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三节臂轮式液压挖掘机22464

2019-04-24 04:36 admin

  TRANSPOWORLD 2010No.15 (Aug)44C ONSTRUCTION EQUIPMENT三节臂轮式液压挖掘机机械广场概述近年来工程机械市场发展迅速,尤其是液压挖掘机的发展更加明显, 不仅仅是数量的增加, 履带式挖掘机和轮胎式挖掘机的工作装置也出现了一些变化。 一般的工作装置是由动臂、 斗杆、铲斗、 摇臂、 连杆、 动臂油缸、 斗杆油缸、 铲斗油缸、 各种销轴和相应的钢管和高压软管组成, 见图1 。 为了防止铲斗满载且提升停留 时动臂油缸过快下沉, 并防止动臂油缸软管突然爆裂时出现铲斗猛然砸向地面的危险情况发生, 在动臂油缸上还装有动臂保持阀, 其中动臂一般是一个焊接...

  TRANSPOWORLD 2010No.15 (Aug)44C ONSTRUCTION EQUIPMENT三节臂轮式液压挖掘机机械广场概述近年来工程机械市场发展迅速,尤其是液压挖掘机的发展更加明显, 不仅仅•☆■▲是数量的增加, 履带式挖掘机和轮胎式挖掘机的工作装置也出现了一些变化。 一般的工作装置是由动臂、 斗杆、铲斗、 摇臂、 连杆、 动臂★-●=•▽油缸、 斗杆油缸、 铲斗油缸、 各种销轴和相应的钢管和高压软管组成, 见图1 。 为了防止铲斗满载且提升停留 时动臂油缸过快下沉, 并防止动臂油缸软管突然爆裂时出现铲斗猛然砸向地面的危险情况发生, 在动臂油缸上还装有动臂保持阀, 其中动臂一般是一个焊接的结构件, 见图2。 其一端铰接于平台上, 另一端与斗杆连接, 中间与动臂油缸铰接。 这种整体式动臂制造较简单, 受力较好, 成本较低, 但是它前后交点的位置无法改变。 在挖掘过程中 , 经常会遇到土壤软硬程度不同、 挖掘阻力不同, 为了提高生产效率, 人们希望挖软土时, 斗容量选大的, 且挖掘范围较大; 挖硬土时, 斗容量也选大的, 但挖掘范围能调小一些,而 这种 整 体式动 臂却 难以 满足要求。 于是, 人们又开发了 组合式动臂, 即把动臂分成上动臂和下动臂两个部件, 见图3。图 3所示的 下动臂与上动臂可用两只销轴插入在下动臂的不同孔位, 从而获得上动臂不同伸长和上下动臂不同弯角的6种连接位置, 以适应不同的挖掘工况。 换位工作可以在工地通过油缸和▪▲□◁行走来进行。 其具有以下特点:组合臂可调, 较适用于不同作业工况和作业范围且机具较缺乏的场所。但结构复杂, 自重较大, 强度刚性相对较差。组合臂的上动臂可改装不同的替换装置, 能适应各种工况的要◇=△▲求。轮胎式挖掘机行驶速度较高, 组合臂收缩后可减少振动和转弯半径, 或拆去上臂可减小运输长度。对于中 型挖掘机, 动臂油•●缸一般采用两只, 分列于动臂下方左右侧。 图3动臂缸的活塞杆端铰轴采用双支承短轴结构, 这种轴左右分开, 油缸的上下支承也采用关节轴承。 这样, 动臂和平台的镗孔误差和焊接变形均不影响油缸的伸缩和动臂的升降, 但结构比图2复杂, 成◆▼本较高。 图2中所示的动臂缸活塞杆端铰结构采用悬臂支承通轴, 球铰文/许 斌图1图2 2010年第15期《交通世界》 45(8月上)轴承也简化为轴瓦, 主要由加工工艺保证各轴线之间的形位公差, 同时采用端面垫片以作补偿。 实践证明, 这种结构较为经济实用。动臂与斗杆的铰接处以及图3中上下臂的连接处和下臂上端的叉形开口 ,是强度最弱的◆●△▼●部位。 在侧向和偏心挖掘力或回转起制动的惯性力作用下, 叉形开口 和下臂开口 的根部受弯、 扭、 拉剪复合应▽•●◆力, 极易开裂或变形, 故此处结构的板厚、 焊缝断面的选择要慎重。这种组合臂虽然可调节, 但是需要现场拆装, 不够方便, 有时甚至需要起重设备帮助才能完成。三节臂轮式液压挖掘机的研发针对上述情况, 2006年我们研发了三节臂轮式液压挖掘机, 见图4。 这种挖掘机的下动臂的和上动臂通过一根销轴连★△◁◁▽▼接, 并且在下动臂的腹部和上动臂的下部之间设计了一个组合臂油缸。通过这个油缸来调节上下动臂之间的角度, 能实现无级调整, 可调范围达45度。 这种三节臂轮式液压挖掘机与装有前两种工作装置的轮式液压挖掘机相比, 具有以下优点:在施工过程中可以随时根据工况来调节动臂的整体长度, 操作十分方便, 快捷, 不▲=○▼需拆装。由 于轮胎式挖掘机行驶速度较高, 上动臂收回 后, 整个工作装置的重心后移到前轮之内 , 当 遇到紧急刹车时, 驾驶员不会感到有向 前翻车的恐惧感, 更安全。上动臂收回后, 整机长度变短,转弯半径减小, 更加灵活机动, 行驶震动也变小。可以扩大整机的最大垂直挖掘深度。换句 话说: 可以在较小的 开挖面积下达到较大的深度。这种三节臂轮式液压挖掘机很受欧洲客户 的 欢迎, 我们研制的 当 年就小批出 口到波兰等国 家, 并取得了 国 家专利证书。而在国 内 由 于价格原因 , 大部分客户 都选择价格便宜的 整体臂轮式液压挖掘机。 由于客户 的 要求差异很大, 所以要把这种动图3图4 TRANSPOWORLD 2010No.15 (Aug)46C ONSTRUCTION EQUIPMENT机械广场臂与平台的连接尺寸和动臂与斗杆的连接尺寸做的与整体动臂的相应尺寸完全相同 , 以保证两种形式的动臂可以互换。 这种动臂缸的活塞杆端铰轴类似图3, 采用双支承短轴结构, 但是没有关节轴承, 关节轴承也简化为轴瓦, 主要由 加工工艺保证各轴线之间的形位公差。 动臂部分见图5, 应注意事项如下:下动臂与回转平台的连接尺寸必须与整体臂的连接尺寸相同。上动臂与斗杆的连接尺寸必须与整 体臂 的 连 接 尺寸相同。动 臂 油缸 、 斗 杆 油 缸 的尺寸 必 须 与 整 体臂 的 连 接 尺寸 相同。组合臂油缸的 闭 锁 拉 力 必 须满 足铲 斗 挖 掘 力的要求。下动臂与动臂 油 缸 的 连 接 支承 座 和 侧 板必 须有足够的强度。为了在上动臂收回时铲斗不碰司机室, 上动□◁臂要适当增加长度。我们后来又做了 再次改进, 见图6。 改进后的特点如下:上动臂与下动臂的连接销和动臂油缸的上销轴是同一根轴, 这样下动臂上就减少了原来安装动臂油缸的两侧各两个孔及支承座, 既节省了材料, 又节约了焊接工时和镗孔工时。原来的下动臂上的油缸支承座是在伸出的两侧厚板上各焊接一个支承座并镗两个孔, 动臂油缸的作用力分别通过两侧的短销轴传给两侧厚板, 再由两个侧板传给下动臂的上销轴。 在工作过程中, 这两个侧板不断受到动臂油缸的推拉作用而产生交变弯曲应力, 日 积月累会使两个侧板产生疲劳破坏而开裂。要想保证不破坏, 必须△▪▲□△加到足够的厚度, 但是由于受到空间尺寸的限制, 往往加不上去。 改成新结构后, 两个侧板悬伸长度大大缩短, 并且两侧的动臂油缸作用力是通过同一根销轴直接传给上动臂, 力流传递路线大大缩短, 只要销轴有足够的强度, 两个侧板基本不受•□▼◁▼弯曲应力。 因此, 下动臂的结构件寿命大大延长。由于仍然使用原来的动臂油缸,当下动臂后仰到最高位置时, 如图6姿态, 运输高度也大大降低了, 通过性变得更好。由于行驶时下动臂后仰到接近最高位置, 司● 机的右前方不受动臂的遮挡, 视野更加开阔。关于强度计算的几点建议由于挖掘机在不同的工况下所受的载荷完全不同, 要设定几种工况分别计算。工况1 见图7。 下动臂与平台的连图5图6 2010年第15期《交通世界》 47(8月上)接铰点和动臂油缸与平台的连接铰点的连线与动臂油缸的轴线垂直, 组合动臂油缸缩到最短, 斗杆与斗杆油缸的连接铰点和动臂前铰点的连线与斗杆油缸的轴线垂直, 铲斗油缸的轴线与摇臂的两个铰点连线垂直, 此时铲斗挖掘力 最大。 计算步骤如下:第一步以整机为独立体, 以前支腿与地面的接触地面中 心点为 转动中心, 根据对该点的力矩之和等于零, 先求出机器各个部分的重量和重心的位置, 之后可以求得铲斗挖掘力 。 需要注意, 在方案设计阶段, 工作装置的尺寸还没有完全确定下来, 这时只能对照类似机型粗略估计重量和重心的位置, 待工作装置的尺寸完全确定并设计好之后, 再反过来校核一遍。第二步以整个工作装置为独立体, 根据上一步求得的铲斗挖掘力, 以下动臂与平台的连接铰点的连接销的中心点为△▪▲□△转动中心, 根据对该点的力矩之和等于零, 可以求出动臂油缸的闭锁拉力。 再根据液压系统动臂油缸设定的二次压力, 以及动臂油缸的缸径和杆径, 就可以验证动臂油缸是否真正能够达到闭锁要求。第三步以上动臂至铲斗的部分为独立体, 以上动臂与下动臂的连接销的中心点为转动中心, 根据对该点的力矩之和等于零, 可以求出组合动臂油缸的闭锁拉力。第四 步根据液压系统组合动臂油缸设定的二次压力, 可以求出组合动臂油缸的小腔面积, 并可以选取确定组合动臂油缸的缸径和杆径。第五步以斗杆至铲斗部分为独立体, 根据前面求得的铲▪•★斗挖掘力, 以斗杆与上动臂的连接销的中心点为转动中心, 根据对该点的力矩之和等于零, 可以求出斗杆油缸的闭锁推力。 根据液压系统斗杆油缸设定的二次压力, 可以求得斗杆油缸的大腔面积, 并可以计算确定斗杆油缸的缸径和杆径。第六步根据前面求得的铲斗挖掘力及四连杆机构的具体尺寸, 可以求得铲斗油缸的最大推力。 根据液压系统铲斗油缸的设定压力, 可以求得铲斗油缸的大腔面积, 并可以确定铲斗油缸的缸径和杆径。工况2见图8。 下动臂与平台的连接铰点和动臂油缸与平台的连接铰点的连线与动臂油缸的轴线垂直, 组合动臂油缸缩到最短, 斗杆与斗杆油缸的连接铰点和动臂前铰点的连线与斗杆油缸的轴线垂直, 斗杆与动臂的连接铰点、 斗杆前铰点和铲斗齿尖在一条直线上。 此时铲斗挖掘力不是最大, 但是力的方向◆◁•改变后, 对其他点的力臂加大, 如X-X截面的中点, 总的截面弯矩可能增大。可参照工况1 中的六个步骤计算各力 。选两种工况下力较大值和弯矩较大值的情况, 进▼▼▽●▽●行相应的危险截面强度计算。这样计算的结果才比较安全可靠。整机的 工作范围◇…=▲ 包络图 见图 9。可以看出 , 这种挖掘机的铲斗能够挖到下车架的任何部位, 因 此在产品的使 用 说 明 书 中 一 定 要 明 确 说 明 这 一点, 提醒客户 小心操作和驾驶, 不要自 己把自 己给挖坏了 , 或组合臂油缸与下车架相碰。随着国家经济的飞速发展, 欧洲国家今天的需求就是我们国内明天的市场。 我们坚信这种三节臂轮式液压挖掘机不仅在出口 上受欢迎, 将来国内也会大量使用。作者单位: 合肥振宇工程机械有限公司图7图8图9

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