挖掘机_工作装置各部分的基本尺寸计算和验证

三、工作装置各部分的基本尺寸计算和验证 反铲装置的合理设计问题至今尚未理想地解决。

以往多按经验，采取统计和作周试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法。

液压挖掘机基本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。

（一）反铲装置总体方案的选择反铲装量总体方案的选择包括以下方面： 1、动臂及动臂液压缸的布置 确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。

2、斗杆及斗杆液压缸的布置确定用整体式或组合式斗扦，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗扦是否采用变铰点调节。

3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数112K l =。

对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大围选择。

—般当K 1＞2时(有的反铲取K 1＞3)称为长动臂短斗杆方案，当K 1＜1.5时属于短动比长斗杆力案。

K 1在1.5~2之间称为中间比例方案。

要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。

4、确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。

5、根据液压系统工作压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全纳长度之比λ。

考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取λ1＝1.6~1.7。

取λ2＝1.6~1.7；λ3＝1.5~1.7。

（二） 斗形主要参数的确定当铲斗容量q 一定时，挖掘转角2ϕ，挖掘半径R 和平均斗宽B 之间存在一定的关系，即具有尺寸R 和B 的铲斗转过2ϕ角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计算：21(2sin 2)2s q R B K ϕϕ=-(4.1)式中：s K ——土壤松散系数。

（取 1.25s K = ）一般取:(4.2)R 的取值围：(4.3)式中： q ——铲斗容量，3m ； B ——铲斗平均宽度，m 。

可根据表4-3根据斗容选取B 值。

根据式（4.1）可得 φ值铲斗两个铰点K 、Q 之间的间距l 24 4太大将影响机构的传动特性，太小则影响铲斗的结构刚度，一般取2243k l ==0.3~0.38。

由经验公式知： 33 1.55l q =当铲斗的转角较大，而k 2的取值较小，一般α10 = ∠KQV =95°~115° （三）动臂机构参数的确定 一般动臂转角可取α1 = 120 °~140°。

弯角太小会对结构强度不利。

弯臂转折处的长度比3K =ZF/ZC 。

要根据结构和液压缸铰点B 的位置来考虑，初步设计时可取3K =1.1~1.3或BC=7l1、 的计算和21l l据统计，最大挖掘半径1max R 值一般与123l l l ++的值很接近。

因此要求1max R ，已知的3l 和1K 可按下列近似经验公式初定1l 和2l ，即：由: 1max 123R l l l ≈++112 l K l =可得： ()1max 3211R l l K -=+ l 1 = k 1l 22、的计算和4241l l在CZF ∆中已知1α、1l 、3K 可得：141233112cos l K K α=++42341l K l =2224214139421cos 2l l l ZFC arc l l α⎛⎫+-=∠= ⎪⨯⨯⎝⎭计算得 41l 42lCFZ CZF ZFC ∠-∠-︒=∠180图 3.1 最大挖掘半径时动臂机构计算简图3、的计算5l动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比4K 按不同的情况选取，专用反铲取4K <0.8，所以这里我取4K =0.4。

1141max 2max H α的取值对特性参数K 和最大挖掘深度H 及最大挖掘高度有影响，加大1141max 1160K H αα≥加大会使减少或使增大 这是符合反铲作业要求 因此基本用作反铲的小型机常取根据要求可以初选1162.5α=︒斗杆液压缸全缩时328CFQ αα∠=-最大，如图3.2所示，常选()328max 160αα-=︒～180︒ 根据本设计的要求可选择()328max 160αα-=︒图3.2 最大卸载高度时动臂机构计算简图BCZ ∠取决于液压缸布置形式，如图3.1所示。

动臂又液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。

动臂单液压缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼缘加耳座上，B 在Z 的下面，初定5BCZ ∠=︒，则在△CZF 中可以得到：233.1526.1BCF ZCF BCZ α∠==∠-∠=︒-︒=︒ 由图3.2得最大卸载高度的表达式为：3max 11max 112232max 1max 81123sin()sin(180)C H Y l l l θαααθααα=+--++----︒-也可以写成以下式子：3max 511max 112232max 1max 81123sin sin()sin(180)A H Y l l l l αθαααθααα=++--++----︒- （3-1）由图3.3得到最大挖掘深度绝对值的表达式：1max 11min 11223sin()C H Y l l l θαα=-----也可以写成以下的表达式；1max 3211min 112511sin()sin A H l l l l Y θααα=++----（3-2）将式（3-1）和（3-2）相加，消去5l 得：1max 3max 11max 21121min 32max 11821111min 22sin()sin()sin()H H l l l l θααθααααπαθα+=--++---++-++（3-3） 同时令 112A αα=+ 832max B A αα=+- 根据以上求得的数据代入得，可知：62.526.188.688.616071.4A B =︒+︒=︒=︒-︒=-︒将A 与B 的值代入到式（3-3）中则得到以下式子：[][]1max 3max 11max 1min 21max sin(88.6)sin(88.6)sin ()10H H l l B θθθ+--︒+︒-+--=（3-4）又知特性参数：1max411minsin sin K θλθ=（3-5）则有关1max 1min 411min sin sin cos K θθλθ== （3-6）将式（3-6）代入式（3-4）中则得一元函数1max ()0f θ=。

式中1max 3max H H 与是在设计任务书要求的，就是已知的，1l 、2l 、A 和B 都先已选出或算出，由此式可解得：1min 1max 26.5163.4θθ=︒=︒再由式（3-2）可求得5l 为：2311min 1max511sin()sin A l l l A Y H l θα++---=而1min θ与1max θ满足以下方程：22222751min 1min751arccos()arccos()22l l L l l σρθσρ+-+-==（3-7）222222751max 1max75arccos()arccos()22l l L l l σρλθσρ+-+-==（3-8）所以：2212σρσρ+-=cos26.5︒=0.895 2222σρλσρ+-=cos163.4︒= -0.958一般情况下选择是：σρ≥ 则解上式就可以得到σρ和。

{ 1.29530.3437σρ==对求得的σρ和值进行验算：1.639 1.60.95161σρλσρ+=≥=-=≤则 σρ和的值满足这两个经验公式，说明了σρ和的值是可行的。

由（3-7）和（3-8）两式可知：51min 1max1min 71min 624.311816.440.34371.61816.442906.301.29531816.442352.83l L mmL L mm l L mmρλσ=====⨯===⨯=图 3.3 最大挖掘深度时动臂机构计算简图至此，动臂机构的各主要基本参数已初步确定。

（四）斗杆机构基本参数的选择1、斗杆参数的计算及选择应考虑的因素 第一：保证斗杆液压缸有足够的斗齿挖掘力。

一般来说希望液压缸在全行程中产生的斗齿挖掘力始终大于正常挖掘阻力；液压缸全伸时的作用力矩应足以支撑满载斗和斗杆静止不动；液压缸作用力臂最大时产生的的最大斗齿挖掘力大于要求克服的最大挖掘阻力。

第二：保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。

对于以转斗挖掘力为主的中小型反铲，选择斗杆机构参数时必须注意转斗挖掘时斗杆液压缸的闭锁能力，要求在主要挖掘区转斗液压缸的挖掘力能得到充分的发挥。

第三：保证斗杆的摆角围。

斗杆的摆角围大致在105︒—125︒之间。

在满足工作围和运输要求的前提下此值应尽可能小些，对以斗杆挖掘为主的中型机更应注意到这一点。

一般说斗杆愈长，其摆角也可稍小。

当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时，铲斗前壁与动臂之间的距离应大于10cm 。

2、斗杆液压缸的最大作用力臂9l 及8l 的计算根据斗杆挖掘阻力计算，并参考国外同型机器斗杆挖掘力值，按要求的最大挖掘力确定斗杆液压缸的最大作用力臂9l ，取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂的表达式为：max 232max 92()G P l l e l P +==图4.1 斗杆机构参数计算简图如图4-1所示图中，D ：斗杆油缸的下铰点；E ：铲斗油缸的上铰点；F 动臂的上铰点；ψ2：斗杆的摆角；l 8：斗杆油缸的最大作用力臂。

斗杆油缸的初始位置力臂e 20与最大力臂e 2max 有以下关系:2max8202max2max9cos2cos2l e e l ϕϕ==可见9l 已定时2max ϕ愈大，2e 和20e 就愈小，即平均挖掘力就越小。

要得到较大的的平均挖掘力，就要尽量减少2max ϕ，初取2max ϕ=90︒由图4.1的几何关系有：2max2min 22min 92max92min 22sin()22sin()21L L l l L ϕλϕλ-=⨯⨯=-而2max 2min 2L L λ= 同样由图4.1所示可知，由余弦定律知：8l =3、斗杆其它相关尺的计算斗杆上∠EFQ 取决于结构因素和工作围,一般在 130°～170°之间.初定 ∠EFQ =150°,动臂上∠DFZ 也是结构尺寸,按结构因素分析,可初选 ∠DFZ =10°. l 8 = 2995 mm（五）铲斗机构基本参数的选择1、铲斗主要参数的计算铲斗的主要参数包括铲斗的宽度b ，切削半径D R 。

这两个参数都可以用经验公式进行计算：铲斗宽度的计算：1020b m === 铲斗切削半径的计算：1448D R mm ===2、斗形尺寸的计算根据铲斗主要参数可进一步设计计算斗形其它的结构尺寸，如图5.3所示图5.3 反铲铲斗计算尺寸图中三角形OGE 为等腰三角形，OA 段直线，AB 弧为抛物线，A 点到直线EB 的距离为H ，抛物线定点高度为L ，一般取H=L ，根据一般的取值围，斗尖角β=22︒ 斗侧臂角40λ=︒，包角108ϕ=︒。