挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)

1、挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)-CAL-FENGHAL-(YICAI)-Company One 1目錄一、基本要求3鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇3二、鏟斗基本參數(shù)的確定4鏟斗長(zhǎng)寬高的確定4挖掘力計(jì)算5三、鏟斗幾何形狀7鏟斗的組成7斗體曲線8兩種曲線的比較10四、結(jié)論12參考文獻(xiàn)14、基本要求斗輪挖掘機(jī)的鏟斗在輪圈回轉(zhuǎn)一周的過程中,要完成切割、裝載和排空物料三 項(xiàng)作業(yè)。切割時(shí)要求斗齒能迅速切入物料。為此鏟斗必須具有足夠的強(qiáng)度和剛 度，以便承受物料的反作用力。裝載時(shí)要求物料能較通暢地流人鏟斗（這樣可減 少切割阻力），同時(shí)在物料充填鏟斗時(shí)，既要填滿鏟斗空間，乂不能產(chǎn)生過大的擠 壓力，否則山于擠壓力的增大，會(huì)使鏟斗壁與物料的吸附力

2、增大（在一定吸附系數(shù) 下，吸附力與兩物體之間的正壓力成正比），造成排料時(shí)物料排不凈或撒料等情 況。鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以 下要求：（1）有利于物料的自山流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等，斗底的縱 向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）要使物料易于卸盡（3）為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸岀，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)該大于4,大50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)與下圖。斗齒的安裝連接采用橡膠銷式，結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1-卡銷:2 -橡膠卡銷：3 -齒座：4-斗齒二、鏟斗基本參數(shù)的確定鏟斗長(zhǎng)寬

3、高的確定斗容量q，平均寬度B,轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘滿轉(zhuǎn)角20是鏟斗的四個(gè) 主要參數(shù)，R,B,20,三者之間有下兒何關(guān)系：q = -R2B（l（p-snl（p）Ks2式中土壤松散系數(shù)&近似值取，qP,根據(jù)上式可由R,B,20中作任值求相應(yīng)第三值。其斗容量h斗寬B-根據(jù)已經(jīng)確定的斗輪挖掘機(jī)生產(chǎn)力輪圈直徑寬度轉(zhuǎn)速鏟斗數(shù)量及每只鏟斗的 容量，即可確定鏟斗的寬度（B ）長(zhǎng)度（L ）和高度（H ）L: B ；所以可知L=q = 0.8BLH1.04B2/式中q鏟斗容量（立方米）把數(shù)據(jù)代入后，可求得H二求出L,H,B后,必須按輪圈的圓周速度及鏟斗個(gè)數(shù)來校核鏟斗處于輪圈正上 方時(shí)，物料是否能翥自重保證落入

4、卸料區(qū)間。設(shè)每只鏟斗及其卸料空間所占的圓 心角為a ,每只鏟斗的卸料空間弦長(zhǎng)為BC=L空（見圖1）圖 1ABax = arc sin2R=2 arc sin 2R式中n鏟斗數(shù)L一鏟斗長(zhǎng)度(L=AB)R輪圈半徑a2 -a-axL=2/?sini然后根據(jù)物料拋物線軌跡,求出拋物距離Sg%=心浮式中H鏟斗高度g重力加速度t一一物料落到輪圈所需時(shí)間v鏟斗齒線速度若L空 陽,則所確定的L、B、H三參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，若L空S、)，則表明 斗內(nèi) 部分物料要外撒，必須修正H與L,重新校核，直至L空% o挖掘力計(jì)算挖掘機(jī)的工作對(duì)象是土壤，設(shè)訃和使用挖掘機(jī)時(shí)，都需要了解土壤的基本特 性和切削土壤過程的一些基本知識(shí)

5、。鏟刀或鏟斗的切削部分，以機(jī)械的方法將土塊或土層從土壤中剝離岀來的過 程，成為土壤切削。土壤切削是一個(gè)很復(fù)雜的過程。在楔形切削刃把土層從土壤中剝離的過程 中，土壤受到擠壓和剪切，是被切離的土壤發(fā)生松散以及一部分受到壓縮。因 而產(chǎn)生了土壤原始結(jié)構(gòu)的破壞阻力；土壤與土壤之間的摩擦力和土壤與切削刀 具之間的摩擦力。切削過程中，土壤作用在切削刃上的力稱為切削阻力。為了研究方便，我們 吧鏟斗和切削刃與土壤之間的摩擦力也當(dāng)做切削阻力的一部分。切削力與切削裝置作用在土壤上。其大小和土壤切削阻力大小相同，方向相 反。土壤唄剝離后，將向鏟斗內(nèi)流動(dòng)。流動(dòng)過程中，土壤與土壤和土壤與切削裝 置之間產(chǎn)生摩擦。同時(shí)，土壤

6、的流動(dòng)收到鏟斗后壁的阻礙還會(huì)產(chǎn)生附加阻力。 因此，機(jī)械的切削裝置除了客服上述切削阻力外，還有克服這些摩擦力和附加 阻力。鏟斗工作時(shí)，這些附加力形成裝土阻力外。切削阻力和裝土阻力之和稱 為挖掘阻力。不同的鏟斗，裝土阻力占挖掘阻力之比相差很大。轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，上壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化，根據(jù)資料提供 的公式：片=5012cl-cosJ 加舜+17000式中C表示土壤硬度的系數(shù)，IV級(jí)土取C=1635,在此選31；R鏟斗與斗桿較桿點(diǎn)至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，& =厶=1000“久杠轉(zhuǎn)都在挖掘過程中總轉(zhuǎn)交的一半鏟斗瞬時(shí)轉(zhuǎn)角B切削刃寬度影響系數(shù)，B=l+,其中b為鏟斗平均寬度，單位為厘米

7、忍一一切削角變化影響系數(shù)，A=Z帶有斗齒的系數(shù)乙X斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)初步設(shè)計(jì)時(shí)，X=D切削刃擠壓土壤分力，據(jù)斗容量大小在D=1000020000N范圍內(nèi)選取, 選 17000三、鏟斗幾何形狀鏟斗的組成鏟斗由斗唇、斗體、斗框及耳子四部分組成（見圖2）EB 21.斗唇2斗體3.斗框4耳子（1）斗唇斗唇位于鏟斗的前部，斗齒裝在斗唇上。為了降低挖掘作業(yè)時(shí)的動(dòng)載荷, 一般采用拱形斜切斗唇。為了減少對(duì)土巖的粘著性，斗唇寬度在強(qiáng)度允許的條 件下必須盡量窄些，內(nèi)表面平滑些。斗齒與斗唇的連接必須牢固可靠拆卸方 便。（2 ）耳環(huán)用螺栓與輪圈固定（圖3 ）。第一輪設(shè)計(jì)時(shí)，僅將耳環(huán)貼在輪圈側(cè)壁上。 工作中發(fā)現(xiàn):山于切

8、割時(shí)沖擊力的作用，使斗唇產(chǎn)生彈性變形，以致耳環(huán)竄動(dòng)，擠 壓螺母，造成拉毛螺檢螺紋，耳環(huán)孔眼變成橢圓等問題。為了克服這種現(xiàn)象，我們 將耳子與輪圈的連接改為將鏟斗耳環(huán)擂人輪圈側(cè)壁中間再用螺栓緊固的方法（見 圖3）。這樣挖掘時(shí)的沖擊力造成耳環(huán)竄動(dòng)的力即山輪圈兩側(cè)壁承受，防止了螺 栓拉毛現(xiàn)象。（3 ）斗體斗體與斗唇固聯(lián)（一般采用燈接）。斗體的形狀直接影響物料的裝卸。 對(duì)斗體的主要要求是:能減少切割物料時(shí)的阻力，使物料易于流入鏟斗并減少對(duì) 斗壁的正壓力，接近斗口的脊背部分應(yīng)與切割方向平行，斗體的橫向截面積變化 應(yīng)較小，接近鏟斗尾部的斗體脊背曲線的切線應(yīng)與斗口切線垂直。圖 3鏟斗耳子 2,斗輪壁斗體曲線本

9、次所設(shè)計(jì)的WUD-400V00型斗輪挖掘機(jī)斗形選用某一大圓中的一段圓弧 曲線作為斗體脊背曲線（見圖4 ）。該機(jī)在茂名油母頁巖露天礦挖掘頁巖及砂土 混合物料時(shí),斗體上粘附物料十分嚴(yán)重。滿斗時(shí)經(jīng)壓實(shí)的物料在斗體上形成了一條十分光滑的曲線N （見圖5 ）。鏟除粘 附物后繼續(xù)挖掘，發(fā)現(xiàn)粘附的物料在鏟斗中仍形成同樣的一條曲線。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn) 是一條類似橢圓曲線。圓弧和橢圓都是處處可導(dǎo)的光滑曲線，沒有死角拐點(diǎn)。但是圓弧曲線的曲率不變 而橢圓曲線各點(diǎn)都不一樣（圖6）。橢圓參數(shù)方程是：式中a橢圓的長(zhǎng)半軸B橢圓的短半軸ffi 6根據(jù)參數(shù)方程可求得橢圓曲率心Kr =(a2 sin2 0 + b2 cos2d _3(/

10、+)sin28d02(2sin26 + /rcos26)dKT當(dāng)06 2小時(shí)，茜 0,這表明橢圓在第一象限的曲率K/是隨著。角增大而單調(diào)下降的，因此，當(dāng)=0時(shí)，曲率最大，將=0代入上式Kt中可知K論十為了保證脊背曲線在斗體尾部處的切線與水平線垂直。我們選取橢 圓曲線時(shí)，從它與長(zhǎng)軸的交點(diǎn)A作為起點(diǎn)取弧AM為所設(shè)計(jì)的斗體后部曲線（見0 = a/rt BC圖6）。在M點(diǎn)處，UtCtOC o弧AM曲線上哥哥點(diǎn)曲率Kt的變化范圍是： /Cr橢圓方程1893 .5（2 ）分別求得圓弧曲線及橢圓曲線曲率fflIO欄圓曲銭斗體注:圖9圓弧曲踐斗體表格一、兩種曲線的比較圓弧曲線斗體懈圓曲線斗體XS倔截面積l圓收

11、給串XS輔圓截面積 IM收舗車Xi = 5906880771580.3878X 嚴(yán) 1843.5101905,97360.2540X2 = 540111340.67B9x2=1793.5 i136604.48030.26290.1699x3 = 490151055.6616X3 = 1743.5164583.45390.17500.09282X = 440183103.10090.1370X 產(chǎn) 1693.5181424.91790.03965-Xs = 390212182.0080.1044X6 = 1643.5200451.01320.03965= 340236924.2662X 廠 15

12、93.5208729,10270.080.03610X?= 290258827.5691X7 = 1543.5216547.34910.070.03115X8 = 240278259.05620.059Xf = 1493.5223509.98930.04078X8 = 190295483.25690.049Xp=02530.03478Xlo = 14O310634.4750X”=94520.0400.03361 Xn = 90323892J951Xu1509-圓弧曲率為：K圓=l/R=l/680= 當(dāng)毫米，b=614

13、毫米時(shí)，橢圓曲率變化范圉是：W 再利用取慮公式K/和橢圓參數(shù)方程，求得弧AM上一點(diǎn)N,使得橢圓在此點(diǎn)的曲率與K圓相同（見圖11）。山的單調(diào)性可知弧mn的曲率都小于K圓， 僅弧AN的曲率大于K圓。由計(jì)算得：AD=毫米y四、結(jié)論（1）橢圓曲線斗體的橫截面收縮率比畫弧斗體橫截面收縮率較小,也就是橢圓橫 截面積的變化較緩慢，從而減少挖掘時(shí)物料對(duì)鏟斗壁的擠壓力，有利于鏟斗內(nèi)物料卸 凈。（2 ）橢圓斗體曲率的變化中，只有在弧A N這段曲線斗體尾部上曲率才大于圓弧 曲線的曲率,而這段曲線在x軸的投影只占斗長(zhǎng)（L ）的四分之一左右，其余四分之 三都比圓弧曲線的變化更平穩(wěn)?？梢詽M足鏟斗在卸料時(shí)快而凈的要求。橢圓

14、的離心率匂=1-（少，以護(hù)，b=614代入上式匂=此離心率很接近拋物線的離心率（e拋）若以斗體底部為坐標(biāo)原點(diǎn)，則可得拋物線為方程（圖 12）yv 450y2=2px,以 x=609, y=450（見圖 10）得2P = = = 332.512 ,則 P二而拋 X 609物線的焦點(diǎn)（F）坐標(biāo)為（p/2, 0）即為（,0）拋物線的曲率為:dK_（沖屛M=0（x$o）。當(dāng) p_, 0WxW609 時(shí)，得WK（2x+pY拋W,所以同樣能在拋物線上找到一點(diǎn)N使得K 拋二K圓=1/680,同時(shí)求得 弧ON在X軸上的投影X=OC= （橢圓線上弧AN在X軸上的投影）從K拋關(guān)于X的單調(diào)性可知，在弧O N、上K拋 K圓，在弧N M上K拋 K圓， 且拋物線在M點(diǎn)的曲率小于橢圓在M點(diǎn)的曲率（）及N點(diǎn)到斗口的水平距 離也比N點(diǎn)（圖11）到斗口的水平距離大，這就表明拋物線在斗體前半部比橢圓 前半部更為平坦，后半部比橢圓后半部變化劇烈。所以采用拋物線作為斗體脊背曲線要比橢圓脊背曲線更符合斗體的工作要 求。巧外,如果將拋物線旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面，則物料僅受平行于對(duì)稱軸的 力作用時(shí)，斗體壁對(duì)物料的約束反力將會(huì)聚集于旋轉(zhuǎn)