全液压挖掘机可拆卸斗杆加长臂的设计

往在施工过程中, 主要作业参数如: 最大挖掘 的容量。经计算、改制、试用后, 增加了原有的
半径、 最大挖掘高度和深度不能满足施工的需 作业施工范围, 效果较为满意, 顺利地完成了
求, 而更换设备机型又较大地提高了施工成本。 应急工程的土方量。
为此, 在全液压挖掘机斗杆上设计一种可拆卸 2 方案确定
的加长臂可以增加原有设备的作业施工范围,
式中 L 1—L 5 —— 分别为重力 g 1—g 5 至 A 点
的力臂
(m )
L ’1、L ’2 ——加后重力 g ’1g ’2至A 点的力臂
(m )
g 1—g 5 ——分别为各部件和土方的重量
图1 、 加长前幅度 、 加长后幅度
(kg)
g ’1 ——加长臂后的载重量
(kg)
g ’2 ——加长臂的重量
P
’ OG
——
加长臂
后铲斗液
压缸的理
论挖
掘力 (kg)
P OG —— 未加长时铲斗液压缸的理论挖
掘力 (kg)
r5 r6 r’5 r’6 —— 分别 为 加 长 前 后 的 力 臂 值
(m )
加长臂后的参数变化情况:
p 2=
p
’ 2
Β
( Β—— 压力增长系数)
r5= r’5
r6= 2m r’6= 219m
力。
6
P = ( 2 G iri+ G 土 r土) e n= 1
式中 G i——工作装置各构件的重量 G 土 ——斗内土重 ri 和 r土 ——各构件及斗内土壤重心到 C 点的力臂
e——动臂液压作用力对 C 点的力臂 由于在稳定性验算过程中, 加长臂后的倾
覆力矩小于加长臂前的倾覆力矩, 所以对动臂
粉喷搅拌桩机是近几年发展起来的新型桩 机, 有关设计工作刚开始不久, 设计方面的资 料不多。本篇文章就主参数选择和计算做一些 探讨, 因此难免有不到之处。请广大读者批评指 出, 望这篇文章能起个抛砖引玉的作用, 完善 我国粉喷搅拌桩机的设计理论。
作者地址: 海口市海府大道152号 邮编: 571100
(kg)
W ——风载荷
(kg)
3 计算过程 311 稳定性验算
由于液压挖掘机的工作装置呈悬臂的特 点, 因此工作时在其自重和外载荷作用下对底 部履带边缘产生很大的倾覆力矩。这个力矩完 全靠机身自重和转台后部另外加的配重所产生
hw ——风载荷作用点的高度
(m )
M 1M 2 ——分别为稳定力矩和倾覆力矩
313 动臂液压缸的作用力验算
动力臂液压缸应保证反铲作业过程中在任
何位置上都能提起带有满载铲斗的工作装置到
达最高和最远的位置。可选用三个计算位置:
(1) 从最大挖掘深度处提起满载斗; (2) 最大
挖掘半径时举起满载斗; (3) 最大卸载高度时
提动满载斗。对动臂在转合上的铰点 C 取矩, 可以得到各位置下所需的动臂液压缸的作用
掘范围。
加长臂使用时, 其反铲斗容量也相应缩小。
标准臂和加长臂后的挖掘施工幅度对照
(见图1)。
图2
M 2= g 1 L 1+ g 2 L 2+ g 3 L 3+ W hw 上车 (除工作装置) 的重量 g 4及底盘重 g 5
对 A 点形成稳定力矩M 1。
M 1= g 4 L 4+ g 5 L 5
液缸的作用力, P 1验算结果为:
P 1>
P
’ 1
式中 P 1 ——加长臂前动臂液压缸的作用力
P ’1 ——加长臂后动臂液压缸的作用力
314 液压缸的闭锁压力验算 确定合理的液压缸的闭锁能力是保证挖掘
力得到充分发挥的基本条件之一。在挖掘范围 内当工作装置处于不同位置时各液压缸所受的 被动压力值也不同, 一般常适用几个反铲作业 的主要工况, 作为计算位置, 来计算各液压缸 被动回缩或伸长的现象, 从而保证了工作液压 缸的作用力的发挥。由于加长臂后斗容量适当 减小, 斗和土方重量也小于未加长时工况。根据 上述几项验算结果, 液压缸的闭锁压力变化幅 度不会超出闭锁压力和工作压力之间的规定比 值范围。 (一般在1125范围之内) 315 斗容量和斗形几何尺寸的确定
由于加长臂后 r’6比 r6增加了45◊
,
故
P
’ OG
比 P OG 的比值也相应增加了45◊ 。主泵液压系
统中的额定压力是一个可变量, 即从160M PaHale Waihona Puke Baidu
调整300M Pa, 在未增长前工作油泵的实际工作 压 力 为 160M Pa, 所 以 P OG 值 增 长 45◊ 为 232M Pa, 其斗杆的液压缸的理论压力仍在工作 油泵的额定工作压力范围内。
W Y—100型挖掘机是采用了整体式弯动
提高施工进度, 降低施工成本。
臂结构和单直斗杆形式组合而成。由于受其整
我公司曾经承接一工程, 总土方量近一万 体式动臂长度和标准斗杆式参数的局限, 其实
10
《建筑机械》1997 年第 7 期
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
= 1170+ 2346
挖掘机的稳定性以稳定系数 K 表示, 它是 挖掘机在工作或非工作状态时对于倾覆边缘的
= 3516 (kg)
g ’1=
g ’斗+
g
’ 土
《建筑机械》1997 年第 7 期
11
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
M
’2 =
g
’ 1
L
’1 +
g
’ 2
L
’2 +
g2
L 2+
g3
L 3+ W
hw
∵g 1
L
1>
g
’ 1
L
’1 +
g
’ 2
L
’ 2
∴K =
M M
’12 >
1
通过计算加长臂后的倾覆力矩M ’2小于加
长臂前的倾覆力矩, 故加长臂后稳定良好。
挖掘机的稳定性根据工况的不同可分为作
业稳定、 自身稳定和行走稳定三类, 而作业稳 定又有二种失稳状态, 即挖掘失稳和卸载失稳, 由于对加长臂后满斗工况下的倾覆力矩计算其
收稿日期: 1996. 10. 7
全液压挖掘机可拆卸斗 杆加长臂的设计
上海市第八建筑工程公司 郑桂卿
1 问题提出
方, 基坑深为512m , 以原有的W Y—100型全液
在土石方开挖工程中, 经常使用的有全液 压挖掘机施工难以胜任。因此, 我们在此机的斗
压正反铲挖掘机, 由于受其主要参数的限制, 往 杆上改制了一段可拆卸加长臂并相应改变了斗
例如: 当 n= 30r m in, 扭矩达到最大, M m ax = 1164kg m , 由上式计算出: p = 7609 (kg) =
74568. 2 (N ) 4 结论和我国粉喷搅拌桩机需改进的方面
用以上方法设计 PH - 5型和 FPJ 20型粉喷 搅拌桩机经几年大量生产、 使用证明: 该机主 参数合理、经济性能良好、其中 FPJ 20型桩机通 过部级鉴定。但我国粉喷搅拌桩机技术还不够 完善, 与国外 (日本为例) 相比较, 在技术上 存在着很大的差距, 主要表现以下几个方面。 411 我国桩机送灰机构采用星式发送器配 气力输送, 这种系统一般来说只在低压系统中 使用, 而粉喷发送机构主要在中、高压段工作,
(加长以后)
式中 P 2= F ×p
F ——斗杆液压缸大腔作用面积 (cm 2)
12 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
《建筑机械》1997 年第 7 期
p ——液压系统工作压力 (M Pa)
式中 g
’ 斗
——
加长臂后的斗重量
(kg)
g
’ 土
——
加
长
臂
后
的
斗
内
土
方
重
量
(kg)
g ’1=
g
’ 斗
+
g
’ 土
= 960kg+ 0.
8m 3×2040kg m 3
= 960+ 1632
= 2592 (kg)
g
’ 2
L
’2 =
300×
(5+
0145)
=
1635
(kg m )
g 1 L 1= 3516×5= 17580 (kg m )
(kg m )
g 1= g 斗+ g 土
式中 g 斗 ——斗的重量
(kg)
g 土 ——斗内土方的重量
(kg)
的力矩来平衡, 使其挖掘机能在各工况下稳定 地工作。由于改制成加长臂工作状态, 其倾覆力
g 1= g 斗+ g 土 = 1170kg+ 1. 15m 3×2040kg m 3
矩有了变化, 故对整机的稳定性应进行验算。
(cm 2)
p ——为液压系统的工作压力 (M Pa)
r1、 r2、 r3、 r4 ——均为力臂值 (m )
i —— 铲斗连杆机构总的传动比
i=
r1×r3 r2×r4
g 1 L 1= 17580 (kg m )
g
’ 1
L
’1 =
15292.
8 (kg m )
g
’ 2
L
’2 =
1635
(kg m )
g
’ 1
L
’1 =
2592×519=
1529218
(kg m )
稳定系数:
K=
M M
1>
2
1
经过计算得:
力称为工作液压缸的理论挖掘力。如图3所示,
铲斗挖掘时铲斗的液压缸的理论挖掘力为:
P OD =
P
3
×
r1 r2
× ×
r3 r4
=
P 3×i
式中 P 3 ——铲斗液压缸的理论推力 P 3= F ×
p
F —— 为铲 斗 液 压 缸 大 腔 作 用 面 积
荷重 g 1、g 2、g 3至倾覆边缘A 点形成倾覆力矩, 设风载荷W 和其作用高度 hw 也形成倾覆力 矩, 故总的倾覆力矩为M 2。
019m 的短臂架, 另外再配上一组四连杆连接
机构。这样, 当工程挖掘深度在413～ 512m 时,
可把短臂架和连杆机构经组装即可施工, 平常
情况下仍可恢复到原先的斗杆标准型长度的挖
际挖掘深度, 如果动臂长度为513m , 斗杆长度 为2m , 其挖掘深度只能达到413m 左右, 为了增
稳定性力矩M 1和倾覆力矩M 2的比值, 如图2所 示。
加挖掘深度, 对标准型斗杆长度进行适当增长。 挖掘机在满斗工况下, 工作装置的自重及
由于考虑到尽可能减少改制成本以及今后能适 应不同挖掘深度和效率的需求, 便于随时更换 的因素, 故改制成的臂架结构在原来2m 的标 准型斗杆的前端加上一节可拆卸式长度为
搅拌度。因而可以满足各种不同土质对搅拌度 不同的要求。 316 轴向压力 (p ) 的选择: 粉喷搅拌桩机 钻进和提升时, 不但应有扭矩, 而且还要有一 定轴向压力。轴向压力的选择关系到钻架的设 计, 所以合理选择压力是很重要的, 一般认为 p 与M 应有合理的关系, 二者的关系为:
p = 5. 3M max+ 1440 (kg) 式中 M max ——最大的扭矩 (kg m )
反铲装置主要采用斗杆液压缸或铲斗液压 缸进行挖掘。假定不考虑: (1) 工作装置自重和 载荷重; (2) 液压系统和连杆机构的效率; (3) 工作液压缸的背压。那么工作液压缸外伸时 由该液压缸理论推力所能产生的斗齿切向挖掘
图4
P OG =
P
2
×
r5 r6
(未加长时)
P
’ OG
=
P
’2 ×
r’5 r’6
根据斗容量和斗杆加长臂从2m 增至219m 参数的确定, 再依据整机稳定性倾覆力矩的验 算结果, 斗容量确定为018m 3, 然后根据斗侧面 几何形状面积计算, 再定斗宽尺寸。 316 连杆机构的确定
加长臂前端的连杆机构基本未动, 未加长 前的连杆, 移至加长臂的前端, 然后运用平行 四边形对边相等原则, 再增加一根加长边杆, 把 油缸活塞杆和前端边杆联接。 317 加长臂金属构件、轴、套、连杆等均按 常规机械零件设计选用。 4 特点与效果: 其特点:
发送系统容易受到土壤背压的影响而不能达到 定量发送。而日本桩机采用磨盘式发送器, 这种 发送器结构复杂, 能较好地做到定量发送。 412 我国桩机对水泥计量是采用间接方法, 即对存贮罐进行称量, 从而得出发送的水泥量。 但存贮罐中的水泥还要经输送管、 钻杆、 经钻 头喷出。对存贮罐水泥进行计量并未能真正反 映当时水泥喷出量, 而日本桩机是在喷出口处 安装传感器进行计量, 计量结果真正地反映喷 出的水泥量。 413 我国桩机采用从钻架顶上加轴向压力 的加压方式。而日本有些桩机采用液压夹住钻 杆从中间加压的技术, 这使整个钻架结构重量 小, 从而使整机重量大为减少。
图3
由于加长臂后的结构尺寸变化对铲斗挖掘 时铲斗液压缸的理论挖掘力变化不大, 故省略 复验。
如图4所示为斗杆液压缸的理论挖掘力为
值小于原先的倾覆力矩, 所以对其它各种状态 的稳定性能就不再一一验算。
312 挖掘力的验算 挖掘力是衡量反铲装置挖掘性能的重要指
标之一, 反铲装置挖掘力一般有工作液压缸的 理论挖掘力, 整机的理论挖掘力和整机的实际 挖掘力三种类型, 为了简化计算, 一般常采用 验算的工作液压缸的理论挖掘力。