿油缸的閉鎖力 39。取以下兩個(gè)工況位置進(jìn)行強(qiáng)度校核。 同樣，由 1DFE? 和 2DFE? 可列出聯(lián)立方程 ? ?](c o s [2 43m a x29829282 m a x2 aallllL ??????? ? (259) ? ?](c o s [2 43m i n29829282 m i n2 aallllL ??????? ? (260) 令 ?? ??? )( 43m ax2 aa ， ?? ??? )( 43m in2 aa ， 并將 ??? 、 代人上式，解聯(lián)立方程后得到 ? ? ? ? ? ?? ?12 14c o s2c o s2c o s2c o s2222222? ?????? ? ???????? (261) ???? c os212 ??? (262) 計(jì)算結(jié)果 所有桿長(zhǎng)數(shù)據(jù)如下： （單位均為 mm） 固定點(diǎn)坐標(biāo)： A(1000,5696) M(3000,2696) 桿長(zhǎng)： AB=3208 BC= BD=6000 AD=8000 DG= KG= DK= DE= FG=1000 GJ=1746 IJ= IG= HI=1000 HF=1500 油缸： MC= MC’= BE= BE’= EH= EH’=4157 三、 工作裝置主要部件的強(qiáng)度校核 主要結(jié)構(gòu)件的計(jì)算主要是指對(duì)斗桿和動(dòng)臂在不利工況下進(jìn)行載荷分析，以計(jì)算其材料與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 計(jì)算斗桿機(jī)構(gòu)時(shí)建議 K 值取 ～ 1，以 使開始挖掘和挖掘終了時(shí)作用力臂大致相同。若 CF 或 FQ 落在 DEF? 的外側(cè)，則夾角為正，反之為負(fù)。 2DE = max2L ，對(duì) F點(diǎn)的相應(yīng)力臂為 qe2 和 oe2 。 斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定 選擇斗桿油缸在動(dòng)臂和斗桿上的鉸點(diǎn) D 和 E 并確 定斗桿油缸的長(zhǎng)度 min2L 和 max2L 。 將式 (2— 110)和 (2— 111)的結(jié)果代人式 (2— 57)，就能求得其余參數(shù)值。 ? ??? ??????? pdnGMsMl iC42115 (256) 式中 M—— 提升力矩，圖 2— 14， ? ?iGM ?? CM ，即各部分重量對(duì) C 點(diǎn)的力矩和，其中包括動(dòng)臂重量 1G 、斗桿重量 2G 、斗和土壤的重量 3G 、連桿裝置重量 6G 以及油缸重量 4G 、 5G 等。另一方面油缸的缸徑一般部按照系列選用，并且還要考慮與其它油缸通用等問(wèn)題，因此缸徑?jīng)]有很多選擇的余地。 對(duì)于正鏟來(lái)說(shuō)動(dòng)臂油缸的主要作用是將滿載斗由任何可能挖掘的位置舉升到卸載點(diǎn)。 設(shè)計(jì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)時(shí)合理地確定 A、 B、 C 三點(diǎn)的位置非常重要。 (3)? 值主要應(yīng)從油缸的穩(wěn)定性出發(fā)選用，建議取 ? ＝ ～ 。綜合上述兩點(diǎn)，建議在初步設(shè)計(jì)中先確定動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，初選 2a 值，然后根據(jù)工作尺寸的需要，在確定 max1? 、 min1? 基礎(chǔ)上按公式 (2— 49)求合理的 11a 值。因此加大 11
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