小型液壓挖掘機(jī)底架設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　我國小型挖掘機(jī)市場發(fā)展速度非?？捎^，是帶動(dòng)我國工程機(jī)械行業(yè)特別是挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)展的一股重要力量，也是推動(dòng)我國挖掘機(jī)行業(yè)利潤增長的主要力量支撐，有著舉足輕重的地位。小型挖掘機(jī)以其小巧、靈活、多功能、高效的獨(dú)特優(yōu)勢，日益成為土方工程應(yīng)用的理想設(shè)備，用戶需求不斷擴(kuò)大。國內(nèi)外企業(yè)風(fēng)起云涌地進(jìn)入中國小型挖掘機(jī)市場，說明小型挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效

2、益可觀，發(fā)展前景遠(yuǎn)大。 挖掘機(jī)是工程機(jī)械領(lǐng)域中一種典型的土石方施工設(shè)備，在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、農(nóng)田水利、油田礦山、市政工程、機(jī)場港口等部門的土石方施工中起到十分重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程施工中約有</p><p>　　60％以上的土石方量是靠挖掘機(jī)械來完成的。</p><p><b>　　1.1</b></p><p>　　本課題設(shè)計(jì)（研究

3、）的目的</p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計(jì),使我們能夠掌握工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法、基本技巧和基本過程,熟悉計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和技術(shù)文件的寫作方法。掌握 0.1 立方米液壓挖掘機(jī)的底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。通過對底架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠?qū)σ簤和诰驒C(jī)的整機(jī)性能和系統(tǒng)功能有較詳細(xì)的了解，在設(shè)計(jì)過程中能有自己的想法和創(chuàng)新，做到優(yōu)化設(shè)計(jì)。掌握主要機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案的確定及動(dòng)力的確定。掌握平衡、穩(wěn)定及其他總體特性的分析計(jì)算。

4、</p><p>　　此外，本課題設(shè)計(jì)是我們對以前基礎(chǔ)課程的一次回顧與再學(xué)習(xí)，能夠極大的提高我們實(shí)際動(dòng)手能力。</p><p><b>　　1.2</b></p><p>　　小型液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢</p><p><b>　　1.2.1</b></p><p>&l

5、t;b>　　國外現(xiàn)狀</b></p><p>　　小型挖掘機(jī)（國外一般指整機(jī)質(zhì)量在 6ｔ以下的液壓挖掘機(jī)，國內(nèi)把 10 ｔ以下的液壓挖掘機(jī)都稱為小型挖掘機(jī)，以下簡稱小挖）的生產(chǎn)始于上世紀(jì) 70 年代。1985年以后，由于技術(shù)的進(jìn)步，這種產(chǎn)品得到了迅速的發(fā)展，技術(shù)上日臻成熟、完善。目前，世界上專業(yè)批量生產(chǎn)小挖的著名企業(yè)有 20 多家，主要分布在日本、美國、歐洲等地。處于前列的有日本的小松、久保田、

6、石川島、洋馬，美國的凱斯、山貓，德國的阿特拉斯、雪孚，英國的ＪＣＢ等公司。日本一個(gè)國家在上世紀(jì) 90 年代初小挖的產(chǎn)量曾達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 7 萬多臺(tái)，目前也在 4 萬臺(tái)以上，歐洲、美國等目前也各有 2 萬臺(tái)以上的產(chǎn)量。日本、西歐、美國等發(fā)達(dá)國家既是小挖的生產(chǎn)大國，也是小挖的使用大國。</p><p><b>　　1.2.2</b></p><p><b>　　國

7、內(nèi)現(xiàn)狀</b></p><p>　　國內(nèi)生產(chǎn)小挖的最著名企業(yè)是玉柴，它的產(chǎn)品品種規(guī)格型號產(chǎn)量在國內(nèi)都處于第一位。1989 年玉柴在天津工程機(jī)械研究所的幫助下開發(fā)、試制、生產(chǎn) 1.3 ｔ的小型液壓挖掘機(jī)，1980 年正式投產(chǎn)。產(chǎn)品以出口為主，現(xiàn)在已累計(jì)出口小挖達(dá) 2000多臺(tái)。去年該企業(yè)的年銷售量超過了 600 臺(tái)。處于第二位的企業(yè)是韓國在中國的合獨(dú)資企業(yè)大宇和現(xiàn)代二家，在國內(nèi)產(chǎn)銷量均超過了 200 臺(tái)

8、。隨著國內(nèi)對小挖功用的認(rèn)可，國內(nèi)生產(chǎn)小挖的企業(yè)正在逐年增多，產(chǎn)量也在逐年增加，去年的產(chǎn)銷量超過了 1100 臺(tái)，預(yù)計(jì)到 2005 年國內(nèi)小挖的年產(chǎn)量將達(dá)到 3 000臺(tái)以上。國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家及有關(guān)情況見表２（不含在中國的合獨(dú)資企業(yè)）。</p><p><b>　　1.2.3</b></p><p>　　小型挖掘機(jī)的發(fā)展趨勢</p><p>　　

9、國外小挖主要用于城市土建施工及一般住宅修整等工作，因此要求具有良好工作性能和回轉(zhuǎn)性能。最初的小挖為輪胎式帶左右偏轉(zhuǎn)液壓缸 不可作 360°回轉(zhuǎn)的簡易機(jī)型，有點(diǎn)像目前國內(nèi)的農(nóng)用小挖。由于輪胎式在軟地面的行走性和通過性差，后來逐漸被履帶式小挖所替代，而不帶全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的小挖挖掘范圍小、無法實(shí)現(xiàn)后部卸料，使用上受到了很大的限制。此后，國外在小挖上增加了上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，解決了后部卸料等問題，提高了小挖的工作性能，形成了小挖的基本結(jié)構(gòu)。后

10、來，小挖在回轉(zhuǎn)半徑、后部視野、動(dòng)臂仰角、機(jī)械性能等方面得到進(jìn)一步改善，發(fā)展為現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)型。為了滿足在非常狹窄區(qū)域內(nèi)工作，上世紀(jì) 80 年代中期后方小回轉(zhuǎn)型小挖首先在日本開發(fā)成功，它的機(jī)體后部可以在車寬范圍內(nèi)進(jìn)行回轉(zhuǎn)，并利用動(dòng)臂與平臺(tái)連接處的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可使工作裝置進(jìn)行左右擺動(dòng)，完成側(cè)向挖掘工作。后方小回轉(zhuǎn)型小挖的后部為圓型，外殼由三次曲面構(gòu)成，因此視野開闊，具有良好的運(yùn)輸性。目前，國外技術(shù)發(fā)展趨勢是：</p><p>

11、;　?。?）大量采用機(jī)電液一體化技術(shù)，使小挖的操作重量更輕、作業(yè)效率更高；</p><p>　?。?）通過采用后方小回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使小挖更適合在狹隘地帶工作；</p><p>　　（3）在小挖上采用環(huán)保節(jié)能技術(shù)，使小挖的噪聲更低、排放控制得更好；</p><p>　?。?）人性化設(shè)計(jì)技術(shù)大量采用，使操作更簡單，動(dòng)作更平穩(wěn)，維修更方便；</p><p&

12、gt;　?。?）采用發(fā)熱量更小的系統(tǒng)，使小挖的發(fā)熱量減小，有利于減小機(jī)體的體積，使小挖的回轉(zhuǎn)半徑更?。?lt;/p><p>　?。ǎ叮?qiáng)調(diào)對道路的保護(hù)，在小挖上更普遍地采用橡膠履帶；</p><p>　　（７）加大了對整機(jī)穩(wěn)定性研究的力度。</p><p>　　國內(nèi)企業(yè)在小挖的技術(shù)上普遍比國外要落后一到二代。目前處于生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)型小挖階</p><p&g

13、t;　　段。國內(nèi)目前的技術(shù)發(fā)展趨勢是：</p><p>　?。?）大量采用在中大型挖掘機(jī)上使用的先進(jìn)技術(shù)，如三泵系統(tǒng)和負(fù)荷傳感系統(tǒng)，</p><p>　　提高整機(jī)的技術(shù)性能，提高作業(yè)效率和操作的平穩(wěn)性；</p><p>　?。?）集中力量解決國產(chǎn)挖掘機(jī)質(zhì)量不高的通病。通過大量采用國外原裝的液壓和</p><p>　　電氣元器件，減少小挖的初期

14、故障，提高整機(jī)的無故障作業(yè)時(shí)間；</p><p>　?。?）通過全國大協(xié)作，解決裝飾外觀的美感問題。</p><p><b>　　1.3</b></p><p>　　設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)</p><p>　　在本課題的設(shè)計(jì)研究中,將采用組合型的挖掘機(jī)的底架,并對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)初，了解挖掘機(jī)的基本構(gòu)造，及功能，作用，

15、特點(diǎn)等。對挖掘機(jī)整體性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)定，包括其基本參數(shù)（各部件重量，各部件質(zhì)心坐標(biāo)，功率等），穩(wěn)定性能，工作裝置載荷情況。在對底架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通過利用力學(xué)中的知識(shí)，分別對挖掘機(jī)在挖掘工況狀態(tài)下和回轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行強(qiáng)度校核，而在挖掘工況下又分別有兩種不同的角度。在強(qiáng)度校核的過程中，假定 45 號鋼的最大彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，分析每種情況下是否有超過此值的。如有，設(shè)計(jì)不合格，需重新對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并校核。</p><p>

16、<b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 履帶式液壓挖掘機(jī)的組成</p><p>　　液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等，如圖2.1。</p><p

17、>　　圖2.1 單斗反鏟液壓挖掘機(jī)</p><p>　　1-柴油機(jī)；2-機(jī)罩；3-油泵；4-多路閥；5-郵箱；6-回轉(zhuǎn)減速器；7-回轉(zhuǎn)馬達(dá)；8-回轉(zhuǎn)接頭；</p><p>　　9-駕駛室；10-動(dòng)臂；11-動(dòng)臂油缸；12-操縱臺(tái)；13-邊齒；14-斗齒；15-鏟斗；16-斗桿</p><p>　　油缸；17-斗桿；18-鏟斗油缸；19-平衡重；20-轉(zhuǎn)

18、臺(tái)；21-行走減速器；22-行走馬達(dá)；</p><p>　　23-拖鏈輪；24-履帶；Ⅰ-工作室；Ⅱ-上部轉(zhuǎn)臺(tái)；Ⅲ-行走機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p>　　2.2.1 履帶式行走裝置的主要特點(diǎn)</p><p>　　① 牽引力大（通常每條履帶的牽引力達(dá)機(jī)重的3540%），接地

19、比小(一般為4-15),轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活；</p><p>　?、?采用液壓傳動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；</p><p>　　③ 每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置。 </p><p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　① 機(jī)重

20、 18T</p><p>　?、?標(biāo)準(zhǔn)斗容量 0.7</p><p>　?、?最大行走速度 3-5KM/h</p><p>　　④ 發(fā)動(dòng)機(jī)功率

21、 80-100KW</p><p>　　⑤ 爬坡能力不低于 40%</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)原則</p><p>　　進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的底盤總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循以下原則：</p><p>　?、?滿足使用要求、滿足經(jīng)濟(jì)性的要求、滿足勞動(dòng)保護(hù)的要求、滿足工藝性要求

22、、滿足機(jī)器的結(jié)構(gòu)性能要求、某些零件、部件滿足耐磨性要求;</p><p>　?、?在不增高行走裝置總高度的前提下應(yīng)使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機(jī)在不平地面上行走具有良好的通過性能，力求增強(qiáng)機(jī)器對各種運(yùn)行條件和作業(yè)要求的適應(yīng)性；</p><p>　?、?要降低挖掘機(jī)的接地比壓或具有較大的支承面積，以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。挖掘機(jī)在斜坡下行時(shí)不發(fā)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時(shí)不發(fā)生下滑，提高工作時(shí)

23、的安全可靠性；</p><p>　?、?挖掘機(jī)的行走裝置外型尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸要求，外形美觀；</p><p>　　⑤ 各個(gè)部件或總成的性能應(yīng)相互協(xié)調(diào)、匹配，力求整體性能的一致和最優(yōu)化，不可盲目追求某個(gè)局部的最佳性能，否則，可能造成整體性能惡化，或產(chǎn)生薄弱壞節(jié)；</p><p>　?、?正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關(guān)系，采用成熟技術(shù)，通過深入的理論分析，進(jìn)行必要的科學(xué)

24、實(shí)驗(yàn)，勇于創(chuàng)新。</p><p>　　2.4 動(dòng)力裝置的比較與選型</p><p>　　履帶式挖掘機(jī)常用的動(dòng)力源主要有三種：電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)以及蒸汽機(jī)。每種動(dòng)力源都具有其特點(diǎn)；</p><p>　　（1） 交流與直流電機(jī)</p><p>　　電動(dòng)機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。他們也有各

25、自的優(yōu)缺點(diǎn)，各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動(dòng)機(jī)（又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）。它使用方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高，而且轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率，工作較穩(wěn)定。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。</p><p>　　和交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)，起動(dòng)

26、自動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；易于快速起動(dòng)、停車；易于控制。其缺點(diǎn)是：與異步電動(dòng)機(jī)比較，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)部方便，而且要用直流電源。</p><p><b>　?。?） 柴油機(jī)</b></p><p>　　柴油機(jī)是用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)，屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)具有熱效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于汽油機(jī)，功率大，符合工程機(jī)械向大型化發(fā)展的趨勢。其應(yīng)用范圍越來越廣。柴油機(jī)具有較

27、好的燃油經(jīng)濟(jì)性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內(nèi)，可以設(shè)置容積小些的油箱。柴油機(jī)壓縮比可以達(dá)到1 5～23，而汽油機(jī)一般控制在8～10；柴油機(jī)熱效率高達(dá)38％，而汽油機(jī)為30％；柴油機(jī)工作可靠，壽命長，排污量少。</p><p>　　隨著強(qiáng)化程度的提高，柴油機(jī)單位功率的重量也顯著降低。為了節(jié)能，各國都在注重改善燃燒過程，研究燃用低質(zhì)燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進(jìn)一步輕

28、量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。</p><p><b>　?。?）蒸汽機(jī)</b></p><p>　　蒸汽機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械。蒸汽機(jī)有很大的歷史作用，它曾推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)甚至社會(huì)的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)為汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是蒸汽機(jī)離不開鍋爐，整個(gè)裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和

29、溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機(jī)器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐漸為其他動(dòng)力裝置所代替。</p><p>　　綜上所述，液壓挖掘機(jī)常作業(yè)于野外，需要經(jīng)常行走移動(dòng)。由于柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置不受電源、電纜的限制，使得液壓挖掘機(jī)移動(dòng)、行駛方便，故本設(shè)計(jì)采用了柴油機(jī)作為動(dòng)力源。</p><p>　　2.5

30、工作裝置的比較與選擇</p><p>　　工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，是液壓挖掘機(jī)的重要組成部分，它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。其動(dòng)作接近于人的手腕運(yùn)動(dòng)，具有較大的挖掘和作業(yè)性能。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以裝配多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機(jī)具，如圖2.2。</p><

31、;p>　　圖2.2 液壓挖掘機(jī)的多種工作裝置</p><p>　　常見的液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作裝置的功用之一是做挖掘機(jī)工作，根據(jù)斗桿和動(dòng)臂剛性連接可主要分為正鏟和反鏟兩種。</p><p>　　2.5.1 反鏟工作裝置</p><p>　　鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接（見圖2.3），在液壓缸的作用下各部件

32、繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。</p><p><b>　?。?）動(dòng)臂</b></p><p>　　動(dòng)臂是反鏟的主要部件，其結(jié)果有整體式和組合式兩種。</p><p>　　① 整體式 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕而剛度大。缺點(diǎn)是更換的工作裝置少，通用性較差。多用于長期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)上。整體式動(dòng)臂又可分為直動(dòng)臂和變動(dòng)臂兩種。其中的

33、直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、制造方便，主要用于懸掛式液壓挖掘機(jī)，它不能使挖掘機(jī)機(jī)獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機(jī)；變動(dòng)臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，與同長度的直動(dòng)臂相比，可以使挖掘機(jī)有較大的挖掘深度。但降低了卸土高度，這正符合挖掘機(jī)反鏟作業(yè)的要求。</p><p>　　圖2.3 反鏟1—斗桿油缸；2—?jiǎng)颖郏?—油管；4—?jiǎng)颖塾透祝?—鏟斗；6—斗齒；</p><p>　　7—側(cè)

34、齒；8—連桿；9—搖桿；10—鏟斗油缸；11—斗桿</p><p>　?、?組合式動(dòng)臂 如圖2.4所示，組合式動(dòng)臂用輔助連桿或液壓缸3或螺栓連接而成。上、下動(dòng)臂之間的夾角可用輔助連桿或液壓缸來調(diào)節(jié)，雖然使結(jié)構(gòu)和操作</p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖2.4 組合式動(dòng)臂1—下動(dòng)臂；2—上動(dòng)臂；3—連桿或

35、液壓缸</p><p>　　復(fù)雜化，但在挖掘機(jī)作業(yè)中可隨時(shí)大幅度調(diào)整上、下臂之間的夾角，從而提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，尤其在用反鏟或抓斗挖掘窄而深的基坑時(shí)，容易得到較大距離的垂直挖掘軌跡，提高挖掘質(zhì)量和生產(chǎn)率。組合式動(dòng)臂的優(yōu)點(diǎn)是，可以根據(jù)作業(yè)條件隨意調(diào)整挖掘機(jī)的作業(yè)尺寸和挖掘力，且調(diào)整時(shí)間短。此外，它的互換工作裝置多可滿足各種作業(yè)的需要，裝車運(yùn)輸方便。其缺點(diǎn)是質(zhì)量大，制造成本高，一般用于中、小型挖掘機(jī)上。</p

36、><p>　　綜上比較，本設(shè)計(jì)選用組合式動(dòng)臂。</p><p><b>　　2. 反鏟斗</b></p><p>　　反鏟斗用的鏟斗型式、尺寸與其作業(yè)對象有很大關(guān)系。為了滿足各種挖掘機(jī)作業(yè)的需要，在同一臺(tái)挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗，如圖2.5為反鏟常用鏟斗型式。鏟斗的斗齒采用裝配式，其形式有橡膠卡銷式和螺栓連接式，如圖2.6所示。</p

37、><p>　　圖2.5 反鏟常用鏟斗結(jié)構(gòu)1—齒座；2—斗齒；3—橡膠卡銷；4—卡銷；5、6、7—斗齒板</p><p>　　圖2.6 斗齒安裝形式</p><p>　?。╝） 螺栓連接； （b）橡膠卡銷連接1— 卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒</p><p>　　2.5.2 正鏟工作裝置</p><

38、p>　　單斗液壓挖掘機(jī)的正鏟結(jié)構(gòu)如圖2.7所示，主要有動(dòng)臂2、動(dòng)臂油缸1、鏟斗5、斗底油缸4等組成。</p><p>　　鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗6是鉸接在動(dòng)臂的頂端，由雙作用的斗桿缸7使其轉(zhuǎn)動(dòng)。斗桿油缸的一端鉸接在動(dòng)臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端;另一種是鉸接在斗桿的尾端。</p><p>　　動(dòng)臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動(dòng)

39、臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動(dòng)臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動(dòng)臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)裝點(diǎn)的不同，動(dòng)臂的工作長度也不一樣。</p><p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，立足于反鏟，主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等。其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及組其合。反鏟挖掘機(jī)每一作業(yè)循環(huán)包括挖掘、會(huì)轉(zhuǎn)、卸料和返回等四個(gè)過程。其工作過程為：先放下動(dòng)臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿及鏟斗，向著挖掘機(jī)方向拉

40、轉(zhuǎn)，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時(shí)，提升動(dòng)臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作面，準(zhǔn)備下一循環(huán)的挖掘工作。因此經(jīng)過上述比較，選擇組合式動(dòng)臂反鏟裝置作為本設(shè)計(jì)的工作裝置。</p><p>　　圖2.7 正鏟1—?jiǎng)颖塾透祝?—?jiǎng)颖郏?—加長臂；4—斗底油缸；5—鏟斗；</p><p>　　6—斗桿；7—斗桿油缸；8—液壓軟管</p><p>　

41、　2.6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　按照轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度分為：完全回轉(zhuǎn)（360°）和不完全回轉(zhuǎn)（90°270°）。液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置用于承載回轉(zhuǎn)平臺(tái)以上機(jī)體的重量并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。除了在懸掛式和伸縮臂式液壓挖掘機(jī)的上游采用半回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外，現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)普遍采用了完全回轉(zhuǎn)的液壓傳動(dòng)方式。合理的設(shè)計(jì)選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，對于提高生產(chǎn)率和能量利用率具有十分重要的意義。據(jù)此

42、本設(shè)計(jì)采用完全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2.7 傳動(dòng)方式的比較與選擇</p><p>　　動(dòng)力裝置至驅(qū)動(dòng)輪之間所有傳動(dòng)部件的總稱為傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)的功用是把動(dòng)力裝置輸出的功率傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，并改變動(dòng)力裝置的輸出特性，以滿足對自行式工程機(jī)械車速和牽引力的要求。</p><p>　　目前，工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)有以下四種類型：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)以及液壓

43、傳動(dòng)。每種傳動(dòng)方式各有其特點(diǎn)、用途和適用的范圍。</p><p>　　2.7.1 機(jī)械傳動(dòng)</p><p>　　所謂機(jī)械傳動(dòng)是指傳動(dòng)系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動(dòng)力的方式。它是通過齒輪、齒條、帶、鏈等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。工程機(jī)械中使用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由來已久。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、重量輕、操作簡單、維護(hù)方便、價(jià)格低廉、傳動(dòng)效率高、可以利用傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)零件的慣性進(jìn)行作業(yè)等優(yōu)

44、點(diǎn)，同時(shí)，濕式離合器的普遍采用及發(fā)動(dòng)機(jī)特性的改善（提高適應(yīng)性系數(shù)）在某種程度上改進(jìn)了機(jī)械傳動(dòng)的某些缺點(diǎn)，因此，采用機(jī)械傳動(dòng)的工程機(jī)械仍然占有相當(dāng)?shù)谋壤５陙碓谝恍┳鳂I(yè)或行駛時(shí)阻力變化很大的機(jī)械中，日益廣泛地采用了液力機(jī)械傳動(dòng)或者其他傳動(dòng)方式。這是因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)存在許多缺點(diǎn)：</p><p>　?。?） 在工作阻力急劇變化的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過載熄火。這就是要求司機(jī)有熟練的操作技巧；</p><

45、;p>　?。?） 輪式機(jī)械在運(yùn)輸工況時(shí)，由于行駛速度較高而行駛阻力較小，在換檔的動(dòng)力中斷期間，機(jī)械雖然減速但不至于停車。但是對于履帶式機(jī)械或在牽引工況下的輪式機(jī)械，由于行駛速度低、阻力大，在作業(yè)中換檔必然導(dǎo)致停車。為了能實(shí)現(xiàn)原地起步，并在一定的時(shí)間內(nèi)加速到一定的速度，往往逼迫使用較低的檔位，即檔位的選擇不是根據(jù)作業(yè)時(shí)的工作阻力而是根據(jù)原地起步和加速的要求。因此，在作業(yè)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用差，降低了生產(chǎn)率。另外，停車檔位還影響機(jī)械的通

46、過性能；</p><p>　?。?） 對于循環(huán)作業(yè)的機(jī)械，經(jīng)常要前進(jìn)、后退和改變車速，變換檔位頻繁，每次換檔都要分離主離合器，并用人力撥動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大；</p><p>　?。?） 傳動(dòng)系統(tǒng)零件受到的沖擊載荷大，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)直接傳到傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零件，而行駛阻力變化引起的沖擊又通過傳動(dòng)系統(tǒng)影響發(fā)動(dòng)機(jī)，以此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)零件的使用壽命。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)在急劇的變載荷下工

47、作將降低其平均輸出功率；</p><p>　?。?） 工作阻力的變化將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，需要增加變速器的檔位數(shù)，因而變速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且增加了司機(jī)的換檔次數(shù)；</p><p>　?。?）機(jī)械傳動(dòng)不能進(jìn)行無極調(diào)速，遠(yuǎn)距離傳動(dòng)比較困難。</p><p>　　上述種種缺點(diǎn)在阻力變化劇烈及經(jīng)常改變行駛方向的工況下表現(xiàn)得特別明顯。因此，機(jī)械傳

48、動(dòng)系統(tǒng)適宜于作業(yè)阻力比較穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)的機(jī)械。</p><p>　　2.7.2 液力機(jī)械傳動(dòng)</p><p>　　在上述機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)加入液力變矩器（或液力偶合器）后，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過液力變矩器（或液力偶合器）及機(jī)械傳動(dòng)部件傳到驅(qū)動(dòng)輪，這個(gè)系統(tǒng)稱為液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）使工程機(jī)械具有自動(dòng)適應(yīng)載荷變化的特性；（2）簡化了機(jī)械的操縱；（3）提高了機(jī)械的使

49、用壽命；（4）提高了機(jī)械的起步性能和通過性能；（5）提高了機(jī)械的舒適性；（6）簡化了維修工作。</p><p>　　這種傳動(dòng)方式能使機(jī)器隨作業(yè)阻力的變化，自動(dòng)調(diào)整牽引力和速度，顯著改善牽引性能，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，提高作業(yè)效率，并能防止發(fā)動(dòng)機(jī)過載，操縱也較為方便，所以在工程機(jī)械中應(yīng)用較為廣泛。同時(shí)液力機(jī)械傳動(dòng)也存在一些的缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率低，一般變矩器的最高效率只能達(dá)到0.82-0.92，在行駛阻力變

50、化小而連續(xù)作業(yè)時(shí)，由于效率低而增加了燃油消耗量。液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)需要設(shè)置供油系統(tǒng)，其液力元件加工精度要求高、價(jià)格貴，工作油容易泄漏，這使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)增加了運(yùn)行成本。但因?yàn)橐毫C(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)突出，所以目前在工程機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用。輪式機(jī)械廣泛采用了液力機(jī)械傳動(dòng)。但在近年新型挖掘機(jī)中應(yīng)用較少。</p><p>　　2.7.3 電力傳動(dòng)</p><p>　　電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)

51、電參數(shù)來傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。采用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)。工程機(jī)械中最常見的電力傳動(dòng)系統(tǒng)是“電動(dòng)輪”的形式，其基本原理是有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，然后用發(fā)電機(jī)輸出的電能驅(qū)動(dòng)裝在車輪中的直流電動(dòng)機(jī)，車輪和直流電動(dòng)機(jī)（包括減速裝置）裝成一體稱為“電動(dòng)輪”。這種傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　（1）動(dòng)力裝置（柴油發(fā)電機(jī)）和車輪之間沒有剛性聯(lián)系，便于總體布置及維修；<

52、;/p><p>　?。?）變速操縱方便，可實(shí)現(xiàn)無極變速，因而在整個(gè)速度范圍內(nèi)都可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率；</p><p>　　（3）電動(dòng)輪通用性強(qiáng)，可簡單地實(shí)現(xiàn)任意多驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的方式，以滿足不同機(jī)械對牽引性能和通過性能的要求；</p><p>　?。?）可以采用電力控制，在長坡上行駛時(shí)可大大減輕車輪制動(dòng)器的負(fù)荷，延長制動(dòng)器的壽命；</p><p>

53、　　（5）能量傳遞方便，信號傳遞迅速，標(biāo)準(zhǔn)程度高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。</p><p>　　電力傳動(dòng)存在的缺點(diǎn)是：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響，慣性大，起動(dòng)及轉(zhuǎn)向慢，受溫度、濕度、振動(dòng)、腐蝕等環(huán)境因素影響較大。同時(shí)電力傳動(dòng)價(jià)格高，需要牽拉電網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)比液力機(jī)械傳動(dòng)成本約貴20%左右，自重大并消耗大量的有色金屬，目前僅用于大功率的自卸載重汽車、鏟運(yùn)機(jī)及礦用輪式裝載機(jī)等機(jī)械中。一般，當(dāng)功率大于450KW時(shí)，采用電力傳

54、動(dòng)方式較為經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　2.7.4 液壓傳動(dòng)</p><p>　　采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)的油泵站，再由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)。該傳動(dòng)方式取消了主離合器、變速箱、后橋等傳動(dòng)部件，使工作裝置的操縱和整機(jī)驅(qū)動(dòng)方式統(tǒng)一，可減輕機(jī)重、結(jié)構(gòu)緊湊、總體布置簡單，原地轉(zhuǎn)向性能好，可實(shí)現(xiàn)牽引力和速度的無極調(diào)整，大大提高了牽引性能。與其它傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，表2.1中列舉了幾種

55、傳動(dòng)方式的主要特性的比較。</p><p>　　表 2.1 幾種傳動(dòng)方式的主要傳動(dòng)特性比較</p><p>　　液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：　 （1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊；　 （2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000(一般為1：100）；　

56、 （3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換；　 （4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；　 （5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤滑，磨損小，使用長；　 （6）操縱控制簡便，自動(dòng)化程度高；　 （7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；　 （8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。</p><p>　

57、　液壓傳動(dòng)雖然有十分突出的有點(diǎn)，但也不能忽視其存在的缺點(diǎn)：</p><p>　　（1）使用液壓傳動(dòng)對維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔；</p><p>　?。?）對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高； （3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平； （4）液壓傳動(dòng)對油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15

58、℃~60℃范圍內(nèi)較合適。 （5）液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)傳動(dòng)效率較低。</p><p>　　經(jīng)過以上分析比較，隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展完善，液壓傳動(dòng)的應(yīng)用日益廣泛。鑒于本機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際要求，在充分考慮其實(shí)現(xiàn)可行性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　2.8 行走方式的比較與選擇</p>

59、<p>　　挖掘機(jī)根據(jù)不同的行走系可分為輪胎式、履帶式等。相對履帶式而言，輪胎式行走裝置在挖掘機(jī)中用得不多，但已成為工程機(jī)械的發(fā)展趨勢之一。主要優(yōu)點(diǎn)是：具有運(yùn)行速度高，運(yùn)行性能好，機(jī)動(dòng)性能好，利于減輕機(jī)器重量，工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移方便、迅速、作業(yè)輔助工作時(shí)間段、生產(chǎn)效率高及本身效率高等優(yōu)點(diǎn)。但輪胎式挖掘機(jī)對路面要求高，由于履帶式挖掘機(jī)的附著力大，能達(dá)到輪胎式的1.5倍，通過性好，接地比壓小，適宜在松軟地段和濕地作業(yè)，抗磨損性能好，可在

60、碎石地段、地形起伏較大的惡劣條件下作業(yè)，爬地能力強(qiáng)，宜在山區(qū)作業(yè)。履帶式行走系比之輪胎式有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）履帶式挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪只卷繞履帶而不在地面滾動(dòng)，機(jī)器全重經(jīng)支重輪壓在多片履帶板上，全部重量都是附著重量（這相當(dāng)于全輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)器），加上履帶支承面上同時(shí)抓地的履齒較輪式機(jī)器同時(shí)抓地的胎面花紋多得多，所以履帶式機(jī)器的牽引附著性能要好得多。</p><p>　　（2）

61、與同馬力的輪胎式機(jī)器相比，由于履帶支承面大，接地比壓?。ㄒ话阈∮?.1MPa），所以在松軟土壤上的下陷深度小，因而滾動(dòng)阻力小，有利于發(fā)揮較大的牽引力。</p><p>　?。?）履帶銷子，銷套等運(yùn)動(dòng)副使用中要磨損，要有張緊裝置調(diào)節(jié)履帶張緊度，它兼起一定的緩沖作用。導(dǎo)向輪既是張緊裝置的一個(gè)組成部分，也是引導(dǎo)履帶正確卷繞。但不能偏轉(zhuǎn)，不能引導(dǎo)機(jī)器轉(zhuǎn)向。</p><p>　　（4）履帶式行走系重

62、量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，緩沖減振作用小。結(jié)構(gòu)中最好有某些彈性元件。</p><p>　　（5）履帶式行走系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬消耗多，磨損嚴(yán)重，維修量大，運(yùn)行速度受限制。</p><p>　　履帶式行走裝置是液壓挖掘機(jī)用得最多的一種裝置。履帶行走裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有較大的牽引力和較低的接地比壓（40150KPa）；穩(wěn)定性好；具有良好的越野性和爬坡能力（坡度達(dá)50%100%）；轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動(dòng)靈活。但

63、履帶式行走裝置的運(yùn)行速度較低，一般在0.56km/h的范圍內(nèi)?，F(xiàn)代中小型液壓挖掘機(jī)多采用雙速行走馬達(dá)，行走速度可在03.5km/h和05.5km/h之間切換。目前，液壓挖掘機(jī)的履帶行走裝置，除特殊用途外，均由專用底盤向通用底盤發(fā)展，不同廠家的底盤結(jié)構(gòu)形式有趨同化的趨勢。</p><p>　　綜上比較，考慮到挖掘機(jī)一般在野外作業(yè)，工作載荷變化大，作業(yè)環(huán)境惡劣，技術(shù)保養(yǎng)條件差；而履帶式行走裝置又是液壓挖掘機(jī)用得最多的

64、一種裝置。因此本設(shè)計(jì)采用了履帶式行走裝置。</p><p>　　經(jīng)過上述總體方案的選型設(shè)計(jì)，最終確定行走裝置的動(dòng)力路線為： 柴油機(jī)—液壓泵—控制閥—液壓馬達(dá)—制動(dòng)器—減速器—驅(qū)動(dòng)輪—履帶</p><p>　　3 整機(jī)性能參數(shù)的確定與計(jì)算</p><p><b>　　3.1主要性能參數(shù)</b></p>&

65、lt;p>　　斗容量 0.1M 3</p><p>　　整機(jī)使用質(zhì)量（含配重）2900kg</p><p>　　其中： 上1990kg</p><p><b>　　下車910kg</b></p><p>　　表 3-1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量分配及其質(zhì)心坐標(biāo)（坐標(biāo)原點(diǎn)為回轉(zhuǎn)軸線接地點(diǎn) ）：</p><p&g

66、t;　　注：挖掘機(jī)工作裝置總質(zhì)量為 492kg，其質(zhì)心坐標(biāo)隨工作狀態(tài)而變化，未列入此表。</p><p>　　柴油機(jī) 型號 JC480</p><p>　　額定功率 22.4kw/2400rpm</p><p>　　29.4kw/2900rpm</p><p><b>　　行駛速度范圍：</b&

67、gt;</p><p>　　低速范圍 V I=0~2.32km/h</p><p>　　高速范圍 V II =0~3.84km/h</p><p>　　最大爬坡角（第 I 速度范圍） 30°</p><p>　　軌距 1150mm<

68、;/p><p>　　每側(cè)履帶接地尺寸（長 x 寬） 1500x350mm</p><p>　　驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑 R k=173mm</p><p>　　運(yùn)輸工況外形尺寸（長 x 寬 x 高） 3200x1500x2500mm</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)參數(shù)：<

69、;/b></p><p><b>　　—行走液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　額定油壓 16MPa</p><p>　　流量 20L/min</p><p>　　空載時(shí)系統(tǒng)背壓 1.5MPa</p><p>　　—挖掘工作裝置

70、液壓控制系統(tǒng)</p><p>　　額定油壓 16MPa</p><p>　　流量 20L/min</p><p>　　—液壓回轉(zhuǎn)裝置控制系統(tǒng)</p><p>　　液壓馬達(dá)型號 INM05-200</p><p>　　額定油壓

71、 16MPa</p><p>　　流量 8L/min</p><p>　　轉(zhuǎn)速范圍 0～100rpm</p><p>　　最大工作壓力 25MPa</p><p>　　最大輸出扭矩 2900N.m</p><p>

72、;　　額定輸出扭矩 1500N.m</p><p>　　靜制動(dòng)力矩 3000N.m</p><p>　　驅(qū)動(dòng)小齒輪齒數(shù) 12</p><p>　　回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈齒數(shù) 96</p><p>　　3.2 牽引性能參數(shù)計(jì)算</p><p><b>

73、　　1、行駛阻力計(jì)算：</b></p><p>　?。?）行駛滾動(dòng)阻力 Pf=fG scosα=0.09×29×0.866=2.26 （3-1）</p><p>　　式中：f—滾動(dòng)阻力系數(shù)，以典型的干土路（堅(jiān)實(shí)土路或野路）為行駛計(jì)算工況，取 f=0.09</p><p>　　G s—挖掘機(jī)使用重量。&

74、lt;/p><p><b>　　α—最大爬坡度。</b></p><p>　?。?）坡道阻力 Pα</p><p>　　Pα=G ssinα=29×0.5=14.5 kN （3-2）</p><p>　?。?） 加速慣性阻力 Pj<

75、/p><p>　　采用全液壓驅(qū)動(dòng)的履帶式挖掘機(jī)，其行駛加速慣性阻力主要由整機(jī)平移加速慣性和履帶行走裝置“四輪一帶”的回轉(zhuǎn)加速慣性引起。該機(jī)采用由橡膠抗拉鋼絲硫化而成的輕質(zhì)履帶，其慣性阻力較金屬履帶小。</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　式中，δo—質(zhì)量修正系數(shù)</p><p><b&g

76、t;　?。?-4）</b></p><p>　　W—兩側(cè)橡膠履帶自重</p><p>　　g—重力加速度，g=9.8 m/s 2</p><p>　　J i—行走裝置某回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　r i—相應(yīng)回轉(zhuǎn)輪的滾動(dòng)半徑</p><p>　　——挖掘機(jī)的平移加速度</p><

77、;p>　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律取δo=1.2</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　則 （3-6）</p><p>　?。?）迎風(fēng)阻力 Pw</p><p>　　因該機(jī)最高行駛速度有 3.84Km/h,屬低速行駛施工機(jī)械，其迎風(fēng)阻力 Pw 可忽略不</p>

78、<p><b>　　計(jì)。</b></p><p>　　該機(jī)運(yùn)輸工況總行駛阻力為 P∑</p><p>　　P∑=Pf +Pj+Pα=2.26+14.5+0.0355=16.796 kN （3-7）</p><p><b>　　2、牽引力計(jì)算</b

79、></p><p>　　該機(jī)具有低速和高速兩個(gè)行駛速度范圍，可分別計(jì)算出低速和高速運(yùn)行時(shí)挖掘</p><p><b>　　機(jī)的最大牽引力。</b></p><p>　?。?）、低速和高速運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速（即行走油馬達(dá)轉(zhuǎn)速）計(jì)算：</p><p>　　高速運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 N kⅡ</p><

80、;p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　式中 V∏——高速范圍最高行駛速度。</p><p>　　同理，得低速運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 NkⅠ=35.57Km/h。 （3-9）</p><p>　?。?） 油馬達(dá)排量 q: ——低速運(yùn)行時(shí)油馬達(dá)的排量 qi</p><p><b

81、>　?。?-10）</b></p><p>　　式中，Q—油泵輸出流量，Q=20L/min</p><p>　　ηv ——油泵輸出后的容積效率， ηv =0.90</p><p>　　——高速運(yùn)行時(shí)，油馬達(dá)的排量 q II</p><p><b>　　（3-11）</b></p><

82、p>　　(3) 油馬達(dá)的最大輸出扭矩 M Kmax</p><p>　　根據(jù)油馬達(dá)獲得的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的原理，推導(dǎo)出油馬達(dá)最大輸出扭矩的計(jì)算分式為：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中， ?p ——油馬達(dá)最大進(jìn)口壓力差，即最大工作壓力減去背壓力，</p><p>　　q—

83、油馬達(dá)排量，L/r</p><p>　?。?qū)動(dòng)輪油馬達(dá)最大進(jìn)口壓力為 25MPa ，系統(tǒng)背壓為 1.5MPa ）</p><p>　　低速運(yùn)行時(shí)油馬達(dá)的最大輸出扭矩</p><p>　　M Kimax =159×10-6×(2.5-1.5)×106 ×0.506 =1891N?M （3-13）</p>

84、<p>　　高速運(yùn)行時(shí)油馬達(dá)的最大輸出扭矩</p><p>　　M KIImax =159×10-6×(2.5-1.5)×106 ×0.306=1143N?M （3-14）</p><p>　　(4）、低速和高速運(yùn)行時(shí)挖掘機(jī)的最大牽引力</p><p>　　低速運(yùn)行時(shí)最大牽引力</p

85、><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　3、附著力計(jì)算</b></p><p>　　以干土路為路面行駛計(jì)算工況，附著力</p><p>　　Pφ=φ·Gs·Cosα=0.9×29×0.866=22.6 kN</p>&

86、lt;p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中 φ—附著系數(shù)，取φ=0.9</p><p>　　α—坡角，α=300</p><p>　　牽引力平衡計(jì)算結(jié)果分析：</p><p>　　該機(jī)在最大爬坡度（α=300）工況加速行駛時(shí)，應(yīng)采用低速檔運(yùn)行，其牽引力大于行駛總阻力，即 PkI&g

87、t;P∑，可同時(shí)滿足附著條件和行駛動(dòng)力條件的要求，但采用高速檔運(yùn)行時(shí)則不宜爬陡坡，坡度過大，牽引力明顯不足。</p><p>　　通過計(jì)算，采用高速檔行駛，其爬坡角不宜超過 180(即α≤180)。當(dāng)α=180 時(shí)，其</p><p>　　坡道阻力Pα=Gs Sin180=29×0.309=8.961kN （3-17）</p>

88、<p>　　行駛總阻力 P∑ =Pα+Pf+ Pj=2.26+8.961+0.0355=11.257kN （3-18）</p><p>　　在 180 坡角范圍內(nèi)，采用高速檔運(yùn)行，也可滿足附著條件和動(dòng)力條件的行駛要求。</p><p><b>　　3.3 穩(wěn)定性計(jì)算</b></p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)的

89、挖掘工作裝置具有懸臂作業(yè)的特點(diǎn)，在其自重和外載荷的作用下，必將產(chǎn)生較大翻傾力矩，影響整機(jī)作業(yè)和行駛的穩(wěn)定性。</p><p>　　穩(wěn)定性計(jì)算包括卸載穩(wěn)定性、挖掘作業(yè)穩(wěn)定性和行駛穩(wěn)定性三類不同工況的穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算時(shí)，應(yīng)分別考慮坡度，風(fēng)載和慣性力等因素的影響。其中，坡度角α通常取10～120 ,風(fēng)載取 q=250N/㎡。</p><p>　　3.3.1 卸載穩(wěn)定性計(jì)算</p>

90、<p>　　計(jì)算工況：鏟斗處于最大卸載半徑，鏟斗滿負(fù)荷，地面下傾角α=120，采用橫向卸載工況（因橫向支承寬度小，穩(wěn)定性較縱向卸載穩(wěn)定性差）計(jì)算卸載穩(wěn)定性。穩(wěn)定性評定指標(biāo)為穩(wěn)定系數(shù) K，K=M1/M 2</p><p>　　式中，M 1——穩(wěn)定力矩；M2——傾復(fù)力矩</p><p>　　卸載時(shí)，當(dāng) K≥1 時(shí)，挖掘機(jī)則處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。</p><p>

91、　　卸載穩(wěn)定性計(jì)算工況如圖 3—1 所示</p><p>　　圖 3－1 卸載穩(wěn)定性計(jì)算工況</p><p>　　圖中，A 點(diǎn)——挖掘機(jī)傾翻邊緣作用點(diǎn)</p><p>　　g1 ——滿負(fù)荷鏟斗重（含土方） 1=0.255T，</p><p>　　g2 ———斗桿及鏟斗油缸重力，g 2=0.078T</p><p>

92、　　g3 ——?jiǎng)颖奂皠?dòng)臂油缸和斗桿油缸重力，g 3=0.159T</p><p>　　g4 ——轉(zhuǎn)臺(tái)（含配重）重力，g 4=1.498T</p><p>　　g5 ——下車重力，g 5=0.91T</p><p>　　L 1～L 5——分別為 g1～g5 對坡面垂直分力至傾翻邊緣作用點(diǎn) A 的距離</p><p>　　L1 =2.493m&l

93、t;/p><p><b>　　L2=2.093m</b></p><p><b>　　L3 =1.45m</b></p><p>　　L4 =1.154m</p><p>　　L5 =0.575m</p><p>　　hw ——風(fēng)載荷作用點(diǎn)至地面的高度，取 h w=1.2 m&l

94、t;/p><p>　　α——卸載坡角，取α=120</p><p>　　穩(wěn)定力矩 M 1 為：</p><p>　　M 1=g4?Cosα?L 4+ g5?Cosα?L 5=2.218 T?m （3-19）</p><p>　　翻傾力矩 M 2 為：</p><p>　　M 2=g1

95、?Cosα?L 1+ g 2?Cosα?L2 +g3?Cosα?L3 +Whw=1.074 T?m （3-20）</p><p>　　計(jì)算結(jié)果證明：穩(wěn)定系數(shù) K=，在橫坡（α=120）上進(jìn)行卸載作業(yè)，卸載穩(wěn)</p><p><b>　　定性好，卸載安全。</b></p><p>　　3.3.2 工作穩(wěn)定性計(jì)算</p>&

96、lt;p>　　挖掘機(jī)在挖掘作業(yè)過程中，當(dāng)工作臂鏟斗內(nèi)土方和挖掘阻力形成向前翻傾力矩時(shí)，</p><p>　　有可能造成整機(jī)失穩(wěn)，必須進(jìn)行工作穩(wěn)定性計(jì)算。</p><p>　　挖掘作業(yè)穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)取典型的挖掘工況作為計(jì)算工況：即挖掘機(jī)采用縱向挖掘作業(yè)，斗桿垂直于地面，斗齒尖置于停機(jī)面以下 H 深處（取 H=0.5m）,采用鏟斗油缸挖掘，切向挖掘阻力 W1 垂直于停機(jī)面，計(jì)算工況見圖 3

97、－2。</p><p>　　圖 3- 2 挖掘機(jī)工作穩(wěn)定性計(jì)算工況</p><p>　　挖掘作業(yè)時(shí)，傾翻邊緣作用點(diǎn)為著地履帶前邊緣 A 點(diǎn)，其穩(wěn)定性系數(shù) K 應(yīng)≥1。</p><p>　　圖中，G 1———?jiǎng)颖塾透字亓?，G 1=0.02T</p><p>　　G 2———?jiǎng)颖壑亓Γ珿 2=0.1T</p><p&g

98、t;　　G 3———斗桿油缸重力，G 3=0.039T</p><p>　　G 4———鏟斗油缸重力，G 4=0.031T</p><p>　　G 5———斗桿重力，G 5=0.047T</p><p>　　G 6———鏟斗滿負(fù)荷（含土）重力，G 6=0.255T</p><p>　　G 7———下支承底架重力，G 7=0.35T</p

99、><p>　　G 8———行走底盤總成，G 8=0.384T</p><p>　　G 9———推土鏟及油缸重力，G 9=0.124T</p><p>　　G 0———轉(zhuǎn)臺(tái)上部結(jié)構(gòu)使用重力（不含工作裝置），G 0=1.498T</p><p>　　W1 ———采用鏟斗油缸挖掘時(shí)，齒尖切向挖掘阻力，W1=1.168T</p><p

100、>　　W2 ———采用鏟斗油缸挖掘時(shí)，齒尖法向挖掘阻力，W2=0.77T</p><p>　　r o～r9———分別為 G 0、G 1～G9 至挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)中心軸線的距離 m</p><p>　　其中：r 0 =0.579m</p><p>　　r 1 =1.19m</p><p>　　r 2 =1.83m</p><

101、p><b>　　r 4 =3.3m</b></p><p><b>　　r 5 =3.2m</b></p><p><b>　　r 6 =2.9m</b></p><p><b>　　r 7 =0</b></p><p>　　r 8 =0.052m&

102、lt;/p><p>　　r 9 =1.04m</p><p>　　r A =0.75m; hw =1.2m; h=0.5m R=2.5m</p><p>　　W———風(fēng)載，W=q?F=0.025T/㎡×2 ㎡=0.05T</p><p>　　其中：r A—履帶著地前邊緣 A 點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心線距離；</p><p>

103、　　hw —風(fēng)載作用點(diǎn)離地面高度；</p><p>　　H—鏟斗齒尖至地面深度；</p><p>　　R—W1 距挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)中心線距離。</p><p>　　由圖 2－2 可知，穩(wěn)定力矩 M 1 和翻傾力矩 M 2 可分別由下式求出：</p><p>　　M 1 =G7 ?rA +G 8 (r A –r8 )+G 0 (r0 +rA)+G 9

104、 (r9 –r A )+W 9 ?H=3.128 T?m</p><p>　　M 2 =G1 (r1 –r A )+G 2 (r2 +rA )+G 3 (r 3 –rA )+ G4 (r4 –r A )</p><p>　　+G5 (r5 -rA)+G6 (r6 –rA )+W1 (r6 –rA )+W?hw</p><p>　　=2.997 T?m</p&g

105、t;<p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　計(jì)算結(jié)果表明：該機(jī)挖掘作業(yè)時(shí)的工作穩(wěn)定安全。</p><p>　　3.3.3 行駛穩(wěn)定性計(jì)算</p><p>　　履帶式挖掘機(jī)的行駛穩(wěn)定性主要考慮坡道縱向行駛穩(wěn)定性，包括上坡起步行駛穩(wěn)定性和下坡制動(dòng)時(shí)的行駛穩(wěn)定性。挖掘機(jī)的運(yùn)行工況要求穩(wěn)定系數(shù) K≥1.2。&l

106、t;/p><p>　　1、爬坡行駛穩(wěn)定性計(jì)算：</p><p>　　履帶式單斗反鏟挖掘機(jī)爬坡工況受力如圖 2－3 所示</p><p>　　挖掘機(jī)爬坡運(yùn)行穩(wěn)定性計(jì)算工況為：動(dòng)臂放低，斗桿油缸和鏟斗油缸伸出，鏟斗處于轉(zhuǎn)斗狀態(tài)。運(yùn)行時(shí)應(yīng)考慮迎風(fēng)阻力和起動(dòng)時(shí)的慣性阻力等。爬坡角取α=250</p><p>　　爬坡時(shí)，起動(dòng)慣性阻力為 Pj：</p

107、><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　式中：Gs—挖掘機(jī)的使用重量，Gs=2.9T</p><p>　　g—重力加速度，g=9.8m/s 2</p><p>　　v—挖掘機(jī)爬坡時(shí)的最大行駛速度，v=2.32Km/h</p><p>　　t—起動(dòng)時(shí)間，通常取 t=1.5sec&

108、lt;/p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　圖 3－3 挖掘機(jī)爬坡工況受力圖</p><p>　　由圖 3－3 可知：挖掘機(jī)爬坡運(yùn)行時(shí)，其翻傾邊緣作用點(diǎn)應(yīng)為著地履帶后支點(diǎn) A，其穩(wěn)定力矩 M1 和傾復(fù)力矩 M2 可分別由下式計(jì)算求出：</p><p><b>　　式中：</b

109、></p><p>　　g1 ———鏟斗重力，g 1=0.085T</p><p>　　g2 ———斗桿重力，g 2=0.047T</p><p>　　g3 ———?jiǎng)颖壑亓?，g 3=0.1T</p><p>　　g4 ———轉(zhuǎn)臺(tái)上部（不含工作裝置和配重）的結(jié)構(gòu)使用重力，g 4=1.285T</p><p>　　g

110、5 ———行走底盤重力，g 5=0.384T</p><p>　　g7 ———下支承底架重力，g 7=0.35T</p><p>　　L1、L2、L3、L 4、L5、L7———分別為 g1、 g2、g3、 g4、 g5 、 g7 至傾覆邊緣 A 點(diǎn)的力臂。</p><p>　　L1=2.809m, L2 =3.171m, L3=2.129m, L4=0.317m ,

111、 L5=0.727m, L7=0.679m</p><p>　　計(jì)算得：M 1=1.525 T?m</p><p>　　M 2= g 6?L 6+W?hw +Pj?hp</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　g6 ———配重的重力，g6=0.216T</p><p>　　

112、W———風(fēng)載，W=0.05T</p><p>　　Pj———起動(dòng)慣性阻力，Pj=0.0127T</p><p>　　L6———配重重力至傾復(fù)邊緣 A 點(diǎn)的力臂，L6=0.607m</p><p>　　Hw———風(fēng)載作用點(diǎn)離坡面高度，Hw=1.2m</p><p>　　Hp———整機(jī)重心高度，Hp =0.78m</p><p

113、>　　計(jì)算得 M 2=0.213 T?m</p><p>　　K>1.2 上坡行駛穩(wěn)定安全</p><p>　　2、下坡制動(dòng)工況行駛穩(wěn)定性計(jì)算：</p><p>　　挖掘機(jī)下坡（坡角α=250）制動(dòng)行駛時(shí)，其鏟斗油缸應(yīng)全縮，且斗桿垂直于坡面，</p><p>　　動(dòng)臂抬至鏟斗斗齒離坡面 0.5m 高度

114、作為穩(wěn)定性計(jì)算工況。計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)尾的風(fēng)</p><p>　　載作用和制動(dòng)慣性力對穩(wěn)定性的影響。下坡制動(dòng)工況受力情況如圖 3－4 所示</p><p>　　圖 3-4下坡制動(dòng)工況受力圖</p><p><b>　　圖中：</b></p><p>　　g1 ———鏟斗重力，g1=0.085T</p>&l

115、t;p>　　g2 ———斗桿重力，g2=0.047T</p><p>　　g3 ———?jiǎng)颖壑亓Γ琯3=0.1T</p><p>　　g4 ———轉(zhuǎn)臺(tái)上部（不含工作裝置和配重）的結(jié)構(gòu)使用重力，g4=1.285T</p><p>　　g5 ———行走底盤的重力，g5=0.384T</p><p>　　g6 ———配重重力，g6=0.213T

116、</p><p>　　g7 ———下支承底架重力，g7=0.35T</p><p>　　W ———風(fēng)載，W=0.05T</p><p>　　Pj———制動(dòng)慣性力。設(shè)下坡行駛速度為 V=2.32Km/h,制動(dòng)時(shí)間 t=1.5s,則 Pj=0.0127T</p><p>　　L1～L7———分別為鏟斗、斗桿、動(dòng)臂、轉(zhuǎn)臺(tái)上部、行走底盤、配重和下支承