[發明專利]單斗液壓挖掘機反鏟工作裝置鉸點的設計方法

有效

• 申請號: 201210192847.5
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102720231A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 李海虹;李建成;張學良;陳志恢
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: E02F3/38
• 分類號: E02F3/38
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

技術領域

本發明屬于單斗液壓挖掘機技術領域，具體涉及－種單斗液壓挖掘機反鏟工作裝置鉸點的設計方法。

背景技術

單斗液壓挖掘機是一種多功能工程機械，目前被廣泛應用于水利工程、交通運輸、電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動、保證工程質量、加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。

單斗液壓挖掘機的工作條件惡劣,?沖擊和振動多，作業過程中承受復雜的動態載荷；突然增加的重載荷對機器產生巨大的沖擊力，從而會對機器的結構件造成很大的損害，導致材料疲勞失效、零部件磨損及緊固件變松。

解決這些問題的有效方法就是提高單斗液壓挖掘機工作裝置的彈性動力學特性，如圖1所示為單斗液壓挖掘機反鏟工作裝置機構簡圖，它包括機身1、動臂2、動臂油缸3、斗桿油缸4、斗桿5、鏟斗油缸6、連桿7、搖桿8、鏟斗9，其工作機構中共有11個鉸點，即A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、Q，這些鉸點影響反鏟工作裝置的固有頻率、運動和最大理論挖掘力，但目前，挖掘機反鏟工作裝置鉸點的設計，都是依照各部件的幾何要求和運動來確定的，個別方法以挖掘機的挖掘力最大為目標對反鏟工作裝置的鉸點進行設計。這些方法的缺點是只從靜態出發來設計反鏟工作裝置的鉸點，沒有考慮到反鏟工作裝置的鉸點對工作裝置固有頻率的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種單斗液壓挖掘機反鏟工作裝置中動臂油缸與動臂的鉸點B和動臂與斗桿的鉸點F的設計方法，可以克服現有技術存在的缺點。

本發明是這樣實現的，其特征在于其設計步驟為：

步驟一、原挖掘機工作裝置尺寸及位姿選定：

找到要優化的挖掘機反鏟工作裝置尺寸，選取挖掘機最大挖掘深度為優化設計位姿，如圖2所示;

步驟二、建立機構模型：

由于最大沖擊力產生在挖掘瞬間，由于土壤粘滯阻力存在，挖掘越緊固的土壤時產生的沖擊越大，而緊固的土壤對鏟斗的摩擦約束可近似等效為固定約束，從而建立動臂2、斗桿5和動臂油缸3三個主要部件的機構模型，如圖3所示;

步驟三、將動臂油缸全縮時等效成一根等直徑桿：

在軟件ANSYS中，將動臂油缸全縮時的裝配體一端固定，另一端施加軸向力F₁和徑向力F₂,?F₁為油缸最大推力，?F₂為1.6N/mm的線分布力，分別記錄最大軸向變形Ls、最大徑向變形Wq，依據等效原則：等效桿件應具有與原裝配體相近的彎曲剛度和拉壓剛度，先假設一確定直徑且與動臂油缸全縮時等長的假設桿，假設桿在軸向力F₁和徑向力F₂作用下產生的變形分別為Ls₂和Wq₂,改變等效桿的彈性模量，使殘差平方和Zbx=(Ls-Ls₂)²+(Wq-Wq₂)²最小,將動臂油缸等效成一根等直徑桿，如圖4所示；

步驟四、建立機構彈性動力學模型：

如圖5所示，將動臂在彎角定點B(看做與彎點U重合)處截斷為兩個單元，這樣整個反鏟工作裝置就分為四個單元，五個節點，十二個廣義坐標，即四個單元是動臂下半截單元????????????????????????????????????????????????、動臂上半截單元、斗桿單元、動臂油缸單元，五個節點是動臂與機身鉸點C、動臂油缸與機身鉸點A、動臂油缸與動臂鉸點B、動臂與斗桿鉸點F和斗桿與鏟斗鉸點Q，十二個廣義坐標是彈性位移坐標U₂、U₃、U₆、?U₇、曲率坐標U₁、U₅和彈性轉角坐標U₄、U₈、U₉、U₁₀、U₁₁、U₁₂，根據彈性動力學理論對液壓挖掘機反鏟工作裝置建立機構彈性動力學模型，如圖5所示；

步驟五、系統質量矩陣和剛度矩陣的建立：

5.1、動臂2劃分出的兩個單元、和斗桿單元屬于變截面直線單元，如圖6所示，其質量矩陣和剛度矩陣計算公式如下：?

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