液壓挖掘機工作原理——專業術語解釋

lisong8891

一  土壤切削

5 D9 v* G! b( B% T8 ~　　1．挖掘阻力
  |2 a* U$ Y. Z9 k
　　挖掘阻力是指鏟斗在挖掘過程中所遇到的土壤阻力，通常近似的認為它作用在斗尖上，并可依照挖掘軌跡的切線方向分解切向阻力Pt和法向阻力Pn 。目前的粗略算法為：

  c# `0 l- \% v　　Pt＝σbc            Pn＝ψPt
　　式中：σ為挖掘比阻力，由試驗確定；b為斗寬；c為切削厚度；ψ為系數，由試驗確定。
2 J  T6 o* ?9 e  c- }3 l
# o) h5 v' E% ?' H4 q$ E　　2．挖掘功
　　當不計土壤的松散系數和鏟斗的裝滿系數時，為了在一定的挖掘行程中能裝滿鏟斗，應有

+ B' k5 J4 A, h# r. H, Y　　q＝bcL
+ k7 r. ?( z8 W9 D3 x8 w( i# c 　　式中：L為挖掘行程；q為斗容量；c為切削厚度。
0 H4 [! X1 j8 g 　　所以         
　　Pt＝σ×b×c＝σ q／L
7 k; o; o% N6 @1 G; c  　即挖掘功 ：  Pt L＝σq
( E6 y3 q5 W$ l  　在挖掘過程中，Pn不做功，只有Pt做功，簡稱為挖掘功。當挖掘對象的土壤等級和鏟斗容量以確定時，就可由上式來確定挖掘功PtL。

　　3. 液壓缸所做的功
  　根據能量守恒定律，當不計損失時，液壓缸在其行程上所做的功應等于挖掘功。
即              F△l≥PtL＝σ×q
　　式中：F為液壓缸的最大推力；△l為液壓缸的行程。
　　上式是選擇液壓缸缸徑的主要以據，對于反、正鏟工作裝置上式都是適用的。
! z6 x5 G7 a3 V8 z8 g  g6 K
# x. a7 r$ U  B6 ?$ J1 \7 w　　4. 應用情況
  　若土壤等級和鏟斗容量都相同，則液壓缸所做的功也應相同。但在選擇液壓缸的缸徑和行程上，各公司都具有自己的特點，見表1——2。
  　液壓缸推力大小為
7 f) v$ j  V( n                  F＝Pa
) ?+ C% F' ^& A- U2 x* b+ ^　　式中：p為工作壓力；A為液壓缸面積。
$ i$ {- t/ j# }% P
4 y7 F9 p- A8 K2 H! A+ G# w$ S
6 v+ }- z- W8 f/ U表1——2  缸徑與行程比較表
公司名稱 液壓缸面積A 液壓缸行程△l
德馬可 大 小
" [/ E: Z' h# J# mKomatsu 小 大
利勃海爾 中 中
; M' c* C" V7 L7 v# I: w- J　　液壓缸面積A大，推力F也大工作裝置受力惡劣，焊接遇到的問題也增多。若液壓缸面積A小，行程△l大，則液壓缸剛度就差，易彎曲。因此，在設計時要綜合考慮各種因素。

  　根據實踐經驗，挖掘機鏟斗最小挖掘力值與鏟斗寬度有關，每米斗寬最小需10噸以上的力，鏟斗才能插入土中完成挖掘作業。

5 z3 s) K/ Y& z, n7 z0 Q  　鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力和整機重量有關，而鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力也有一定的比例關系：
! Y+ Y6 _/ D' P
Fb／W＝0.53～0.65           Fa／Fb＝0.73～0.85
式中：Fa為斗桿挖掘力；Fb為鏟斗挖掘力；W為整機重量。
: e! t+ |& Y! Z8 D0 `; t: @( a二 反鏟工作裝置的傳動計算
% M( l( Q2 m3 M& D" v: p- I7 M& Q
4 ^  t* R. x' t1 I) @　　1. 反鏟斗與液壓缸的連接方式 見圖1--2
⑴ 圖1——2（a）所示，鏟斗缸直接絞接于鏟斗上，由鏟斗，斗桿及鏟斗缸組成四連桿機構，一般鏟斗轉角較小，工作力矩變化較大，一般不采用。

1 W+ p% \  j8 }, j! t圖1——2 反鏟斗與液壓缸的連接方式

4 _( d6 G0 k, d2 H2 Y1 s3 r( s" @
* s1 j' m! @5 A' p# ~
⑵圖1—2（b）轉角小，挖掘力大，工作力矩變化較小，多數中小機型采用此方式。日本機型中搖桿1是直的，在歐洲機型上如利勃海爾和小型挖掘機上多用彎曲的。
⑶圖1—2（c）鏟斗轉角超前一個角度，同時也具有（b）方式的優點。在利勃海爾早年機型上多有采用。
3 |2 ~" H$ V$ u9 r$ u ⑷圖1—2（d）在油缸行程相同時，此方式轉角更大，但挖掘力小，而力矩變化較大，目前較少采用。
1 X3 P2 G2 n3 p* Y- \
4 p( }" v% F1 g0 R; T　　2. 反鏟挖掘力的計算
$ `1 N9 e, \$ b3 ^
　圖1——3為反鏟挖掘力計算簡圖。下面分別計算斗桿缸理論挖掘力和鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）：
) p4 T$ R  |2 [( e 斗桿缸理論挖掘力Fa可用下式計算
; J  Y. ?! ^! E  a( M
$ t! R6 K# M# P6 C* ^, `: I) w! g" Q圖1——3 反鏟挖掘力的計算簡圖

　　Fa＝Fsa／b
: t# z2 u" l. v2 m5 B　　式中：Fa為斗桿缸理論挖掘力；Fs為斗桿缸推力；a、b為力臂值。
　　鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）為
! ^: C) m# g7 {- R1 J* U: W
0 l% q; u+ v2 x/ O" u( Z. ]& [ Fb＝Fl ce／d r
& m& M+ h5 ^2 ^+ p8 D2 c; V　　式中：Fb為鏟斗缸理論挖掘力；Fl為鏟斗缸推力；c、e、d、r為力臂值。
　　說明：如果各力臂值未知時，則可在挖掘機上進行如圖1——3所示的位置的實測或用比例作圖法求出。

　　反鏟裝置采用斗桿缸（或鏟斗缸）進行挖掘，所得的理論挖掘力不考慮下列因素：a.工作裝置自重和土重；b.液壓系統和連桿機構的效率；c.工作液壓缸背壓。
0 \. x* D6 O. B4 H3 t5 p8 c4 g
　　3．反鏟斗容量的計算
　　反鏟斗容量的計算簡圖如1—4所示。其計算公式分別為：
% u# h0 X7 H( T/ d: C% L8 K
& e; B; x# n) F3 S) w　　1，按SAE標準的斗容量V1（安息角1／1）
V1＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／4－b13／12

　　2，按CECE標準的斗容量V2（安息角2／1）
6 I% u4 o6 e" K% O
V2＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／8－b13／24

2 J8 w7 J; Q& K; l　　式中：A為斗開口長度；b1為前面內寬度；b2為斗底處寬度；F為鏟斗橫截面積。
三 挖掘機的穩定性
2 V1 S( {, W9 K
$ ^& U5 z/ V* B2 X0 U* [　　1． 適用范圍
　　 本計算適用于帶有相應裝備的，使用于挖掘機作業范圍內的液壓挖掘機。本計算不適用于進行起重作業的液壓挖掘機。
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; G1 g) U- y( u- n　　2． 穩定性驗證的條件
1 R, H. T9 o" Z% ^2 b& `1 {4 F# G　　液壓挖掘機的穩定性（防止傾覆的安全性）是通過計算加以驗證的。這種驗證適用于挖掘機放置在水平停機面上。
) v: x( d  y( N  w9 Z+ ?5 e, l. A- c3 T
0 `* N9 d* M" r* {　　3． 穩定性的計算
在計算穩定性時要使用下列計算力值代替實際的重力值，即
K1E＝1.10E k2N＝1.25N
  T% ^# l7 g' h0 b9 R9 L0 ^　　式中：E為當挖掘機處在最大作業半徑時，超出在傾覆線之外的該機作業裝置的另部件的重力；N為有效載荷（土，石方）的重力；K1為工作裝置自重系數；K2為有效載荷系數。
" G5 i0 d& w* Z3 t3 b; j; h　　現以圖1—5反鏟挖掘機為例，也適用于正鏟挖掘機。同時，適用于履帶式及輪胎式挖掘機。
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穩定性＝穩定力矩／傾覆力矩＝(Gr••S－1.10El)／1.25Nn≥1
1 k% [6 t! ]. p) L; @& \# z  M! f$ a- |
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4 {+ w, E# ?9 s　　式中：S為傾覆線間距離；G為主機自重，G＝Gl＋Gr；D為整機自重，D＝Dl＋Dr；E為工作裝置自重，E＝D－G；l為重心間距，l＝(Dr－Gr)S／E；N為有效載荷；n為最大幅度。
9 z' _! y* Q9 `4 N四 生產率

　　生產率是液壓挖掘機的主要技術經濟指標之一，它表示在單位時間內從掌子面中挖掘出并卸到運土車上或棄土堆的土方體積。通常以每小時挖多少立方米為單位，在工地上也有用臺班或晝夜挖出的土方體積來表示的。
一般有三種生產率的概念。
8 P3 _; W0 G0 Z, z 1．理論生產率
2 W$ B1 y& n3 Z
　理論生產率是指一臺挖掘機在“計算條件”下連續工作一小時的生產率�！坝嬎銞l件”可取為：
( @4 h" c9 d. @  I
4 }0 X& P* A* J　　（1）司機操作熟練，充分考慮機械作單一動作時合流供油和作復合動作的可能性，如動臂生降可與轉臺回轉同時進行，動臂和斗桿油缸單獨工作時可以合流供油等。
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　�。�2）選擇最經常出現的工作條件和平均工作尺寸。如取最經常挖掘的土壤作為計算土壤。對反鏟來講，取最大挖掘深度的一半作為計算挖掘深度，取裝車高度或棄土堆的平均高度作為計算用卸土高度，取90°作為轉臺單向回轉角度等。
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/ x. L9 [/ U. d+ W" M/ l1 Q　�。�3）掌子面、運輸車（棄土堆）與挖掘機之間的相互位置恰當，運輸車選擇合理，配合良好。
理論生產率按下式計算：
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% ?3 m( r; v& B Q＝60qn （立方米／小時）
式中：Q為理論生產率；n為每分鐘工作循環次數的理論值；q為鏟斗幾何容量（立方米）

　　技術生產率是指機械在“給定條件”下連續工作一小時所能獲得的最大生產率。給定條件包括土壤情況，鏟斗裝滿情況，裝車情況等。

　　實際生產率是指機械在一段工作時間內實際平均生產率。計算實際生產率主要考慮兩個因素，即機械利用率和司機操作熟練程度，實際生產率一般在實際中測定

wxhycj

對于挖掘機認識很是深刻了，謝謝共享。