单斗正铲液压挖掘机工作装置设计.doc

单斗正铲液压挖掘机工作装置设计
正铲液压挖掘机工作装置设计
摘要
液压挖掘机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械,作为工程机械的主力机种。由于液压挖掘机具有多品种,多功能,高质量及高效率等特点,因此受到了广大施工作业单位的青睐,其生产制造业也日益蓬勃发展。
液压挖掘机主要有发动机、液压系统、工作装置、回转装置、行走装置和电器控制等部分组成。本文主要研究其工作装置。
挖掘机的主要工作就是土壤的挖掘。工作装置是直接完成挖掘任务的装置,许多挖掘机发达的国家广泛采用新技术、新方法来不断地提高液压挖掘机的作业性能和生产率。正铲装置的各组成部分有各种不同的外形,要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。然后,在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算,确定各机构尺寸参数,确定挖掘机正铲装置的基本轮廓。
挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标,对其分析计算至关重要。挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关,而挖掘力则受众多条件限制,危险工况的分析是关键点。在挖掘力分析基础上,可对各杆件铰接点进行力的分析计算,并进行机构设计的合理性分析。
关键词:正铲挖掘机,工作装置,平面连杆机构,运动分析
第二章液压正铲挖掘机工作装置的总体设计
液压正铲挖掘机的基本组成和工作原理
液压正铲挖掘机由工作装置,上部转台和行走装置三大部分组成,如图 所示。其中上部转台包括动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室;工作装置由动臂、斗杆、铲斗及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成,如图 所示。
图 液压正铲挖掘机的基本组成
图 液压正铲挖掘机工作装置
挖掘作业时,操纵动臂油缸使动臂下降至铲斗接触挖掘面,然后操纵斗杆油缸和铲斗油缸,使斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后,操纵动臂油缸,使铲斗升高离开挖掘面,在回转马达的驱动下,使铲斗回转到卸载地点,然后操纵斗杆和铲斗油缸使铲斗转动至合适位置,再回缩开斗油缸转动铲斗,使斗前、斗后分开卸载物料。卸载后,开斗油缸伸长使斗前、斗后闭合,将工作装置转到挖掘地点进行第二次循环挖掘工作。转移工作场地时,操纵行走马达,驱动行走机构完成移动工作[4]。
在实际挖掘作业中,由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同,反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的理想过程。
工作装置结构方案的确定
正铲工作装置的构造:正铲工作装置由动臂、斗杆、铲斗、工作液压缸和连杆机构等组成。动臂是焊接的箱形结构,由高强度钢板焊成,也有的是铸造的混合结构,和反铲工作装置相比,正铲动臂较短且是单节的。动臂下端和转台铰接,动臂油缸一般为双缸,在布置上动臂的下铰点高于动臂油缸的下铰点且靠后。这种布置方案能保证动臂具有一定的上倾角和
下倾角,以满足挖掘和卸载的需要,
同时也保证动臂机构具有必要的提升力矩和闭锁力矩。
斗杆也是焊接箱形结构或铸造混合结构。斗杆的一端与动臂的上端铰接,斗杆油缸的两端分别与动臂和斗杆的下缘铰接,形成了斗杆机构。由于正铲常以斗杆挖掘为主,这样的结构布置适合于向前推压,液压缸大腔进油可以发挥较大的挖掘力。
正铲斗铰接在斗杆的端部,铲斗油缸的两端分别与斗杆中部和连杆装置连接,形成转斗机构,一般为六连杆机构。有时铲斗缸的活塞杆直接和铲斗铰接形成四连杆机构。
挖掘机正铲的铲斗根据结构和卸土方式可分为前卸式和底卸式两大类。前卸式铲斗卸土时直接靠铲斗油缸使斗翻转,土镶从斗的前方卸出。这种构造简单,斗体是整体结构,刚度和强度都比较好,并且不需要另设卸土油缸,但是为了能将土卸尽,要求卸土时前壁与水平夹角大于45度,因而要求铲斗的转角加大,结果导致所需的铲斗油缸功率增加,或者造成转斗挖掘力下降或卸土时间延长。此外,前卸式铲斗还影响有效卸载高度。
底卸式铲斗靠打开斗底卸土。所示的铲斗是靠专门的油缸起闭斗底。挖掘时斗底关闭,卸土时斗底打开,土城从底部卸出。这类结构的卸土性能较好,要求铲斗的转角也小,但必须增设卸土油缸,此外,斗底打开后也影响到有效卸载高度。这类开斗方式现在已少用,目前挖掘机上采用较多的是另一种底卸式铲斗,铲斗由两半组成,靠上部
的铰连接。卸土油缸装在斗的后壁中。油缸收缩时通过杠杆系统使斗前壁(顺板)向上翘起,将土壤从底部卸出。用这种方式卸载,卸载高度大,卸载时间较短,装车时铲斗得以更靠近车休并且还可以有控制地打开额板,使土或石块比较缓慢地卸出,因而减少了对车辆的撞击,延长了车辆的使用寿命。另外这种斗还能用于挑选石块,很受欢迎,但铲斗的重量加大较多,因而在工作装置尺寸、整机稳定性相同的情况下斗容量有所减少,并且由于斗由两部分组成,受力情况较差