液壓挖掘機工作原理——專業(yè)術(shù)語解釋

lisong8891

一  土壤切削
$ p% F% }( E; B5 |) l. ]" Y" n/ Z
( Q, K) y% O2 O, H7 `7 U　　1．挖掘阻力

　　挖掘阻力是指鏟斗在挖掘過程中所遇到的土壤阻力，通常近似的認為它作用在斗尖上，并可依照挖掘軌跡的切線方向分解切向阻力Pt和法向阻力Pn 。目前的粗略算法為：

　　Pt＝σbc            Pn＝ψPt
　　式中：σ為挖掘比阻力，由試驗確定；b為斗寬；c為切削厚度；ψ為系數(shù)，由試驗確定。

　　2．挖掘功
( c, O" p0 v# i. L8 t! c' Q　　當不計土壤的松散系數(shù)和鏟斗的裝滿系數(shù)時，為了在一定的挖掘行程中能裝滿鏟斗，應有

  {& C( H3 W9 A- _: b　　q＝bcL
6 r$ D" W3 ]- W$ E2 ^5 p: H3 ]9 w% ] 　　式中：L為挖掘行程；q為斗容量；c為切削厚度。
　　所以         
　　Pt＝σ×b×c＝σ q／L
5 C( x6 k; \  M4 e6 ^' O, |  　即挖掘功 ：  Pt L＝σq
  　在挖掘過程中，Pn不做功，只有Pt做功，簡稱為挖掘功。當挖掘?qū)ο蟮耐寥赖燃壓顽P斗容量以確定時，就可由上式來確定挖掘功PtL。
1 }+ Y1 e- p1 p) r6 K2 T( F9 a
　　3. 液壓缸所做的功
' r5 J9 V4 i2 D2 N7 X$ s* B  　根據(jù)能量守恒定律，當不計損失時，液壓缸在其行程上所做的功應等于挖掘功。
即              F△l≥PtL＝σ×q
8 e7 X& L/ L7 N: t. K　　式中：F為液壓缸的最大推力；△l為液壓缸的行程。
3 F, [( q( b- s) h- O1 z1 o　　上式是選擇液壓缸缸徑的主要以據(jù)，對于反、正鏟工作裝置上式都是適用的。

3 Q/ k$ P5 a# U- m, i6 R　　4. 應用情況
5 h+ X" y! q( ?; C  　若土壤等級和鏟斗容量都相同，則液壓缸所做的功也應相同。但在選擇液壓缸的缸徑和行程上，各公司都具有自己的特點，見表1——2。
  　液壓缸推力大小為
                  F＝Pa
　　式中：p為工作壓力；A為液壓缸面積。
# k- t% n& w- {+ \* u
- H6 Z7 S8 `: ]6 Q( b  G$ q& {& N2 k
表1——2  缸徑與行程比較表
9 [- I3 V+ z. [" c7 ?公司名稱 液壓缸面積A 液壓缸行程△l
德馬可 大 小
Komatsu 小 大
利勃海爾 中 中
　　液壓缸面積A大，推力F也大工作裝置受力惡劣，焊接遇到的問題也增多。若液壓缸面積A小，行程△l大，則液壓缸剛度就差，易彎曲。因此，在設(shè)計時要綜合考慮各種因素。
7 ?) J+ Z6 [& Q: R! E% ?
0 _9 ^. W+ l# J3 N5 C  　根據(jù)實踐經(jīng)驗，挖掘機鏟斗最小挖掘力值與鏟斗寬度有關(guān)，每米斗寬最小需10噸以上的力，鏟斗才能插入土中完成挖掘作業(yè)。
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( _# [2 j2 u" K. R" A  　鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力和整機重量有關(guān)，而鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力也有一定的比例關(guān)系：

8 s) Q0 \4 E% C2 z; M6 A% GFb／W＝0.53～0.65           Fa／Fb＝0.73～0.85
+ ~0 [( ?6 I* C; P3 i7 I1 N式中：Fa為斗桿挖掘力；Fb為鏟斗挖掘力；W為整機重量。
二 反鏟工作裝置的傳動計算
1 i* C5 j( Q6 Q' h+ M+ w, ^  K
　　1. 反鏟斗與液壓缸的連接方式 見圖1--2
⑴ 圖1——2（a）所示，鏟斗缸直接絞接于鏟斗上，由鏟斗，斗桿及鏟斗缸組成四連桿機構(gòu)，一般鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大，一般不采用。

圖1——2 反鏟斗與液壓缸的連接方式
3 @, @$ F+ w# Z. @. C- y6 W

. s  j& B5 n5 d( k
7 G. B1 a0 ^0 w; E: t) k ⑵圖1—2（b）轉(zhuǎn)角小，挖掘力大，工作力矩變化較小，多數(shù)中小機型采用此方式。日本機型中搖桿1是直的，在歐洲機型上如利勃海爾和小型挖掘機上多用彎曲的。
4 n( s! Y$ }& m4 k8 O ⑶圖1—2（c）鏟斗轉(zhuǎn)角超前一個角度，同時也具有（b）方式的優(yōu)點。在利勃海爾早年機型上多有采用。
7 m$ Q4 Q5 X, |" E  d ⑷圖1—2（d）在油缸行程相同時，此方式轉(zhuǎn)角更大，但挖掘力小，而力矩變化較大，目前較少采用。

8 h! e- v$ W/ q" A. k　　2. 反鏟挖掘力的計算
/ p. N' F1 i/ E9 l$ D3 x
　圖1——3為反鏟挖掘力計算簡圖。下面分別計算斗桿缸理論挖掘力和鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）：
斗桿缸理論挖掘力Fa可用下式計算

& s, f  I: c+ v* C% G1 d! B圖1——3 反鏟挖掘力的計算簡圖
5 Y1 E6 J& O0 ]# R3 R
3 e5 y5 a. `) m$ z9 F7 n- l( a$ K　　Fa＝Fsa／b
　　式中：Fa為斗桿缸理論挖掘力；Fs為斗桿缸推力；a、b為力臂值。
　　鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）為
. S$ C0 V, Y! S. N1 I
Fb＝Fl ce／d r
　　式中：Fb為鏟斗缸理論挖掘力；Fl為鏟斗缸推力；c、e、d、r為力臂值。
1 P9 `. I( @: j( I6 E. N4 U: R　　說明：如果各力臂值未知時，則可在挖掘機上進行如圖1——3所示的位置的實測或用比例作圖法求出。

, _' z; }/ ^1 e  R2 I3 H 　　反鏟裝置采用斗桿缸（或鏟斗缸）進行挖掘，所得的理論挖掘力不考慮下列因素：a.工作裝置自重和土重；b.液壓系統(tǒng)和連桿機構(gòu)的效率；c.工作液壓缸背壓。

　　3．反鏟斗容量的計算
　　反鏟斗容量的計算簡圖如1—4所示。其計算公式分別為：
5 f0 Y  n, K! O4 l, X0 F0 x* [
5 J% \) E( v- A　　1，按SAE標準的斗容量V1（安息角1／1）
V1＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／4－b13／12
1 e$ B) r1 A0 l9 m+ u, `: m* g
　　2，按CECE標準的斗容量V2（安息角2／1）

V2＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／8－b13／24
* e9 o0 q6 D  h" V+ B6 N& w2 n
　　式中：A為斗開口長度；b1為前面內(nèi)寬度；b2為斗底處寬度；F為鏟斗橫截面積。
三 挖掘機的穩(wěn)定性
0 t% ^( I8 q+ d% N$ w4 S- Z+ F
6 X0 f; m" o8 P8 Z" N+ [　　1． 適用范圍
( ?8 b, u+ ^2 U5 i　　 本計算適用于帶有相應裝備的，使用于挖掘機作業(yè)范圍內(nèi)的液壓挖掘機。本計算不適用于進行起重作業(yè)的液壓挖掘機。
& M7 U5 t5 g& a- @7 N! e6 _
　　2． 穩(wěn)定性驗證的條件
: g2 X" z& q4 U7 Y' ~' o　　液壓挖掘機的穩(wěn)定性（防止傾覆的安全性）是通過計算加以驗證的。這種驗證適用于挖掘機放置在水平停機面上。

　　3． 穩(wěn)定性的計算
$ V* V2 x# w: {% r/ ^ 在計算穩(wěn)定性時要使用下列計算力值代替實際的重力值，即
K1E＝1.10E k2N＝1.25N
6 [0 I; A& K4 ~/ d4 p　　式中：E為當挖掘機處在最大作業(yè)半徑時，超出在傾覆線之外的該機作業(yè)裝置的另部件的重力；N為有效載荷（土，石方）的重力；K1為工作裝置自重系數(shù)；K2為有效載荷系數(shù)。
1 q- B" ]5 P8 c　　現(xiàn)以圖1—5反鏟挖掘機為例，也適用于正鏟挖掘機。同時，適用于履帶式及輪胎式挖掘機。

穩(wěn)定性＝穩(wěn)定力矩／傾覆力矩＝(Gr••S－1.10El)／1.25Nn≥1
, ^" s" z" x) _6 i# e

　　式中：S為傾覆線間距離；G為主機自重，G＝Gl＋Gr；D為整機自重，D＝Dl＋Dr；E為工作裝置自重，E＝D－G；l為重心間距，l＝(Dr－Gr)S／E；N為有效載荷；n為最大幅度。
' Q7 j4 h" B! |: a. U- Y; I: Q四 生產(chǎn)率

% ?6 I5 j: H7 [# q% @4 O　　生產(chǎn)率是液壓挖掘機的主要技術(shù)經(jīng)濟指標之一，它表示在單位時間內(nèi)從掌子面中挖掘出并卸到運土車上或棄土堆的土方體積。通常以每小時挖多少立方米為單位，在工地上也有用臺班或晝夜挖出的土方體積來表示的。
一般有三種生產(chǎn)率的概念。
% Z) T. U  h1 a8 N% E2 { 1．理論生產(chǎn)率

　理論生產(chǎn)率是指一臺挖掘機在“計算條件”下連續(xù)工作一小時的生產(chǎn)率�！坝嬎銞l件”可取為：
/ S2 ~2 u6 Y9 R- x3 A+ E4 N' m: E
' R9 w: ?8 u1 I' ?. B　�。�1）司機操作熟練，充分考慮機械作單一動作時合流供油和作復合動作的可能性，如動臂生降可與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)同時進行，動臂和斗桿油缸單獨工作時可以合流供油等。

　�。�2）選擇最經(jīng)常出現(xiàn)的工作條件和平均工作尺寸。如取最經(jīng)常挖掘的土壤作為計算土壤。對反鏟來講，取最大挖掘深度的一半作為計算挖掘深度，取裝車高度或棄土堆的平均高度作為計算用卸土高度，取90°作為轉(zhuǎn)臺單向回轉(zhuǎn)角度等。
6 b8 F# s) G% o- A
7 H& e' ]3 [4 n3 Q  x　　（3）掌子面、運輸車（棄土堆）與挖掘機之間的相互位置恰當，運輸車選擇合理，配合良好。
理論生產(chǎn)率按下式計算：
/ `6 Z0 E% U: z( I6 J  B. j! y
- ?: L. \* F4 X8 Q Q＝60qn （立方米／小時）
式中：Q為理論生產(chǎn)率；n為每分鐘工作循環(huán)次數(shù)的理論值；q為鏟斗幾何容量（立方米）

2 l. i  V* o2 y$ K6 J. f8 r+ c　　技術(shù)生產(chǎn)率是指機械在“給定條件”下連續(xù)工作一小時所能獲得的最大生產(chǎn)率。給定條件包括土壤情況，鏟斗裝滿情況，裝車情況等。

　　實際生產(chǎn)率是指機械在一段工作時間內(nèi)實際平均生產(chǎn)率。計算實際生產(chǎn)率主要考慮兩個因素，即機械利用率和司機操作熟練程度，實際生產(chǎn)率一般在實際中測定

wxhycj

對于挖掘機認識很是深刻了，謝謝共享。