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：

2

1(2sin 2)2

s 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=7l

1、 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3

l 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 32

1

1R l l K -=

+ l 1 = k 1l 2

2、的计算和4241l l

在CZF ∆中已知1α、1l 、3K 可得：1

412

3

31

12cos l K K α=

++

42341l K l =

22242141

39421cos 2l l l ZFC arc l l α⎛⎫+-=∠= ⎪⨯⨯⎝⎭

计算得 41l 42l

CFZ 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 1160

K 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 81123

sin 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 22

sin()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：1max

411min

sin sin K θλθ=

（3-5）

则有关

1max 1min 41

1min 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