反鏟液壓挖掘機(jī) 課件 第 4 章 反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析

反鏟液壓挖掘機(jī)太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2024年12月第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析4.1理論挖掘力分析4.2整機(jī)挖掘性能分析4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析4.4起重能力分析第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析挖掘力是反映挖掘機(jī)作業(yè)性能的重要參數(shù)之一，是人們最為關(guān)注的性能參數(shù)之一。除挖掘力外，起重能力也是反映挖掘機(jī)作業(yè)性能的重要參數(shù)之一，為此，國(guó)際主流廠商在其產(chǎn)品樣本中一般都按標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)的起重能力表。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1

理論挖掘力分析挖掘力對(duì)于裝有反鏟或正鏟裝置的挖掘機(jī)，其挖掘力是在單獨(dú)操作鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸時(shí)，在鏟斗齒尖（或切削刃）上所產(chǎn)生的實(shí)際作用力；對(duì)于裝有抓鏟工作裝置的挖掘機(jī)，其挖掘力（或稱(chēng)抓鏟閉合力）是抓鏟閉合時(shí)，在抓鏟的切削刃（或齒尖）運(yùn)動(dòng)軌跡切線方向上所產(chǎn)生的實(shí)際作用力。4.1.1挖掘力的定義第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析對(duì)于反鏟液壓挖掘機(jī)，挖掘力分斗桿挖掘力和鏟斗挖掘力，它們的定義為：4.1.1挖掘力的定義鏟斗挖掘力單獨(dú)操作鏟斗液壓缸時(shí)，在鏟斗斗齒尖端運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向上所產(chǎn)生的挖掘力。斗桿挖掘力單獨(dú)操作斗桿液壓缸時(shí)，在鏟斗斗齒尖端運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向上所產(chǎn)生的挖掘力。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.2鏟斗液壓缸的理論挖掘力在工作裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之前，通過(guò)預(yù)估工作液壓缸的理論挖掘力可以初步掌握挖掘機(jī)的性能并對(duì)后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。在對(duì)工作液壓缸理論挖掘力的計(jì)算之前，首先作如下假設(shè)：假設(shè)條件：1）不考慮部件外形結(jié)構(gòu)參數(shù)；2）不計(jì)工作裝置的自重和土重；3）不計(jì)液壓系統(tǒng)和連桿機(jī)構(gòu)的效率；4）不計(jì)液壓缸的回油背壓。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.2鏟斗液壓缸的理論挖掘力隔離搖臂HMN對(duì)N點(diǎn)建立力矩平衡方程隔離鏟斗對(duì)Q點(diǎn)建立力矩平衡方程其中兩式聯(lián)立得：式中，i為鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。

第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.2鏟斗液壓缸的理論挖掘力

挖掘力-鏟斗液壓缸行程挖掘力-鏟斗轉(zhuǎn)角

從該鏟斗機(jī)構(gòu)的挖掘力曲線可以看出：鏟斗液壓缸的最大挖掘力在整個(gè)液壓缸行程由最短至最長(zhǎng)的變化過(guò)程中呈現(xiàn)出凸函數(shù)形態(tài)，到鏟斗挖掘的后期其值很小，這一規(guī)律基本符合挖掘過(guò)程中挖掘阻力的變化規(guī)律。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.3斗桿液壓缸的理論挖掘力隔離斗桿及其鏟斗連桿機(jī)構(gòu)對(duì)F點(diǎn)建立力矩平衡方程式中，θ6是斗桿液壓缸長(zhǎng)度L2的函數(shù)，r6是鏟斗液壓缸長(zhǎng)度L3的函數(shù)在結(jié)構(gòu)參數(shù)給定的情況下，斗桿液壓缸最大挖掘力是斗桿液壓缸長(zhǎng)度L2和鏟斗液壓缸長(zhǎng)度L3的函數(shù)。V第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.3斗桿液壓缸的理論挖掘力由于阻力臂r6受鏟斗相對(duì)于斗桿擺角即鏟斗液壓缸長(zhǎng)度的影響，所以，當(dāng)鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角不同時(shí)，將會(huì)得出不同的斗桿液壓缸最大挖掘力變化曲線。斗桿液壓缸挖掘范圍斗桿液壓缸最大挖掘力變化曲線第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析斗桿液壓缸的挖掘力與鏟斗液壓缸挖掘力的對(duì)比只有在力方向相同時(shí)，比較才有實(shí)際意義！1—鏟斗液壓缸挖掘力曲線

2—斗桿液壓缸挖掘力曲線12第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析整機(jī)理論最大挖掘力是考慮各種限制因素后所能達(dá)到的最大挖掘力，整機(jī)的理論挖掘力分斗桿挖掘力和鏟斗挖掘力。假設(shè)條件1：不計(jì)液壓系統(tǒng)和連桿機(jī)構(gòu)的效率不考慮土壤阻力和工作裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制不考慮部件的速度、加速度、坡度、風(fēng)力、慣性力、動(dòng)載等因素假設(shè)條件2：計(jì)入部件的重量和斗內(nèi)土重考慮液壓缸的回油壓力考慮液壓缸的閉鎖能力考慮整機(jī)的穩(wěn)定性（前傾和后傾）考慮整機(jī)與地面的附著性能除上述因素外，整機(jī)所能發(fā)揮的理論最大挖掘力還與以下因素有關(guān)：工作裝置各部件的相對(duì)位置即工作裝置的姿態(tài)、各液壓缸的工作狀態(tài)（主動(dòng)或閉鎖）、各部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)及強(qiáng)度條件、液壓系統(tǒng)壓力4.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力整機(jī)的理論最大挖掘力就是在考慮了主動(dòng)液壓缸的發(fā)揮能力、被動(dòng)液壓缸的限制條件、整機(jī)與地面的附著情況及整機(jī)的前、后傾穩(wěn)定性后在特定姿態(tài)和作業(yè)方式下發(fā)揮在斗齒上的最大挖掘力，其方向沿著斗齒運(yùn)動(dòng)的切線方向。整機(jī)理論最大挖掘力分斗桿挖掘力和鏟斗挖掘力。1）鏟斗液壓缸主動(dòng)工作時(shí)的整機(jī)理論最大挖掘力鏟斗液壓缸主動(dòng)發(fā)揮時(shí)的整機(jī)最大挖掘力具體受以下因素限制：鏟斗液壓缸無(wú)桿腔的最大推力、鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比斗桿液壓缸的閉鎖能力—當(dāng)斗桿液壓缸閉鎖不住時(shí)起作用動(dòng)臂液壓缸的閉鎖能力—當(dāng)動(dòng)臂液壓缸閉鎖不住時(shí)起作用整機(jī)與地面的附著力—當(dāng)整機(jī)沿地面開(kāi)始滑移時(shí)起作用整機(jī)的前傾穩(wěn)定性—當(dāng)整機(jī)發(fā)生前傾失穩(wěn)時(shí)起作用整機(jī)的后傾穩(wěn)定性—當(dāng)整機(jī)發(fā)生后傾失穩(wěn)時(shí)起作用第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析挖掘機(jī)整機(jī)受力分析圖圖中的φ1、φ2和φ3分別為動(dòng)臂相對(duì)于XY平面、斗桿相對(duì)于動(dòng)臂、鏟斗向?qū)τ诙窏U的擺角，以逆時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎?.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力——F點(diǎn)指向工作裝置各部件重心位置的矢量在Y坐標(biāo)的分量——斗桿液壓缸對(duì)F點(diǎn)的力矩——F點(diǎn)指向V的矢量在Y、Z坐標(biāo)的分量式中：b)斗桿液壓缸閉鎖壓力限制的最大挖掘力當(dāng)斗桿液壓缸受壓時(shí)當(dāng)斗桿液壓缸受拉時(shí)式中：n2、D2、d2、PS、PH——斗桿缸數(shù)目、缸徑、桿徑、閉鎖壓力和回油背壓第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力c)鏟斗液壓缸主動(dòng)工作時(shí)的理論最大挖掘力式中：D3—鏟斗液壓缸缸筒內(nèi)徑；d3—活塞桿直徑；

P0—系統(tǒng)壓力；

PH—回油背壓——Q點(diǎn)指向工作裝置各部件重心位置的矢量在Y坐標(biāo)的分量——鏟斗液壓缸對(duì)Q點(diǎn)的力矩——Q點(diǎn)指向V的矢量在Y、Z坐標(biāo)的分量式中：第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力d)整機(jī)前傾失穩(wěn)限制的最大挖掘力——I點(diǎn)指向工作裝置各部件重心位置的矢量在Y坐標(biāo)的分量——I點(diǎn)指向V的矢量在Y、Z坐標(biāo)的分量式中：e)整機(jī)后傾失穩(wěn)限制的最大挖掘力——J點(diǎn)指向工作裝置各部件重心位置的矢量在Y坐標(biāo)的分量——J點(diǎn)指向V的矢量在Y、Z坐標(biāo)的分量式中：第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.4任意位姿整機(jī)的理論挖掘力f)整機(jī)水平滑移限制的最大挖掘力

綜合上述影響因素及其計(jì)算公式，所得整機(jī)在該工況下的最大理論挖掘力應(yīng)取這6個(gè)公式計(jì)算得出的最小值，即時(shí)有前移趨勢(shì)；時(shí)有后移趨勢(shì)；——附著系數(shù)——整機(jī)重量式中：當(dāng)時(shí)，第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.5全局整機(jī)最大挖掘力整機(jī)理論挖掘力是針對(duì)特定姿態(tài)和挖掘方式下的整機(jī)挖掘力，如給定挖掘方式和三組液壓缸的任意組合，可計(jì)算出相應(yīng)的整機(jī)理論挖掘力，但如要掌握整機(jī)的最大挖掘力，則可通過(guò)窮舉法、經(jīng)驗(yàn)法、優(yōu)化搜索法獲得。分析步驟：1）建立整機(jī)最大挖掘力的數(shù)學(xué)模型；2）選擇優(yōu)化搜索方法——復(fù)合形優(yōu)化方法；3）結(jié)果分析。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.1理論挖掘力分析4.1.5全局整機(jī)最大挖掘力傳統(tǒng)方法確定的工況

全局搜索方法確定的工況第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.2挖掘性能分析4.2.1挖掘圖的繪制方法挖掘圖是某工況下斗齒尖在系列位置點(diǎn)上所能產(chǎn)生的整機(jī)理論最大挖掘力、消耗的最大功率及影響挖掘力發(fā)揮的因素等信息的綜合反映。已知條件：各鉸接點(diǎn)位置坐標(biāo)、液壓缸主參數(shù)、系統(tǒng)壓力、閉鎖壓力、各部件重量及其重心位置。挖掘圖的繪制流程:

1）選定機(jī)身姿態(tài)和工況機(jī)身姿態(tài)：包括坡度、機(jī)身相對(duì)于工作裝置的縱向或橫向姿態(tài)工況：根據(jù)三組油缸的不同組合方式主要包括以下幾種：動(dòng)臂液壓缸舉升工況：該工況通過(guò)分析計(jì)算動(dòng)臂液壓缸發(fā)揮的力矩檢驗(yàn)其舉升能力；鏟斗液壓缸挖掘工況：該工況通過(guò)分析計(jì)算鏟斗液壓缸主動(dòng)發(fā)揮、其它液壓缸閉鎖時(shí)產(chǎn)生的最大挖掘力及其影響因素檢驗(yàn)其挖掘能力；第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.2挖掘性能分析4.2.1挖掘圖的繪制方法斗桿油缸挖掘工況：該工況通過(guò)分析機(jī)算斗桿油缸主動(dòng)發(fā)揮、其它油缸閉鎖時(shí)產(chǎn)生的最大挖掘力及其影響因素檢驗(yàn)其挖掘能力；斗桿油缸回?cái)[工況：該工況通過(guò)計(jì)算斗桿油缸發(fā)揮的力檢驗(yàn)其回?cái)[能力；鏟斗油缸回?cái)[工況：該工況通過(guò)計(jì)算鏟斗油缸發(fā)揮的力檢驗(yàn)其回?cái)[能力挖掘圖中考慮的影響挖掘力發(fā)揮的因素排序如下：序號(hào)1：動(dòng)臂油缸的閉鎖能力；序號(hào)2：斗桿油缸主動(dòng)發(fā)揮能力或被動(dòng)作用時(shí)的閉鎖能力；序號(hào)3：鏟斗油缸主動(dòng)發(fā)揮能力或被動(dòng)作用時(shí)的閉鎖能力；序號(hào)4：整機(jī)與地面的附著性能限制了挖掘力的發(fā)揮；序號(hào)5：整機(jī)發(fā)生前傾失穩(wěn)限制了挖掘力的發(fā)揮；序號(hào)6：整機(jī)發(fā)生后傾失穩(wěn)限制了挖掘力的發(fā)揮；2）給定三組油缸長(zhǎng)度的不同組合并計(jì)算相應(yīng)的斗齒位置坐標(biāo)3）考慮各種影響因素計(jì)算斗齒各位置上產(chǎn)生的最大挖掘力、消耗的最大功率4）將上述信息組合起來(lái)繪制挖掘圖。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)整機(jī)最大挖掘力限制因素分布圖整機(jī)最大挖掘力色彩分布圖4.2挖掘性能分析4.2.1挖掘圖的繪制方法第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.2挖掘性能分析4.2.2挖掘性能可視化與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的繪制方法挖掘圖是對(duì)某挖掘工況在一定作業(yè)范圍內(nèi)特定計(jì)算位置點(diǎn)的挖掘力及其限制因素分布規(guī)律進(jìn)行分析以一臺(tái)整機(jī)質(zhì)量30t、標(biāo)準(zhǔn)斗容量1.6m3的反鏟液壓挖掘機(jī)為例簡(jiǎn)要介紹挖掘圖的繪制過(guò)程及數(shù)字映像與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，該機(jī)型采用雙泵雙回路全功率變量系統(tǒng)，可以合流供油。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.2挖掘性能分析4.2.2挖掘性能可視化與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的繪制方法a）鏟斗挖掘云圖及大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析限制因素占比鏟斗挖掘工況下的挖掘力分布云圖第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.2挖掘性能分析4.2.2挖掘性能可視化與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的繪制方法b）斗桿挖掘云圖及大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析限制因素占比鏟斗挖掘工況下的挖掘力分布云圖第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.2挖掘性能分析4.2.2挖掘性能可視化與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的繪制方法輪胎式反鏟液壓挖掘機(jī)整機(jī)最大挖掘力分布云圖及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果示例第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析

對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的合理性分析是在綜合了各種影響因素的情況下對(duì)工作裝置乃至整機(jī)所進(jìn)行的性能分析，其主要目的是檢驗(yàn)挖掘機(jī)工作裝置幾何設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足前述要求，反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)合理性應(yīng)從以下幾方面考慮：挖掘范圍及主要工作尺寸是否滿(mǎn)足要求？整機(jī)理論最大挖掘力的值及其分布區(qū)域是否滿(mǎn)足要求？影響整機(jī)理論挖掘力的因素及其分布區(qū)域如何？各影響因素之間是否達(dá)到了合理匹配？作業(yè)過(guò)程中的功率利用情況如何？作業(yè)循環(huán)時(shí)間即作業(yè)效率如何？工作裝置結(jié)構(gòu)和布置的可行性如何？部件的重量及重心位置是否合理？機(jī)構(gòu)所占據(jù)的空間即機(jī)構(gòu)的緊湊性如何？工作裝置乃至整機(jī)的受力狀態(tài)的合理性及部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求？第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)作業(yè)參數(shù)的檢驗(yàn)主要包括：h1—最大挖掘深度h2—最大挖掘高度r1—最大挖掘半徑h3—最大卸載高度r0—停機(jī)面上的最大挖掘半徑h4—最大垂直挖掘深度h5—水平底面為2.5m時(shí)的最大挖掘深度a）通過(guò)挖掘包絡(luò)圖檢驗(yàn)作業(yè)尺寸及各部件運(yùn)動(dòng)的可行性除上述尺寸參數(shù)外，還應(yīng)檢驗(yàn)各部件的運(yùn)動(dòng)范圍，各機(jī)構(gòu)自身以及機(jī)構(gòu)之間的干涉情況。在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)的可行性如何等相關(guān)的問(wèn)題？第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析b）通過(guò)挖掘圖檢驗(yàn)挖掘力發(fā)揮情況、功率利用情況、影響挖掘力發(fā)揮的因素及各因素之間的匹配情況

挖掘圖是在給定工況下、斗齒在一系列位置上所能產(chǎn)生的最大挖掘力（整機(jī)最大理論挖掘力）、消耗的最大功率及影響挖掘力發(fā)揮的因素等信息的綜合反映。由于包含的信息多、計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算量大，因此，對(duì)挖掘圖的繪制一般借助于計(jì)算機(jī)來(lái)完成。挖掘圖的繪制方法：1）選定機(jī)身姿態(tài)和工況2）給定三組油缸長(zhǎng)度的不同組合并計(jì)算相應(yīng)的斗齒位置坐標(biāo)3）考慮各種影響因素計(jì)算斗齒各位置上產(chǎn)生的最大挖掘力、消耗的最大功率4）將上述信息組合起來(lái)繪制挖掘圖。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析c）合理性判斷依據(jù)1.挖掘力、挖掘速度及挖掘功率1）轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)希望挖掘力的大小及其變化規(guī)律能與挖掘阻力的變化規(guī)律相適應(yīng)。挖掘力太小，整機(jī)的挖掘能力不足，太大則會(huì)降低動(dòng)作速度和效率，并會(huì)給結(jié)構(gòu)強(qiáng)度帶來(lái)不利影響。0~30o：挖掘力不小于平均挖掘阻力；

30~80o：希望挖掘力較大甚至接近于最大挖掘阻力；

80~120o：對(duì)挖掘力的要求有所降低；

>120o：不考慮挖掘，滿(mǎn)足收斗要求即可。2)在一定的功率條件下，挖掘速度受到挖掘阻力或?qū)嶋H挖掘力的影響，這種關(guān)系對(duì)處于恒功率階段的變量系統(tǒng)尤其明顯，因此，對(duì)于變量系統(tǒng)，當(dāng)挖掘力與挖掘阻力相適應(yīng)時(shí)，不僅能夠充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，而且能有效地提高生產(chǎn)率。對(duì)于定量系統(tǒng)，在挖掘力發(fā)揮不足的情況下，會(huì)浪費(fèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率并造成系統(tǒng)的發(fā)熱。3)由于受物料特性、挖掘方式、液壓系統(tǒng)型式、控制系統(tǒng)特性及整機(jī)穩(wěn)定性等因素的影響，對(duì)挖掘機(jī)功率利用情況的判斷難以單純從數(shù)字上充分說(shuō)明，一般的看法是只要在主要挖掘區(qū)域內(nèi)主動(dòng)油缸的挖掘力能正常發(fā)揮出來(lái)，功率利用就基本符合要求。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析2.各液壓缸作用力矩的匹配及液壓缸力臂的變化當(dāng)主動(dòng)液壓缸作用力在整個(gè)地面以下作業(yè)范圍內(nèi)大面積地充分發(fā)揮，閉鎖液壓缸的閉鎖能力僅在地面下作業(yè)范圍的邊緣地區(qū)控制小塊面積，各不同控制區(qū)之間挖掘力和功率的過(guò)渡平緩，也即不同限制因素之間處于動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)就表明三組液壓缸之間達(dá)到了合理匹配狀態(tài)，這也是理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)。3.挖掘時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，同時(shí)還要有一定的自救能力。即在主要作業(yè)范圍內(nèi)應(yīng)能保證工作油缸完全發(fā)揮其作用力，而在遠(yuǎn)離機(jī)身的邊緣地區(qū)穩(wěn)定性可以控制適當(dāng)?shù)膮^(qū)域，此外，無(wú)論鏟斗處于什么轉(zhuǎn)角狀態(tài)，如把鏟斗支在堅(jiān)硬的地面上，整機(jī)前部應(yīng)能抬起。4.挖掘時(shí)整機(jī)的附著性能挖掘阻力的沿停機(jī)面的分力有使整機(jī)沿停機(jī)面滑移的趨勢(shì)，不僅如此，在側(cè)向力的作用下還能使整機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生這種情況有時(shí)是十分危險(xiǎn)的，因此，通過(guò)挖掘圖應(yīng)掌握附著性能控制的區(qū)域，設(shè)法加以避免。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析c）合理性判斷依據(jù)2.各液壓缸作用力矩的匹配及液壓缸力臂的變化當(dāng)主動(dòng)液壓缸作用力在整個(gè)地面以下作業(yè)范圍內(nèi)大面積地充分發(fā)揮，閉鎖液壓缸的閉鎖能力僅在地面下作業(yè)范圍的邊緣地區(qū)控制小塊面積，各不同控制區(qū)之間挖掘力和功率的過(guò)渡平緩，也即不同限制因素之間處于動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)就表明三組液壓缸之間達(dá)到了合理匹配狀態(tài)，這也是理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)。3.挖掘時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，同時(shí)還要有一定的自救能力。即在主要作業(yè)范圍內(nèi)應(yīng)能保證工作油缸完全發(fā)揮其作用力，而在遠(yuǎn)離機(jī)身的邊緣地區(qū)穩(wěn)定性可以控制適當(dāng)?shù)膮^(qū)域，此外，無(wú)論鏟斗處于什么轉(zhuǎn)角狀態(tài)，如把鏟斗支在堅(jiān)硬的地面上，整機(jī)前部應(yīng)能抬起。4.挖掘時(shí)整機(jī)的附著性能挖掘阻力的沿停機(jī)面的分力有使整機(jī)沿停機(jī)面滑移的趨勢(shì)，不僅如此，在側(cè)向力的作用下還能使整機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生這種情況有時(shí)是十分危險(xiǎn)的，因此，通過(guò)挖掘圖應(yīng)掌握附著性能控制的區(qū)域，設(shè)法加以避免。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.3工作裝置設(shè)計(jì)合理性分析c）合理性判斷依據(jù)整機(jī)最大挖掘力限制因素分布圖整機(jī)最大挖掘力色彩分布圖第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析起重作業(yè)是除挖掘之外反鏟液壓挖掘機(jī)經(jīng)常遇到的一種附屬工況。載荷提升點(diǎn)（起吊位置）與工作裝置及鏟斗結(jié)構(gòu)、施工現(xiàn)場(chǎng)及起重物外形等因素有關(guān)，它可位于鏟斗齒座處或鏟斗斗底專(zhuān)設(shè)吊鉤處，也可在斗桿與鏟斗的鉸銷(xiāo)軸中心部位。起重工況的主要參數(shù)有額定起重量、提升點(diǎn)高度、起重幅度等。4.4.1起重工況的主要參數(shù)第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析已知條件：主機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括各部件重量和重心位置）、工作裝置位姿、主動(dòng)液壓缸的工作能力和被動(dòng)液壓缸的閉鎖能力；考慮因素：整機(jī)穩(wěn)定性（前/后傾）、整機(jī)與地面的附著性能、液壓系統(tǒng)的回油背壓、風(fēng)載；不考慮因素：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、連桿機(jī)構(gòu)的效率、部件慣性力及動(dòng)載荷的影響。1）

起重工況的確定

當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，影響整機(jī)的最大起重量的最主要因素是整機(jī)穩(wěn)定性、工作裝置位姿和各液壓缸能力。假設(shè)某工況下只有一組液壓缸工作，其最大壓力等于主泵出口壓力，即系統(tǒng)壓力；而其他液壓缸為閉鎖狀態(tài)，其最大壓力等于該液壓缸的閉鎖壓力第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析起重能力分析示意圖2）

最大理論起重量的分析僅對(duì)動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸及整機(jī)前傾臨界失穩(wěn)4種因素限制最大起重量進(jìn)行分析，第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析a）

動(dòng)臂液壓缸的能力限制最大起重量式中：rCBY、rCBZ為C指向B的矢量在Y、Z向的分量rCW1Y為C指向起吊點(diǎn)的矢量rCW1在Y向的分量F1Y、F1Z為動(dòng)臂液壓缸推力F1在Y、Z向的分量，F(xiàn)1由A指向B的矢量決定F1的最大值的計(jì)算式為：式中，n1、D1、d1、p0、ph為動(dòng)臂缸數(shù)量、缸徑、桿徑、系統(tǒng)壓力及回油背壓。第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析b）

斗桿液壓缸的能力限制最大起重量式中：rFEY、rFEZ為F指向E的矢量在Y、Z向的分量rFW2Y為F指向起吊點(diǎn)的矢量rCW2在Y向的分量F2Y、F2Z為斗桿液壓缸推力F2在Y、Z向的分量斗桿液壓缸受壓：式中，n2、D2、d2、p0、pb2、ph為斗桿缸數(shù)量、缸徑、桿徑、系統(tǒng)壓力、閉鎖壓力及回油背壓。斗桿液壓缸受拉：第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析c）

鏟斗液壓缸的能力限制最大起重量式中：rQMY、rQMZ為Q指向M的矢量在Y、Z向的分量rQW3Y為Q指向起吊點(diǎn)的矢量rQW3在Y向的分量F3Y、F3Z為斗桿液壓缸推力F3在Y、Z向的分量鏟斗液壓缸受壓：式中，n3、D3、d3、p0、pb3、ph為鏟斗缸數(shù)量、缸徑、桿徑、系統(tǒng)壓力、閉鎖壓力及回油背壓。鏟斗液壓缸受拉：第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析d）

整機(jī)前傾臨界失穩(wěn)狀態(tài)決定的最大起重量式中：rIW4Y、rIGiY為I點(diǎn)指向起吊點(diǎn)的矢量和I點(diǎn)指向工作裝置各部件重心位置的矢量在Y向的分量e）

各限制因素決定的整機(jī)理論最大起重量上述4種因素限制下得出的4個(gè)最大起重量值W1m~W4m，取其最小值，即第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析d）

整機(jī)前傾臨界失穩(wěn)狀態(tài)決定的最大起重量式中：rIW4Y、rIGiY為I點(diǎn)指向起吊點(diǎn)的矢量和I點(diǎn)指向工作裝置各部件重心位置的矢量在Y向的分量e）

各限制因素決定的整機(jī)理論最大起重量上述4種因素限制下得出的4個(gè)最大起重量值W1m~W4m，取其最小值，即第四章反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)力學(xué)性能分析反鏟液壓挖掘機(jī)4.4起重能力分析4.4.2整機(jī)最大起重能力的理論分析3）符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的最大起重量ISO10567中規(guī)定：液壓挖掘機(jī)的額定起重量是考慮了限制因素后得出的整機(jī)最大理論起重量再經(jīng)換算后得出的有效起重量，具體為整機(jī)傾翻（前/后傾）限定最大起重量的75%，液壓缸能力限定最大起重量的87%，比較