1 开采机械化及自动化 几何学的工莋部分的挖掘机反铲工作装置 的齿 动力学的研究进行穿挖掘机反铲工作装置齿本早些时候作者 [1,2]表明 ,一个主要的因素穿平台是控制动力学物悝力学特性的岩石在两阶段进化穿平台。 齿磨损中获得的 “ 临界期 ” [2]对挖掘机反铲工作装置没有显著影响表现在以下典型的矿业和地质條件的俄罗斯东北亚区域切削元素可以继续使用指定的最大允许穿水平由制造商。在这方面 ,密集的时候穿初始阶段显然反映了一些设计缺陷的影响 ,而不是工作的调整过程研究人员已经研究了强烈的深层原因和后果的齿 ,但穿挖掘机反铲工作装置仍没有制定基本标准之上一般原则 ,以提 高其耐磨性的切削元件 ,取决于其设计 [3 - 5]。 一种有效的方法来提高其耐 磨性的齿 ,发掘挖掘机反铲工作装置设计参数的工作组件以确保古典单穿 ,省略 “ 至关重要的 ” 段我们开发了一个新挖掘机反铲工作装置设计 ” 为基本特征的齿提高耐磨损。 工作元件的轮廓的齿和它嘚维度是开发与考量主要磨损特征点的阻力曲线的大量生产的楔状的齿为了达到线性行为的这样的齿磨损过程的速率等于或小于观察在苐二阶段的磨损与大量生产的齿 ,我们指定了设计参数对应于第二阶段的开始 ,那里的特定从标准的力压推力这滴到 10 - 12兆帕的机制。图 1地块的压仂变化的磨损平台的齿数是常见的采石场开凿按照以下表达 力的推力机制 ;D和 分别 曲线表明 ,有一定压力的地区岩石抗磨损平台在齿是公平嘚或大于力所研制开发的推力机制。这个装载模式对切割的元素是上观察到的单强 例如 ,多年冻土 的岩石另一方面 ,一些材料抵抗切割与力量比弱多了自行研制的力推力机制。估计时形成的具体压力与切削要素的相互作用机制这批材料 ,我们绘制了曲线 1 - 4通过计算压力平台的穿 t 在軟岩石上的压力变化规律的磨损平台是一样的 ,但压力和尺寸齿磨损的一部分后开始的第二阶段可能是小得多 有时是由一个相当大的因素 這是能清楚的看到在图 1。带我 ,穿过了曲线的参数 ,定义了第二阶段的开始穿不同的挖掘机反铲工作装置及齿不同岩石强度曲线为 1 - 4因为 的 10 - 12兆帕和磨损的平台宽度 r 45毫米。 2 图 1 1 - 4 穿平台上压力 曲线理论 - 1 2公斤齿穿平台 5 图 80°角大小 1切削刃与地区 ;b D 2 穿平台 ;1,表面积 穿平台坡角。 在某一特定尺寸嘚工作部分的工具 ,这个阶段的关键磨损实际上是外出岩石和理由与低强度增大 ,而强烈的两阶段磨损工具经验强 /硬的岩石在不同的开采和哋质条件 ,它显然是方便工作与可互换的工具。当前它是无法控制的力参数对挖掘机反铲工作装置工作的元素操作者遵守工作的机器视觉 ,看着他的运动和桶子 的灌装。作用在工作的元素和齿这样不仅取决于岩石耐切割 ,但是 ,在很大程度上依赖于员工技能和经验高效、合理途徑艺术设计工作组件参数是考虑齿的力量挖掘机反铲工作装置驱动器。 切削刃的面积为矩形切割的轮廓 ,180°锐化可以计算出的穿平台的压力 見图 2相应开始的第二个磨损阶段 在 开始 垂直分量的切削力 ;我是发病的齿数挖掘机反铲工作装置桶定义在磨损条件平台的切割边缘区域作為 是边坡角相对磨损平台背面一方面的切割角度 , 压力可以表示为穿平台 该地区的切削刃的磨损辊型 的计算提供了理想的切削元素的定义是源自同一 公式 3 图 相应 线性穿 为第一个关键阶段 ;b b 基本的长、宽楔形齿的切削刃 , 。 图 4耐磨损 性能 1、 2 变异的影响一颗牙的线性穿扩大部分和标准齿 ,分别地 ;V 最大允许的磨损 ,提高操作的资源 新齿设计。 考虑到切削刃的磨损面积与 平台 ,之前的关系 ,我们可以制定简单的工艺条件 ,提高工作え件的设计标准的楔形在齿上的条件最理想的长度作为齿的切削刃 在 定的单级长度切割的元素 ;基本 宽度的先锋 ,大量生产的楔形牙齿 ;应出现嘚稳定的角是斜率的牙齿穿平台与纵轴的重合 图 3提供技术概念 ,为降低 切削元件磨损动力学基于大量生产的楔状的齿。扩展部分的长度的┅颗齿 D不应小于临界线性穿 扩展的部分是逐渐消失 ,一颗齿获得自然大小相应的平台稳定磨损的第二阶段 根据该设计穿成线性关系 图 4的强喥相当于的第二阶段磨损的大量生产的齿 平行的部分情节 。实现最大的齿就已经磨损 ,延长服务生活中 ,表达了在一个贸易量的增加 土的岩石 根据该设计穿成线性关系 图 4的强度相当于的第二阶段磨损的大量生产的齿 平 行的部分情节 。实现最大的齿就已经磨损 ,延长服务生活中 ,表達了在一个贸易量的增加 ,岩石土时应特别注意提高耐磨性与创造的齿不改变基本的尺寸或形状的工作元件这非常重要 ,因为这张表格就会哽容易、更便宜的生产。我们研制通用几何的工作部分的基础上计算挖掘机反铲工作装置的齿的最优宽度的切削刃的同时保留了电机的主偠尺寸的标准齿的设计齿与新工作 其几何 图 51、直线段切削刃的背脸 2和曲线 3部分前面的脸是两个线性段构成的第四和第五。线性段平行于臉 ,二是要回牙纵轴 6,地处从远处我轴 [6]这架飞机的尖端位于大于90°角对剖 切平面。这有助于形成一个稳定的核心在平面上的压实的前沿领域 ,蔀分地保护它从磨损宽度是发现一种经验性关系从 4 图 1 2 线性 ;部分回来 ;3曲线回方面 ;4、 5 方面的片段前面方面 ;6 齿轴 ;7 b 边缘宽度 ;1 初始切割角角大小之間的距离 ;女 楔形闸板使用顶点和切削刃的角度 , 维度直线段前后两方面 ,分别地 ;位移方面的部分 ,从齿背轴 r 穿平台坡角。 ;它包括重量的桶 ,吗把棍孓 ,力所研制开发的推力机制是边坡角度的穿平台相对于牙长轴 或线形段背面刻面 ;我是大量的齿在桶里 尖端 1应该在距离 从顶点的楔角在哪裏的 楔角的工作部分的齿。 文学的数据表明 改变切割角度 更准确的说 ,后角 ,而这又取决于切割角度 很大程度上影响了入侵力量的切削的元素当一颗牙后角的增加 ,能量的能力其侵入到地 面的呈现下降趋势 [7]。我们制定了新的齿几何采取这一因素考虑进去因此 ,线性区段 2或 3平行回方面牙轴 6,这让我们增加后角 了减少磨损产生的水平分量的切割参数的挖掘机反铲工作装置铲斗 ,我们搬动区段 2背部的方面 从而切削刃的 1按价徝 个职位的工作元件的元素相对于齿切削刃减少桶的速度穿因为之间的距离和铲斗齿切削平面边缘切平面是增加了 70 - 80给定长度的部分工作之外的凸齿桶里。因为这颗牙的设计 ,我们定义了关系可以用来计算出工作元素的尺寸 表 1 切割边的 长度 D和齿 i的数量取决于设计选择的挖掘机反铲工作装置工作要素和注塑机一般规格。 图 6显示理论曲线的形成 ,穿平台作为一种功能的维度对一个线性穿 们可以看出 ,在零的设计参数与高效穿穿平台有 50公羊这设计生产协会所产生的由 换句话说 ,在磨损阶段、抗磨损区 ,这是我和第二次世界大战积累一定的因为穿平台保留一顆新牙发展更为迅速在5 初始阶段 高达 50毫米 。随后 ,改变尺寸磨损平台上没有显著影响磨损率 参数 工作元件的 尺寸 参数 削刃的宽度 b b28点的距离牙楔形角度和切削刃的 f40角的工作部分的牙齿 b33b35 穿平台坡角 r40r40 线性段长度背方面 Bb B150面的线性段长度方面 Ab A100移的线性段回来方面通 过牙齿轴 r（ b r70展原则和參数评价工作元件 ,使其可能的预测控制系统的磨损动力学切割的元素进行实际工业条件。 机的工厂的生产 们进行了测试 ,其他矿山企业有價值的试验结果进行了 ,在那里的齿是用来挖掘高度评价磨料冻结岩石组成的花岗岩、砂岩和粘土片岩碎片在周围空气的温度 发展原则和参數评价工作元件 ,使其可能的预测 控制系统的磨损动力学切割的元素进行实际工业条件。 们进行了测试 ,其他矿山企业有价值的试验结果进荇了 ,在那里的齿是用来挖掘高度评价磨料冻结岩石组成的花岗岩、砂岩和粘土片岩碎片在周围空气的温度C。分析与设计相关联的耐磨损性能 ,这些实验的齿表明 ,随着新的工作他们的经验 ,单穿组件几何与一个阻力至少 40高于标准楔形齿 图 7实验数据分析定义线性穿你像一个函数的笁作输出 V万米 3新的齿。它是由一 个一级回归方程表达 验证实了基本设计原则的基础上削减元素与经验工作关系的几何元素的压力来表达的穿平台力的特点挖掘机反铲工作装置工作的部件 切削刃的宽度可以被定义 磨损是穿 平台发作的稳态齿磨损 ,从一个图的定义是 见图 1是穿平囼坡角。 使用经验主义的关系 见表 1和重新排列它的数值与替代的 我们可以估算先锋宽度 . 这保证单穿在任何使用条件 这就是之所以成功是洇为表达式包含一个常数系数 压力 P 12兆帕 作为主要标准。刚开始的时候 ,一个特定的线性穿压力 12兆帕的运作就穿平台切断的元素设计依据这个公式 6 这种分析技术是结构简单、 工作可靠 ,因为它提供了一份耐磨性的空白处。这是很重要的用于切割基岩挖掘机反铲工作装置的齿 ,它们往往是迅速减弱齿的锐度在这种情况下 ,几乎没有实用的因为穿强度重要性极高。一个类似的正面影响该方法不能指望的齿用于切割冻结岩石 ,而后者以抗入侵导致背部方面形成磨损一个穿平台的 “ 提高 ” 的齿 降 低切削刃的 。 图 6尺寸的变化在功能上 穿平台的线性磨损 一 磨損的形成与提高平台切削元件参数 工作部分的磨损 ;b I、 开发区中的发病前穿平台线性的 以及期间穿线性穿 二 . 图 7 a和 b标准楔形齿 ;1、 2 - - - - 磨损平台形成嘚关系 ,分别 。 特点 挖掘机反铲工作装置 掘机参数 讨重量的桶和棍子 - 新设计 宽度的计 算切削 边缘 ,据 1 25 34 44 44 7 根据 2 25 37 63 64 *角大小的 38° 工作元件 表 2中深数据表奣 ,目前多数的设计款式不适应的冻结岩石开挖。我们的研究与计算结果证实这一观察标准的齿与增加切削刃的尺寸 用括号内所给 现在用茬一个有限的基础。因为他们仅可在挖掘机反铲工作装置的生产和 我们应该注意到提高耐磨性的齿能独立高效的设计具有一定的局限性這个潜在是制约因素的影响 的大小和在切割岩石的精深的能量断裂过程 ,并要求专项调查。齿设计中描述的 ,本论文的 t,t t 掘机、和由 I 图 书 分类号 密 级 摘要 液压挖掘机反铲工作装置是工程机械的一种主要类型广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中。单斗反铲液压挖掘机反铲工作装置是挖掘机反铲工作装置械中最重要的机种之一主要应用于挖掘停机面以下的汢壤。 单斗 液压挖掘机反铲工作装置 的 反铲装置是完成液压挖掘机反铲工作装置各项功能的主要 组成 部分其结构 设计的合理性直接影响箌液压挖掘机反铲工作装置的工作 的稳定性 能和可靠性。本文根据液压挖掘机反铲工作装置反铲装置的结构特点和工作原理对其各主要機构进行了运动学分析。 并 在此基础上根据设计说明书的设计要求，结合各机 构的工作特点和设计要求在对各机构分析计算的同时，結合构件已知尺寸参数算出各机构中构件的其 它 参数，为各构件的 结构 设计提供数据支撑 挖掘力是衡量挖掘机反铲工作装置挖掘能力嘚重要参数。挖掘力是由各液压缸中的油液压力提供的是主动力 。最大挖掘力的实现受诸多因素的制约它是工作装置各铰点受力分析嘚基础。 挖掘阻力不仅 与 铲斗的尺寸形状有关还与挖掘对象有关，是两者的综合反映 关键词 液压挖掘机反铲工作装置；反铲装置；运動分析；参数设计；力学分析 is a in as of is of in is of a of of to of on of to of On in of in of at in of he of is a 液压挖掘机反铲工作装置是工程机械的一种主要类型，广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建設、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中单斗反铲液压挖掘机反铲工作装置是挖掘机反铲工作装置械中最重要的机种之一，主要应用於挖掘停机面以下的土壤 单斗 液压挖掘机反铲工作装置 的 反铲装置是完成液压挖掘机反铲工作装置各项功能的主要 组成 部分，其结构 设計的合理性直接影响到液压挖掘机反铲工作装置的工作 的稳定性 能和可靠性本文根据液压挖掘机反铲工作装置反铲装置的结构特点和工莋原理，对其各主要机构进行了运动学分析 并 在此基础上，根据设计说明书的设计要求结合各机 构的工作特点和设计要求，在对各机構分析计算的同时结合构件已知尺寸参数，算出各机构中构件的其 它 参数为各构件的 结构 设计提供数据支撑。 挖掘力是衡量挖掘机反鏟工作装置挖掘能力的重要参数挖掘力是由各液压缸中的油液压力提供的，是主动力 最大挖掘力的实现受诸多因素的制约，它是工作裝置各铰点受力分析的基础 挖掘阻力不仅 与 铲斗的尺寸形状有关，还与挖掘对象有关是两者的综合反映。 关键词 液压挖掘机反铲工作裝置 ； 反铲装置 ； 运动分析 ； 参数设计； 力学分析 购买后包含有 咨询 is a in as of is of in is of a of of to of on of to of On in of in of at in 液压挖掘机反铲工作装置是一种重要的工程机械广泛应用于房屋建築、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分 巨大的作用随着国家经济建设的不断发展，液压挖掘机反铲工作装置的需求量将逐年大幅度增長其在国民经济建设中的作用将越来越显著。 挖掘机反铲工作装置是工程机械的一种主要类型是土方石开挖的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机反铲工作装置各种类型的挖掘机反铲工作装置以广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程，农田妀造、矿山挖掘以及现代化军事工程等等机械化施工中 据统计，工程施工中约有 60以上的土方量系由挖掘机反铲工作装置来完成。在建築工程中若土方工程全部由人工来完成，那么所需劳动力约占全部工程所需劳动力总数的 50以上。在露天矿场和采料场中如 果人工采掘，则所需劳动力约占 90 为节省劳动力、减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率、加快建设速度保证工程质量和降低成本，采用施工时根本措施它对尽早发挥建设投资效果，促进国民经济的高速发展有很大的作用据统计，采用一台 m 斗容量的单斗挖掘机反铲工作装置挖掘 以下的土壤时，每办生产率相当于 300～ 400个工人一天的工作量；而一台日产 20万 3m 的大型斗轮挖掘机反铲工作装置则可代替 5～ 6 万人的劳动。甴此可见挖掘机反铲工作装置在现 代化建设工程中的功用。 为了实现现代化的宏伟目标我国基本建设的任务将是巨大而繁重的，它要求工程机械行业提供足够数量并具有 先进激素水平的工作类型工程机械以满足施工机械化的迫切需要。 挖掘机反铲工作装置在工程机械發展中占很大比重和重要地位据统计约占工程机械总产值的 25～50，是重点发展的机械品种之一尤其是中小型、通用型的单斗挖掘机反铲笁作装置不仅用于土方石的挖掘工作，而且通过工作装置的更换还可以用作起重、装载、抓取、打桩、钻孔等多种 作业。通用型挖掘机反铲工作装置站挖掘机反铲工作装置总数 90以上它在各种工程施工中广泛使用，已成为不可缺少的 重要机械设备 我国挖掘机反铲工作装置械行业近年来虽有很大的发展，但从产品的种类、数量和技术性能及制造质量上都还不能满足四个现代化建设发展的要求迅速地提高挖掘机反铲工作装置械的设计、研究和生产的技术水平是当前挖掘机反铲工作装置械行业所面临的迫切而艰巨的任务。 国挖掘机反铲工作裝置的生产现状及发展趋势 我国的挖掘机反铲工作装置生产起步较晚从 1954 年抚顺挖掘机反铲工作装置厂生产的第一台斗容量为 1 3m 的机械式单鬥挖掘机反铲工作装置至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段 新中国成立初期，以测绘仿制前苏联 20世纪 30～ 40姩代的 咨询 2 等型机械式单斗挖掘机反铲工作装置为主开始了我国的挖掘机反铲工作装置生产历史。由于当时国家经济建设的需要先后建立起十多家挖掘机反铲工作装置生产厂。 1967年开始我国自主研制液压挖掘机反铲工作装置。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂嘚 阳矿山机器厂的 肥矿山机器厂的 后又出现了长江挖掘机反铲工作装置厂的 和杭州重型机械厂的 挖掘机反铲工作装置等他们为我国液压挖掘机反铲工作装置行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。 到 20世纪 80年代我国挖掘机反铲工作装置生产厂已有 30多家，生产机型达 40余种中、小型液压挖掘机反铲工作装置已形成系列，斗容量有 25立方米等 12个等级、 20多种型号还生产 m 以及大型矿用 10 3m 、 12 3m 机械传动单斗挖掘机反铲笁作装置， 1 3m 隧道挖掘机反铲工作装置 4 3m 长臂挖掘机反铲工作装置，1000 3m 每小时的排土机等但总的来说，我国挖掘机反铲工作装置生产的批量尛、分散生产工艺及产品质量与国际先进睡睡水平相比，有很大差距 改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术以促进我國挖掘机反铲工作装置行业的发展。其中贵阳矿山机器厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机器厂、长江挖掘机反铲工作装置厂等分别引进德國利勃海尔公司的 液压挖掘机反铲工作装置制造技术稍后几年，杭州重型机械厂引进德国奥加凯（ OK）公司的 液压挖掘机反铲工作装置制慥技术与此同时，还有山 东推土机总厂、黄河工程机械厂、江苏长林机械厂、山东临沂工程机械厂等联合引进了日本小松制作所的 液压挖掘机反铲工作装置（除发动机外）的全套技术这些厂通过数年引进技术的消化、吸收、移植，使国产液压挖掘机反铲工作装置产品性能指标全面提高到 20世纪 80年代的国际水平产量也逐年提高。 由于国内对液压挖掘机反铲工作装置需求量大不断增加且多样化在国有大、Φ型企业产品结构的调整中牵动了一些其他机械行业的制造厂加入液压挖掘机反铲工作装置行业。例如中国第一拖拉机工程机械公司、廣西玉柴股份有限公柳 州工程机械厂等。这些企业经过几年的努力已达到一定的规模和水平例如，玉柴机器股份有限公司在 20世纪 90年代初開发的小型液压挖掘机反铲工作装置连续多年批量出口欧、美等国家，成为我国挖掘机反铲工作装置械行业唯一能批量出口的企业 业內人士指出，我国单斗液压挖掘机反铲工作装置应向全液压方向发展斗容量宜控制在 5 3m ；而对于大型及多斗挖掘机反铲工作装置，由于液壓元件的制造、装配精度要求高施工现场维护条件差等，则仍以机械式为主应着手研究、运用电液控制技术，以实现挖掘机反铲工作裝置操作的自动化 外挖掘 机目前水平及发展动向 工业发达国家的挖掘机反铲工作装置生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本等是鬥容量 0 3m 单斗液压挖掘机反铲工作装置的主要生产国从 20 世纪 80 年代开始生产特大型挖掘机反铲工作装置。 是世界上目前最大的挖掘机反铲工莋装置 从 20 世纪后期开始，国际上挖掘机反铲工作装置的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和购买后包含有 咨询 3 自动化的方向发展 （ 1）、开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机反铲工作装置。 （ 2）、迅速发展全液压挖掘机反铲工作装置不断改进和革新控制方式，使挖掘机反铲工作装置由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液 压伺服操纵和电气操纵利用电子计算机控制接收器囷激光导向相结合，实现挖掘机反铲工作装置作业操纵的完全自动化 （ 3）、采用新技术、新工艺、新结构、加快标准化、系列化、通用囮发展速度。 4、更新设计理论提高可靠性，延长使用寿命美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计悝论和方法并将疲劳损伤积累论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先進技术应用于液压挖掘机反铲工作装置的强度研究方面，促进了产品的优质高效和竞争力美国提出了考核动强度的动态设计分析方法 ，並建立了预测产品失效和更新理论日本制定了液压挖掘机反铲工作装置构件的强度评定程度周期，加快了液压挖掘机反铲工作装置更新換代的进程并提高其可靠性和耐久性。例如液压挖掘机反铲工作装置的运转率达到 85～ 95，使用寿命超过 1万小时 （ 5）、加强对驾驶员的勞动保护，改善驾驶员的劳动条件液压挖掘机反铲工作装置采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅鼡隔音措施降低噪声干扰。 （ 6）、进一步改进液压系统 （ 7）、迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机反铲工作装置上的应用。 20世纪 70年代为了节省能源消耗减少对环境污染，是挖掘机反铲工作装置的操作轻便和安 全作业降低挖掘机反铲工作装置噪音，改善驾驶员工作条件逐步在挖掘机反铲工作装置上应用电子和自动控制技术。随着对液压挖掘机反铲工作装置的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高促使了机电液一体化在挖掘机反铲工作装置的应用，并使其各种性能有了质的飞跃 压挖掘机反铲笁作装置的发展动方向 单斗液压挖掘机反铲工作装置的研制和改进主要的发展方向在于 （ 1）、发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效功其中包括动力装置与液压传动的最佳匹配，提高传动效率能量回收，高效液压系统的研究等； （ 2）、铲斗挖掘力的充分发挥挖掘力大小和有效作 用范围是衡量各种液压挖掘机反铲工作装置工作能力的重要指标，目前通过优化程序实现工作装置铰点最佳布置采用高压与超高压技术，提高整机稳定性等方面进行研究； （ 3）、缩短工作循环周期提高机械生产率，包括整机性能研究 作业循环、回转和行走性能的研究 发展专用机械和工作装置以及机械大型化和小型化等；④机械可靠性研究，是各国十分重视的一项内容關键在于设计的合理化和材料工艺的研究，包括摩擦磨损机理的研究和新材料的应用在试验手段方面，进行挖掘机反铲工作装置整机和液压传动的快速试验研究以及结构件快速疲劳试验和寿命预测的研究等； （ 4）、 司机室安全舒适性以及维护保养的方便性对挖掘机反铲笁作装置的有效利用有极大影响，从购买后包含有 咨询 4 人体生理学和环境工程的观点来研究操作舒适性和振动噪音对司机和环境的影响鉯及控制空气的污染等，各国已做了大量工作国内也逐渐予以注意。 课题研究的目的和意义 中国国土面积大各项建设事业正处于蓬勃發展过程中，对挖掘机反铲工作装置的需求量大世界上工业发达国家著名的挖掘机反铲工作装置制造商几乎全部进入中国，不少国有和囻营企业也看好中国的挖掘机反铲工作装置市场纷纷进入挖掘机反铲工作装置行业，进行挖掘机反铲工作装置产品的生产和开发而且產品的产量随着市场的需求量的提高而不断增长。 中国已成为世 界最大的挖掘机反铲工作装置市场正在成为世界挖掘机反铲工作装置的淛造中心。但是必须注意中国目前虽然已成为挖掘机反铲工作装置需求和生产的大国，但决不是强国国际水平的研发中心不在中国，挖掘机反铲工作装置关键配套零部件也不在中国在挖掘机反铲工作装置关键的核心技术研究与掌握方面，国内企业与国外企业差距很大特别是国内企业在挖掘机反铲工作装置的基础理论研究方面投入的人力、财力严重不足。这些年来我们取得了长足的进步，大大缩小叻与国外先进技术的差距但如果今后技术创新 包括设计技术和制造技术等方面上稍有懈怠，与国外先进技术的差距仍然会拉大因此可鉯说今后国内挖掘机反铲工作装置企业的任务仍然十分艰 巨。由于历史的原因原本的国有挖掘机反铲工作装置企业因为人才流失，资金鈈足技术不高，造成自主研发能力不高设计方法落后；而改革开放后的合资企业和外资企业，只是根据国外的设计图纸进行批量生产基本不进行设计，所以中国的挖掘机反铲工作装置设计手段比较落后常常凭借经验进行设计制造，造成生产的挖掘机反铲工作装置存茬一些缺陷在三包期间常出现故障，做不到等寿命设计对厂商和买家造成不小的经济损失。 以往液压挖掘机反铲工作装置的新产品开發过程是前期设计完成后进行样机试制，然后经过现场挖掘试验或强度测试若发现问题→改进→再试验→再修改，复修改直到满足设計要求后 再批量投产。这种开发过程的周期长、风险大、成本高、上市慢限制了企业的市场竞争力。目前国内企业在设计挖掘机反铲笁作装置时仍以测绘类比为主强度计算仍采用材料力学方法，对挖掘机反铲工作装置结构件应力分布情况缺乏定量的了解并且，挖掘機反铲工作装置作业外载荷又复杂多变传统的材料力学方法难以满足设计上的需要。所以非常有必要将现代设计方法和有限元方法应用於挖掘机反铲工作装置工作装置的结构设计和性能分析以提高挖掘机反铲工作装置工作装置的可靠性，对结构进行优化、减轻工作装置偅量、提高工作效率、减少能耗从而提高挖掘机反铲工作装置生产企业的设计水平和自主开发能力。 课题研究的 主要内容 （ 1） 、根据液壓挖掘机反铲工作装置的工作条件及设计参数要求参考挖掘机反铲工作装置的设计资料及国内外各液压挖掘机反铲工作装置生产厂家的產品，选定液压挖掘机反铲工作装置反铲装置的设计方案 （ 2） 、在了解液压挖掘机反铲工作装置反铲装置工作原理和方案选择的基础上，用几何法分别对动臂机构、斗杆机构和铲斗机构做动力学分析 购买后包含有 咨询 5 （ 3） 、在定性分析的基础上，用解析法对反铲装置各機构的尺寸作了定量计算为作图提供了尺寸依据，也为进一步用计算机编程及计算机辅助设计提供了数学模型 （ 4） 、对反铲装置的挖掘力及挖掘阻力进行了分析计算，并着重分析计算了挖掘机反铲工作装置复合挖掘时最大挖掘 力实现的各种限制条件 （ 5） 、对各机构的嘚杆件及铰点进行了受力分析。 购买后包含有 咨询 6 2 液压挖掘机反铲工作装置反铲装置机构的运动学分析 铲装置的工作原理及工作特点 铲装置的工作原理 液压挖掘机反铲工作装置的作业过程是 以铲斗的切削刃 通常装有斗齿 切削土壤并将土装入斗内斗装满后提升，回转到卸土位置进行卸土卸完后铲斗再转回并下降到挖掘面进行下次挖掘。当挖完一段土后机械移位，以便继续工作液压挖掘机反铲工作装置為了实现上述周期性作业动作的完成，装备有下列基本组成部分工作装置、回转机构、动 力装置、传动操作机构行走装置和辅助设备。挖掘机反铲工作装置根据工作装置的不同可以分为正铲挖掘机反铲工作装置和反铲挖掘机反铲工作装置其中反铲装置是中小型液压挖掘機反铲工作装置的主要工作装置，目前广泛应用的斗容量在 m 以下本文主要对工作装置的反铲装置进行分析。 如图 2 挖掘机反铲工作装置的笁作装置为反铲工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成。动臂、斗杆和铲斗均由高强度钢板焊接而荿的箱形结构动臂根部用一根销轴铰接在平台前端中部，由两只铰接在转台前部的动力油缸支撑油缸作伸 缩运动，动臂作升降运动 笁作装置由斗杆油缸、斗杆、动臂、铲斗油缸、动臂油缸、摇杆、连杆和铲斗组成。其构造特点是各部件之间的联系全部采用铰接动臂丅铰点铰接在转台上，利用动臂油缸的伸缩使动臂绕动臂下铰点转动，依靠斗杆油缸使斗杆绕动臂的上铰点摆动而铲斗铰接于斗杆前端，并通过铲斗油缸和连杆使铲斗绕斗杆前铰点转动为增大铲斗转角，通常以连杆机构与铲斗连接从而通过油缸的伸缩来实现挖掘过程中的各种。 挖掘机反铲工作装置动臂是反铲的主要部件其结构有整体式和组合式两种。 体式动臂 图 2压挖掘机反铲工作装置示意图 购买後包含有 咨询 7 其优点是结构简单质量轻而刚度大。缺点是更换的工作装置少通用性较差。多用于长期作业条件相似的挖掘机反铲工作裝置上整体式动臂又可分为直动臂和变动臂两种。其中的直动臂结构简单、质量轻、制造方便主要用于悬挂式液压挖掘机反铲工作装置，但它不能使挖掘机反铲工作装置获得较大的挖掘深度不适用于通用挖掘机反铲工作装置；弯动臂是目前应用最广泛的结构型式，与哃长度的直动臂相比可以使挖掘机反铲工作装置有较大的挖掘深度。但降低了卸土高度这正符合挖掘机反铲工作装置反铲作业的要求。 合式动臂 如图 2示 组合式动臂用辅助连杆或液压缸 3 或螺栓连接而成。上、下动臂之间的夹角可 用辅助连杆或液压缸来调节虽然使结构囷操作复杂化，但在挖掘机反铲工作装置作业中可随时大幅度调整上、下动臂之间的夹角从而提高挖掘机反铲工作装置的作业性能，尤其在用反铲或抓斗挖掘窄而深的基坑时容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，提高挖掘质量和生产率组合式动臂的优点是，可以根据作業条件随意调整挖掘机反铲工作装置的作业尺寸和挖掘力且调整时间短。此外它的互换工作装置多，可满足各种作业的需要装车运輸方便。其缺点是质量大制造成本高，一般用于中、小型挖掘机反铲工作装置上 铲装置的工作特点 挖掘机反铲工作装置反铲装置是由動臂、斗杆、铲斗 、连杆及动臂油缸、铲斗油缸等组成。 这种工作机械是模仿人的手臂而设计制造并实现与其同样的动作举起的时候令動臂动作、拉近时斗杆动作、挖削时通过连杆使铲斗动作。铲斗部分除了可以安装标准铲斗以外还可以安装松土器、破碎器和抓斗等任選附件。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动挖掘作业时，通过回转台使工作装置转到挖掘位置同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降铲斗接触挖掘面后再操纵斗杆缸或铲斗缸液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘作业铲斗装满后 ，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油使动臂升起，随即接通回转油路使笁图 2 2 组合式动臂 购买后包含有 咨询 8 作装置转到卸载位置再操纵铲斗缸回缩，使铲斗反转进行卸土卸完后，工作装置再转到挖掘位置进荇第二次挖掘循环实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘液压系统的不同反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配匼是多样、随机的。上述仅为一般的理想过程反铲工作装置的构造特点是各部件之间的联系全部采用铰接，通过液压缸的伸缩来实现挖掘过程的各种动作从挖掘作业过程知，虽然从装土到卸土整个过程的运动是三维的但在挖掘过程中，只有动臂缸、斗杆 缸、铲斗缸的楿互配合运动整个工作装置是在一个平面内完成主要挖掘作业过程，因此在此课题的分析中，不考虑整个工作装置的回转运动 液压挖掘机反铲工作装置的反铲装置主要用于挖掘停机面以下土壤 基坑、沟壕等 。其挖掘轨迹决定于各油缸的运动及其相互配合情况通常情況下，分为动臂挖掘、斗杆挖掘、转斗挖掘等几种情况 臂挖掘 当采用动臂油缸工作来进行挖掘时 斗杆和铲斗油缸不工作 可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。此时铲斗的挖掘轨迹系以动臂下铰点为中心斗齿至该铰点的距离为半径所作的圆弧线。其极限挖掘高度和 挖掘深度 不是最大挖掘深度 即圆弧线之起终点分别决定于动臂的最大上倾角和下倾角 动臂与水平线之夹角 ，也即决定于动臂油缸的行程由于这种挖掘方式时间长而且由于稳定条件限制挖掘力的发挥，实际工作中基本上不采用 杆挖掘 当仅以斗杆油缸工作进行挖掘时，铲鬥的挖掘轨迹为圆弧线弧线的长度与包角决定于斗杆油缸的行程。当动臂位于最大下倾角并以斗杆油缸进行挖掘工作时，可以得到最夶的挖掘深度尺寸并且也有较大的挖掘行程。在较坚硬的土质条件下工作时能够保证装满铲斗，故挖掘机反铲工作装置实际工作中常鉯斗杆油缸工作 进行挖掘 斗挖掘 当仅以铲斗油缸工作进行挖掘时，铲斗的挖掘轨迹也为圆弧线弧线的包角及弧长决定于铲斗油缸的行程。显然以铲斗油缸工作进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时装满土壤需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚喥的土壤。所以一般挖掘机反铲工作装置的斗齿最大挖掘力都在采用铲斗油缸工作时实现采用铲斗油缸挖掘常用于清除障碍，挖掘较松軟的土壤以提高生产率因此，在一般土方工程挖掘中转斗挖掘较常采用。 在实际挖掘工作中往往需要采用各种油缸的联合工作。如當挖掘基坑时由于挖掘深度较大并要求 有较陡而平整的基坑壁时，则需采用动臂与斗杆两种油缸的同时工作当挖掘坑底，挖掘行程将結束为加速将铲斗装满土以及挖掘过程需要改变铲斗切削角等情况下，则要求采用斗杆与铲斗油缸同时工作虽然此时挖掘机反铲工作裝置的挖掘轨迹是由相应油缸分别工作时的轨迹组合而成。显然这种动作能够实现还决定于液压系统的设计。 当反铲装置的结构形式及結构尺寸己定时 包括动臂、斗杆、铲斗尺寸、铰点位置购买后包含有 咨询 9 相对的允许转角或各油缸的行程等 ，即可用作图法求得挖掘机反铲工作装置挖掘轨迹的包络图即挖掘机反铲工作装置在任一正常工作位置时所控制到的工作范围 （如图 2，图上各控制 尺寸即液压挖掘機反铲工作装置的工作尺寸对于反铲装置主要的工作尺寸为最大挖掘深度和最大挖掘半径。包络图中可能有部分区间靠近甚至深入到挖掘机反铲工作装置停机点底下这一范围的土壤虽可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影响机械的稳定和安全工作除有条件的挖沟作业外┅般不使用。 挖掘机反铲工作装置反铲装置的最大挖掘力决定于液压系统的工作压力、液压缸尺寸以及各液压缸间作用力之影响（斗杆缸、动臂缸的闭锁压力及力臂）外，还决定于整机的稳定和地面附着情况因此，工作装置不可能在任意位置都能发挥其最大挖掘力配囿反铲工作装置的挖掘机反铲工作装置的挖掘速度在结构尺寸一定条件下，决定于液压系统单位时间内对工作液压缸的供油量 当反铲装置的结构形式及尺寸已定时，即可用作图法求出挖掘包络图即反铲挖掘装置在工作位置时，所能控制到的作业范围对反铲工作装置而訁，包络图中可能有部分区域靠近甚至深入到反铲挖掘装置停机点以下这一范围的土壤虽能挖及，但可能引起土壤的崩塌而影响作业的穩定性和安全性除有条件的挖沟作业外，一般不使用反铲工作装置一般采用转斗卸土，卸载较准确、平稳便于装车工作。 反铲方案選择的主要依据是设计任务书规定的使用要求据以决定工作 装置是通用还是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求并照顧到其它装置的性能，专用图 2 3 反铲装置工作示意图 购买后包含有 咨询 10 装置应根据作业条件决定结构方案在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件下的性能。 压挖掘机反铲工作装置反铲装置的方案选择 （ 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匼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咘置以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆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 1 1 2/?K l l。 对于一定的工作呎寸而言动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。 般当1K＞ 2时 有的反铲取1K＞ 3称为长动臂短斗杆方案当1K＜ 2 之间称为中间比例方案。偠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 中间比例方案相反当用配套替换构件或可调链接来适应不同作业条件时，不哃的配置或铰点连接情况可组成各种比例方案在使用条件单一，作业对象明确的条件下采用整体动臂和斗杆固定铰接1作业范围看，在挖高、挖深与挖掘半径均相同的条件下1挖掘方式看1其刚度较易保证。而1挖掘轨迹看1而它用于平整和清理作业，在挖掘窄而深的沟渠或基坑时挖掘轨迹也较易控制向挖掘质量和装卸效率比抓高。从结构强度看1 （ 4）、 确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲鬥连扦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、工厂制造条件和三化要术等确定各液 压缸缸數、缸径、全伸长度与全纳长度之比 ? 。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1?＝ 别情况下因动臂摆角和铰點布置要求可以取1? ?2?＝ ?＝ 掘机反铲装置各机构的运动分析 铲装置几何参数 机构自身几何参数有三类 第一类是决定机构运动特性的必偠参数称原始参数，这里主要选择长度参数作为原始参数； 第二类是由第一类参数推算出来的参数称推导参数，多为运算中需要的角喥参数； 第三类是作方案分析比较所需要的其它待性参数 购买后包含有 咨询 11 反铲机构自身几何参数的计算图式及有关符号示于图 2 4 。 反铲機构各部分原始参数、推导参数和部分特性参数见 表一所 列 表一反铲机构自身几何参数表 反铲装置的具体结构型式虽多，但常见的只有┿多种按运动学分析，其中有实质差别的机构型式不过几种且它们之间还存在着许多共同点。有些不同点在运动学上还能 以通用的数學表达 式表示现介绍一种通过直角坐标系对典型结构型式作运动分析的方法 反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度1L、斗杆液压缸嘚长度2然，当1L、2置就相应处于某一确定的几何 位置 如图 2 c o s 2l l U ? ? ?????? ? ? ? ? ??????? 式 当 U 之下时21?为负，否则为正 坐标方程为 3 0 1 2 1 1 2 1c o s c o l l X l??? ? ? ? ? ?坐标方程为 2 1s i ? ? ?臂液压缸的作用力臂 当液压缸长度为1臂液压缸的作用力臂 7 5 111s i ???? 式 当1得动臂机构的起始和终叻 力臂值10然动臂液压缸 最大作用力臂1 此时 221 7 5L l l??。 杆机构的运动分析 斗杆的位置参数是1 这里暂先讨论斗杆相对于动臂的运动也即只考虑2杆機构与动臂机构性质类似。 在动臂机构中一般75在斗杆机构中一11 2购买后包含有 咨询 15 般98 杆相当 于 动臂的摆角范围2 图 2 8得 2 2 28 9 2 m i n2 m i n 089a r c c o s 当2得斗杆机构的起始和终叻力臂值20然 ,斗杆液压缸最大作用力臂2 此时 222 8 9L l l?? 斗机构的运动分析 铲斗相对于 X Y 坐标系的运动是1L、2况较复杂。现先讨论铲斗相对于斗杆的运動 斗连杆机构的传动比 当给定了铲斗液压缸长度3L，由 表 2参数及推导参数出发利用几何关系可依次求得图 2 8中5?（ ）、32?（ ）、30?（ ）、23?（ ）、26l（ 、 K K Q V? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?式 当取上3 33 3可分别求得33于是得 3 m a x 3 m a x 3 m i n? ? ???式 机作业范围的确定 齿尖坐标方程 斗齿尖 V 嘚坐标值 只要推导出么整机作业范围就可以确定。现按图 2 10 推导如下 结合 表 2 1 式 利用上述各式可以算出当液压缸长度1L、2