液压挖掘机的工作原理及生产率

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1、液压挖掘机的工作原理及生产率液压挖掘机工作原理分三个方面说明即土壤切削，整机稳定性及液压系统与液压元件的工作原理。关于液压系统与液压元件在以后的章节中说明。一土壤切削1．挖掘阻力挖掘阻力是指铲斗在挖掘过程中所遇到的土壤阻力，通常近似的认为它作用在斗尖上，并可依照挖掘轨迹的切线方向分解切向阻力Pt和法向阻力Pn。目前的粗略算法为：Pt＝σbcPn＝ψPt式中：σ为挖掘比阻力，由试验确定；b为斗宽；c为切削厚度；ψ为系数，由试验确定。2．挖掘功当不计土壤的松散系数和铲斗的装满系数时，为了在一定的挖掘行程中能装满铲斗，应有q＝bcL式中

2、：L为挖掘行程；q为斗容量；c为切削厚度。所以Pt＝σ×b×c＝σq／L即挖掘功：PtL＝σq在挖掘过程中，Pn不做功，只有Pt做功，简称为挖掘功。当挖掘对象的土壤等级和铲斗容量以确定时，就可由上式来确定挖掘功PtL。3.液压缸所做的功根据能量守恒定律，当不计损失时，液压缸在其行程上所做的功应等于挖掘功。即Fᇞl≥PtL＝σ×q式中：F为液压缸的最大推力；ᇞl为液压缸的行程。上式是选择液压缸缸径的主要以据，对于反﹑正铲工作装置上式都是适用的。4.应用情况若土壤等级和铲斗容量都相同，则液压缸所做的功也应相同。但在选择液压缸的缸径和行

3、程上，各公司都具有自己的特点，见表1——2。液压缸推力大小为F＝Pa式中：p为工作压力；A为液压缸面积。表1——2缸径与行程比较表公司名称液压缸面积A液压缸行程ᇞl德马可大小Komatsu小大利勃海尔中中液压缸面积A大，推力F也大工作装置受力恶劣，焊接遇到的问题也增多。若液压缸面积A小，行程ᇞl大，则液压缸刚度就差，易弯曲。因此，在设计时要综合考虑各种因素。根据实践经验，挖掘机铲斗最小挖掘力值与铲斗宽度有关，每米斗宽最小需10吨以上的力，铲斗才能插入土中完成挖掘作业。铲斗挖掘力与斗杆挖掘力和整机重量有关，而铲斗挖掘力与斗杆挖掘力也

4、有一定的比例关系：Fb／W＝0.53～0.65Fa／Fb＝0.73～0.85式中：Fa为斗杆挖掘力；Fb为铲斗挖掘力；W为整机重量。二反铲工作装置的传动计算1.反铲斗与液压缸的连接方式见图1--2⑴图1——2（a）所示，铲斗缸直接绞接于铲斗上，由铲斗，斗杆及铲斗缸组成四连杆机构，一般铲斗转角较小，工作力矩变化较大，一般不采用。图1——2反铲斗与液压缸的连接方式⑵图1—2（b）转角小，挖掘力大，工作力矩变化较小，多数中小机型采用此方式。日本机型中摇杆1是直的，在欧洲机型上如利勃海尔和小型挖掘机上多用弯曲的。⑶图1—2（c）铲斗转角超

5、前一个角度，同时也具有（b）方式的优点。在利勃海尔早年机型上多有采用。⑷图1—2（d）在油缸行程相同时，此方式转角更大，但挖掘力小，而力矩变化较大，目前较少采用。2.反铲挖掘力的计算图1——3为反铲挖掘力计算简图。下面分别计算斗杆缸理论挖掘力和铲斗缸理论挖掘力（破碎力）：斗杆缸理论挖掘力Fa可用下式计算图1——3反铲挖掘力的计算简图Fa＝Fsa／b式中：Fa为斗杆缸理论挖掘力；Fs为斗杆缸推力；a、b为力臂值。铲斗缸理论挖掘力（破碎力）为Fb＝Flce／dr式中：Fb为铲斗缸理论挖掘力；Fl为铲斗缸推力；c﹑e﹑d﹑r为力臂值。说

6、明：如果各力臂值未知时，则可在挖掘机上进行如图1——3所示的位置的实测或用比例作图法求出。反铲装置采用斗杆缸（或铲斗缸）进行挖掘，所得的理论挖掘力不考虑下列因素：a.工作装置自重和土重；b.液压系统和连杆机构的效率；c.工作液压缸背压。3．反铲斗容量的计算反铲斗容量的计算简图如1—4所示。其计算公式分别为：1，按SAE标准的斗容量V1（安息角1／1）V1＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／4－b13／122，按CECE标准的斗容量V2（安息角2／1）V2＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／8－b13／24式中：A为斗开口长度；b1为前

7、面内宽度；b2为斗底处宽度；F为铲斗横截面积。三挖掘机的稳定性1．适用范围本计算适用于带有相应装备的，使用于挖掘机作业范围内的液压挖掘机。本计算不适用于进行起重作业的液压挖掘机。2．稳定性验证的条件液压挖掘机的稳定性（防止倾覆的安全性）是通过计算加以验证的。这种验证适用于挖掘机放置在水平停机面上。3．稳定性的计算在计算稳定性时要使用下列计算力值代替实际的重力值，即K1E＝1.10Ek2N＝1.25N式中：E为当挖掘机处在最大作业半径时，超出在倾覆线之外的该机作业装置的另部件的重力；N为有效载荷（土，石方）的重力；K1为工作装置自重

8、系数；K2为有效载荷系数。现以图1—5反铲挖掘机为例，也适用于正铲挖掘机。同时，适用于履带式及轮胎式挖掘机。稳定性＝稳定力矩／倾覆力矩＝(Gr··S－1.10El)／1.25Nn≥1式中：S为倾覆线间距离；G为主机自重，G＝Gl＋Gr；D为整机自重