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  液压小型挖掘机反铲工作装置运动分析


  1 引言


  单斗液压小型挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的一种机型。


  单斗液压小型挖掘机的作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削刃切削土壤并将土装入斗内,斗满后提升。回转至卸土位置进行卸土,卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当小型挖掘机挖完一段土后,机械移动一段距离,以便继续作业。因此单斗液压小型挖掘机是一种周期作业的自行式机械。
液压小型挖掘机反铲工作装置运动分析

  液压小型挖掘机基本组成与工作原理


  液压小型挖掘机为实现周期性作业的要求,设有下列基本组成部分:工作装置、回转装置、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备等。常用的全回转式(转角>360)小型挖掘机,其动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都在转台上,称上部转台。因而这种小型挖掘机也可概括为由工作装置、上部转台和行走装置三大部分组成,而小型挖掘机的基本性能决定于各部分的构造、性能及其综合的效果。


  小型挖掘机柴油机驱动液压泵,操纵分配阀,将高压油送给各液压执行元件(液压缸或液压马达)驱动相应的机构进行工作。 液压小型挖掘机的工作装置采用连杆机构原理,各部分运动通过液压缸的伸缩来实现。 反铲工作装置由铲斗1、斗杆2、动臂3、连杆4及相应的三组液压缸5、6、7组成。动臂下铰点铰接在转台上,通过动臂缸的伸缩,使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动;而铲斗铰接于斗杆前端,通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。
液压小型挖掘机反铲工作装置运动分析

  小型挖掘机的挖掘作业时,接通回转马达,转动转台,使工作装置转到挖掘位置,同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩;动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸,液压缸大腔进油而伸长,使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后,铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油,使动臂抬起,随即接通回转马达,使工作装置转到卸载位置,再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩,使铲斗翻转进行卸土。卸完后, 工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。


  小型挖掘机在实际挖掘作业中,由于土质情况、挖掘面条件以及小型挖掘机液压系统的不同,反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的理想过程。


  总之,液压小型挖掘机采用三组液压缸使工作装置具有三个自由度,铲斗可实现有限的平面转动,加上液压马达驱动回转运动,使铲斗运动扩大到有限的空间,再通过行走马达驱动行走(移位),使挖掘空间可沿水平方向得到间歇地扩大,从而满足挖掘作业的要求。

液压小型挖掘机反铲工作装置运动分析
  3.3 工作装置的运动分析


  小型挖掘机反铲装置的具体结构形式虽多,但常见的只有十多种,按运动学分析,其中有实质性差别的机构型式不过几种,但它们之间还存在着许多共同点。现在对最典型的结构型式作较详细的运动分析,以便进行方案比较和参数选择。


  小型挖掘机反铲装置实质上是一组平面连杆机构。它的自由度通常为 3。 反铲装置的几何位置取决于动臂油缸的长度 L1、斗杆油缸的长度 L2和铲斗油缸的长度 L3。显然,当 L1、L2和 L3为某一组确定值时反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。


  小型挖掘机设计平面直角坐标系,使 X 轴与地面重合,Y 轴与小型挖掘机回转中心线重合。则斗齿尖 V 所在的 X 坐标值 XV就表示挖掘半径,Y 坐标值 YV就表示挖掘高度,为负值时表示挖掘深度。必须注意,当 L1、L2和 L3为一组定值时只有一组 XV和 YV值与其对应,反之对于XV和 YV的一组定值却有许多组 L1、L2和 L3值与其对应。


  3.3.1  机构自身几何参数


  小型挖掘机机构自身几何参数有三类:第一类是决定机构运动特性的必要参数,称原始参数,这里主要选择长度参数作为原始参数;第二类是由第一类参数推算出来的参数,称推导参数,多为运算中需要的角度参数;第三类是作方案分析比较所需要的其它特性参数。
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