铲斗挖掘力和斗杆挖掘力

7 与同类产品主要参数比较表4.5T级小型挖掘机国内外同类机型性能规格对照表机密第 2 页2005年12月1 总体参数计算1．1 功率计算1．1．1发动机原始参数发动机型号：YANMAR 4TNV88－SYY型式：4缸直列、水冷、4冲程、涡轮增压、空气中冷、电控燃油系统 发动机功率/额定转速： 29.4kW/2400rpm 发动机最大扭矩： 144 N •m /1320rpm1．1．2液压泵参数液压主泵型号： PVK-2B-505-N-4191A 主泵排量： 50ml /rev 主泵最大流量： 110 l/min 主泵起调压力： 12Mpa主泵输入功率： kW (W=110*12/（60*0.97）=22.7) 主泵输入扭矩： N •m (Pq=159×12×50×0.001=95.4) 伺服系统压力： 3.9 Mpa1．1．3功率储备系数、扭矩储备系数功率储备系数:K1= (29.4-22.7-2.5)/29.4 =14.3% 扭矩储备系统:K2= (144-95.4)/144 = 50%通过以上计算功率储备系数、扭矩储备系统均大于10%，发动机能够稳定地工作。

1．2 回转速度、回转力矩计算 1．2．1回转机构原始数据：回转马达型号: PCL-200-18B-1S2-8486A 回转马达排量: 33.8ml/rev 回转马达最大供油量: 39l/min 回转减速机速比: i1 18.4 输出轴齿数/模数: 14/7 回转系统压力: 21Mpa 回转齿圈齿数: 86终传动速比: i2 86/14=6.1431．2．2回转速度计算:回转马达转速(容积效率设定为0.96):n1= 39/33.8×1000×0.94= 1085rpm回转速度: n=211i i n =1085/(18.4×6.143) =9.6rpm机密第 3 页2005年12月1．2．3回转力矩计算:马达输出转矩(机械效率设定为0.85):Nm i p v M g 7.176714.3204.1885.02108.33201=⨯⨯⨯⨯=∆=πη回转力矩Nm Mi M h 10859143.67.17672=⨯==1．3 行走性能计算 1．3．1基本参数整机质量 G=4800kg履带内阻力 W=0.06G=2880N 驱动轮节圆直径 Dk=0.4158m 驱动轮齿数 Z=19轨链节距 t0=135mm 履带轮距 L=1940mm 履带轨距 A=1560mm 履带高度(不包括凸缘) h=536mm 履带板宽 B=400mm 行走减速机速比 i =47.53行走马达减速机型号: PHV-4B-60BP-1S-8502A 马达最大供油量: 50l/min行走马达排量(q max /q min ) 28.6/17.4 ml/rev1．3．2驱动力矩、行走牵引力计算液压系统压力 P=24.5MPa 马达机构效率 ηm1=95% 马达容积效率 ηv=98% 行走机构机械效率ηm2=85%马达低速时输出扭矩 Mmmax=159⨯P ⨯qmax ⨯ηm1=159⨯24.5⨯28.6⨯0.001⨯95% =105.84N.m马达高速时输出扭矩 Mmmin=159⨯P ⨯qmin ⨯ηm2=159⨯24.5⨯17.4⨯0.001⨯95% =64.39N.m行走机构低速时输出扭矩 Mgmax= Mmmax ⨯i ⨯ηm2 =105.84⨯47.53⨯85% =4276N.m行走机构高速时输出扭矩 Mgmin= Mmmin ⨯i ⨯ηm2 =64.39⨯47.53⨯85% =2601.4N.m低速时行走牵引力 Tmax= 2⨯Mgmax/(Dk/2)=2⨯4276/(0.4158/2)=41135.2N实际低速时行走牵引力Tmaxa=Tmax - W=41135.2-2880N=38255.2N高速时行走牵引力Tmin= 2⨯Mgmin/(Dk/2)=2⨯2941/(0.4158/2)=25073.6N实际高速时行走牵引力Tmina=Tmin - W=25073.6-2880=22193.6N1．3．3爬坡能力计算设爬坡能力为：60%爬坡角度：α= arctan(60%) = 31°坡度阻力：W1 = Gsinα= 4800×9.8×sin(31°)= 24227.4N滚动阻力系数： f = 0.12滚动阻力W2= Gfcosα=4800×9.8×0.12×cos(31°)=4838.5N爬坡阻力W坡=W1+W2= 24227.4+4838.5=29065N因为最大牵引力Tmaxa=38255.2> W坡所以有60%的爬坡能力,由于受发动机油底壳的限制，本机爬坡能力为30°。

液压挖掘机工作原理——专业术语解释招聘(广告)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P t和法向阻力Pn 。

目前的粗略算法为：Pt＝σbc Pn＝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：L为挖掘行程；q为斗容量；c为切削厚度。

所以Pt＝σ×b×c＝σ q／L即挖掘功： Pt L＝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P tL。

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 F△l≥PtL＝σ×q式中：F为液压缸的最大推力；△l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△l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△l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有一定的比例关系：Fb／W＝0.53～0.65 Fa／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。

履带式液压单斗挖掘机是一种利用单个铲斗挖掘或装载土壤石块的机械,广 泛应用于建筑施工、筑路工程、水电工程建设、港口工程、农田改造、国防工事 的土石方施工和露天矿场的采掘作业，对减轻繁重的体力劳动，实现土方工程机 械化，提高劳动生产率起了很重要作用。

液压挖掘机的出现虽然只有40多年的历史，但是其发展非常迅速。

近年来， 在国外市场上，挖掘机行情普遍看涨，特别是液压挖掘机。

因此这就更需要设计 人员开发新产品并改进旧产品，以适应新的形势来增强市场竞争力。

发展新产品和改进旧产品都需要进行产品设计，产品设计包括从明确设计任 务到确定产品的结构这一系列复杂的工作。

本次毕业设计是在李岚老师的指导下，结合公司实习认识及大学期间的基本 理论学习进行“单一的产品仿型设计”。

这类设计的特点是：在机器的工作原理 与基本结构形式不变的条件下，对已有产品进行仿真造型设计，也就是通过计算 改变已有产品的零部件尺寸及其不合理的某些结构， 使其符合新的设计功能参数 与使用环境等要求。

这类设计目的明确，机器主要性能参数准确，主要结构形式 基本不变，有同类机型但某些参数及尺寸不同的设计资料可以借鉴。

本次设计中，考虑的一般因素有：强度、刚度、可靠性、磨损与润滑、振动 与噪声、效率、加工工艺、经济性、稳定性、腐蚀、起动与控制、装配工艺、尺 寸及重量、外观、安全保护、管理与维修、运输与安装等。

本人根据自己选取的 较为满意的设计方案、分析所设计机械的特点、使用功能及应满足的主要设计等 因素，进行了运动计算、动力计算、强度计算、刚度计算、零件设计、部件设计 及运动仿真， 决定各个部件的相对位置及连接方法， 确定主要零部件的形状尺寸、 材料、制造安装等一系列问题。

在此基础上，绘出机械的总装图、部件装配图、 部分零件图、部件爆炸图及运动仿真工作。

本次设计所绘制的挖掘机工作装置总 装图是先造型动臂、斗杆、铲斗及液压油缸的部件装配图而后绘制成，之后再进 行机器底盘、回转装置、行走装置及驾驶室的设计。

斗山挖掘机技术参数产品名称 :DH60-7整机重量：5,550㎏(12,100Ib)斗容围：PCSA:0.09～0.2㎥额定功率：54㎰/2,200rpm38.1㎾/2,200rpm主要尺寸A、上部全宽(mm) 1885B、驾驶室全宽(mm) 1030C、驾驶室全高(mm) 2575D、尾部回转半径(mm) 1650E、最小离地间隙(mm) 350F、导向轮和驱动轮中1990心距离(mm)G、履带长(mm) 2540H、带距(mm) 1480I、履带板宽(mm) 400J、全长(mm) 5850K、配有履带全宽(mm) 1880液压系统主泵类型变排量轴向柱赛泵主泵最大流量2¡¿55 l/min (2¡¿14.5 US gpm) 主泵数量 2先导泵类型齿轮泵先导泵最大流量9.9 l/min (2.61 US gpm)回转马达溢流阀220 kgf/cm^2 (3129 psi)主溢流阀动臂/210 kgf/cm^2 (2986 psi)斗杆/铲斗主溢流阀行走回210 kgf/cm^2 (2986 psi)路作业围动臂长度3000(mm)斗杆长度(mm) 1600A、最大挖掘围(mm) 6150B、最大挖掘深度(mm) 3820C、最大挖掘高度(mm) 5760D、最大卸料高度(mm) 4030 铲斗挖掘力{ISO}(kN) 37.7 斗杆挖掘力{ISO}(kN) 28.4 DH80GOLD主要参数动臂长度3,720 mm斗杆长度1,670 mm铲斗容量0.32 PCSA最大挖掘半径6,349 mm地面最大挖掘半径6,212 mm最大挖掘深度4,167 mm最大卸料高度5,148 mm最小卸料高度2,316 mm最大挖掘高度7,121 mm铲斗销轴最大高度6,129 mm最大垂直壁挖掘深3,327 mm度最大垂直挖掘半径4,272 mm8英寸水平最大挖掘9,675 mm深度8英寸最小半径1,375 mm最小挖掘半径735 mm最小回转半径1,740 mm铲斗动作角度183.4 deg性能参数整机重量(带推铲/8,100/7,650 Kg无推铲)铲斗容量（㎥）0.32 PCSA型号R4TNV98-VDB24额定输出ps/rpm最大扭矩24.2/1,320 kg.m/rpm 燃料箱容积114 L输出压力(作业/行280/280 kg/cm3走)油泵容量75.6x2+18.7l/min最大挖掘力(铲斗/5.6/3.8 KN斗杆)最大牵引力7.4/4.6 KN行走速度 4.3/2.7 km/h回转速度11.5 rpm爬坡能力30度全长6,144 mm全宽2,240 mm全高2,660 mm尾部回转半径1,800 mm最小离地间隙365 mm履带宽450 mm接地比压0.37 kg/cm2带距1,750 mm导向轮与驱动轮中2,130 mm心距离推土铲2,200x408产品名称 :DH150LC-7整机重量：13,900㎏(30,644Ib)斗容围：PCSA:0.28～0.75㎥额定功率：96㎰/1,850rpm71㎾/1,850rpm主要尺寸A、上部全宽(mm) 2490B、驾驶室全宽(mm) 960C、驾驶室全高(mm) 2830D、尾部回转半径(mm) 2200E、全高(mm) 2830F、配重水平高度(mm) 920G、最小离地间隙(mm) 410H、导向轮和驱动轮中心距离2780(mm)I、履带长(mm) 3495J、带距(mm) 2000K、履带板宽(mm) 600L、全长(mm) 7700M、配有600mm履带板的履带2600全宽(mm)液压系统主泵类型变量轴向柱赛泵主泵最大流量2x116 l/min (2×30.6 US gpm) 主泵数量 2先导泵类型齿轮泵先导泵最大流量27.7 l/min (7.3 US gpm)回转马达溢流阀270 kgf/cm^2 (3840 psi)主溢流阀动臂/斗杆/铲331 kgf/cm^2 (4694 psi)斗标准主溢流阀动臂/斗杆/铲350 kgf/cm^2 (4978 psi)斗增压模式主溢流阀行走回路331 kgf/cm^2 (4694 psi作业围动臂长度(mm) 4000/4600/4600斗杆长度(mm) 1900/2500/3000A、最大挖掘围(mm) 7220/8260/8740B、地面最大挖掘围(mm) 7050/8110/8600C、最大挖掘深度(mm) 4670/5630/6130D、最大挖掘高度(mm) 7890/8620/8950E、最大卸料高度(mm) 5440/6200/6530F、可挖掘最大垂直壁深4170/5070/5660度(mm)G、8英尺水平最大挖掘深4410/5380/5920度(mm)最大斗杆挖掘力77.4/81.3{ISO}(kN)最大铲斗挖掘力65.7/70；57.8/62；51.9/55 {ISO}(kN)产品名称 :DH215-9工作重量：21~22ton斗容围：0.86/1.0㎥飞轮功率：110㎾(150㎰)/1950rpm外形尺寸N尾部回转半径(mm) 2840O运输高度(至动臂顶2870部)(mm)P运输高度(至软管顶3030部)(mm)Q运输长度(mm) 9600R运输宽度(mm) 2800S配重离地间隙(mm) 1105T总高(至驾驶室顶3000部)(mm)U转台宽度(mm) 2710V驾驶室高度(转台以845上)(mm)W驾驶室全宽(mm) 960X导向轮和驱动轮中心3270距离(mm)Y履带长度(mm) 4065Z总宽(mm) 2800a履带宽度(mm) 600b履带高度(mm) 909c最小离地间隙(mm) 480工作围A最大挖掘距离(mm) 9970B在地面的最大挖掘距9780离(mm)C最大挖掘深度(mm) 6660D最大卸载高度(mm) 6810E最小卸载高度(mm) 2560F最大挖掘高度(mm) 9660G铲斗销轴最大高度8290(mm)H最大垂直壁挖掘深度5600(mm)I最大垂直半径(mm) 6370 J8'水平最大挖掘深度(mm) 6460 K8'最小半径(mm) 2790 L最小挖掘距离(mm) 430 M最小回转半径(mm) 3960 d铲斗伸角度(mm) 175 产品名称 :DH300LC-7整机重量：29,600㎏(65,268Ib)斗容围：PCSA:0.63～1.75㎥额定功率：200㎰/1,900rpm147㎾/1,900rpm主要尺寸A、上部全宽(mm) 2960B、驾驶室全宽(mm) 960C、驾驶室全高(mm) 3065D、尾部回转半径(mm) 3200E、全高(mm) 3365F、配重水平高度(mm) 1175G、最小离地间隙(mm) 500H、导向轮和驱动轮中心距离4010(mm)I、履带长(mm) 4930J、带距(mm) 2600K、履带板宽(mm) 600L、全长(mm) 10620M、配有600mm履带板的履带3200全宽(mm)液压系统主泵类型变量轴向柱赛泵主泵最大流量2¡¿246 l/min (2¡¿65 US gpm) 主泵数量 2先导泵类型齿轮泵先导泵最大流量28.5 l/min (7.5 US gpm)回转马达溢流阀285 kgf/cm^2 (4050 psi)主溢流阀动臂/斗杆/铲331 kgf/cm^2 (4690 psi)斗标准主溢流阀动臂/斗杆/铲350 kgf/cm^2 (4980 psi)斗增压模式主溢流阀行走回路331 kgf/cm^2 (4690 psi)作业围动臂长度(mm) 6245/6245/6245/10000斗杆长度(mm) 2500/3750/3100/7000A、最大挖掘围(mm) 10155/11290/10735/17440B、地面最大挖掘围(mm) 9950/11105/10540/17320C、最大挖掘深度(mm) 6275/7980/7330/13840D、最大挖掘高度(mm) 9985/10520/10345/14100E、最大卸料高度(mm) 6960/7475/7286/11790F、可挖掘最大垂直壁深5370/6745/6145/12590度(mm)G、8英尺水平最大挖掘深6505/7810/7150/13680度(mm)铲斗挖掘力{ISO}(kN) 188/199.9斗杆挖掘力{ISO}(kN) 155.8/164.6；115.6/122.5；127.4/135.2;68.6/72.5。

挖掘机操作说明1、操作技术首先要确认周围状况。

回转作业时，对周围障碍物、地形要做到心中有数，安全操作；作业时，要确认履带的前后方向，避免造成倾翻或撞击；尽量不要把终传动面对挖掘方向，否则容易损伤行走马达或软管；作业时，要保证左右履带与地面完全接触，提高整机的动态稳定性。

2、有效挖掘方法当铲斗缸和连杆、斗杆缸和斗杆之间互成90度时，挖掘力最大；铲斗斗齿和地面保持30度角时，挖掘力最佳即切土阻力最小；用斗杆挖掘时，应保证斗杆角度范围在从前面45度角到后面30度之间。

同时使用动臂和铲斗，能提高挖掘效率。

3、挖掘岩石使用铲斗挖掘岩石会对机器造成较大破坏，应尽避免；必须挖掘时，应根据岩石的裂纹方向来调整机体的位置，使铲斗能够顺利铲入，进行挖掘；把斗齿插入岩石裂缝中，用斗杆和铲斗的挖掘力进行挖掘（应留心斗齿的滑脱）；未被碎裂的岩石，应先破碎再使用铲斗挖掘。

4、坡面平整作业进行平面修整时应将机器平放地面，防止机体摇动，要把握动臂与斗杆的动作协调性，控制两者的速度对于平面修整至关重要。

5、装载作业机体应处于水平稳定位置，否则回转卸载难以准确控制，从而延长作业循环时间；机体与卡车要保持适当距离，防止在做180度回转时机体尾部与卡车相碰；尽量进行左回转装上，这样做视野开阔、作业效率高，同时要正确掌握旋转角度，以减少用于回转的时间；卡车位置林比挖掘机低，以缩短动臂提升时间，且视线良好；先装砂土、碎石，再放置大石块，这样可以减少对车箱的撞击。

6、松软地带或水中作业在软土地带作业时，应了解土壤松实程度，并注意限制铲斗的挖掘范围，防止滑坡、塌方等事故发生以及车体沉陷较深。

在水中作业时，应注意车体容许的水深范围（水面应在托链轮中心以下）；如果水平面较高，回转支承内部将因水的进入导致润滑不良，发动机风扇叶片受水击打导致折损，电器线路元件由于水的侵入发生短路或断路。

7、吊装作业作用液压挖掘机进行吊装操作进，应确认吊装现场周围状况，使用高强度的吊勾和钢丝绳，吊装时要尽量使用专用的吊装装置；作业方式应选择微操作模式，动作要缓慢平衡；吊绳长短适当，过长会使吊物摆动较大而难以精确控制；要正确调整铲斗位置，以防止钢线绳滑脱；施工人员尽量不要靠近吊装物，以防止因操作不当发生危险。

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