大型液压挖掘机的动力系统静弯矩超限问题分析.pdf

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总 第1 3 8 期 2 0 1 4 年第2 期 专题 研讨 机械管理开发 M A NA GEM EN T AN D D EVELo pM ENT 大 型液压 挖掘 机 的动 力 系 Tot a l of1 38 N o. 2 201 4 统静弯矩超 限问题分析 李佳林 ,李 光 太原重工技 术 中心 ,山西 太原 0 3 0 0 2 4 摘 要 对 某大型液压挖掘机 的动力 系统建立 了力学模型 ,并就动 力 系统不 同的安装布置方案做 了分析 计 算,证明了新安装布置方案的优越性 ,为实际应用提供 了理论依据。 关键词 液压挖掘机 ; 动 力系统 ; 静弯矩 中图分类号T H1 3 7 . 3 3 文献标识码C 文章编号1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 4 0 2 0 0 9 4 0 2 引言 康明斯发动机⋯ 在安装时对后端面的静弯矩有上限 要求 ,用户在使用时必须予以考虑。对于中小功率发 动机来说 ,通常的安装布置即能满足静弯矩要求。但 对于大功率发动机 ,采用通常的安装布置往往不能满 足静弯矩要求。以某大型液压挖掘机 的动力系统的安 装布置为例,对多种安装布置方案进行了深入的分析 和对 比。动力系统包含QS K 5 0 发动机 、分动箱和泵总 成 ,其中发动机包含发动机主体和飞轮壳 ,发动机主 体与飞轮壳的连结面处要求的最大静弯矩为6 1 0 0 N m,发 动机通过飞轮壳的法兰口与分动箱固定连接 ,其安装 布置示意简图见图l ,其 中发 动 机质 量为 6 7 1 7 k g , 分动箱质量为3 2 0 0 k g ,泵总成质量为l 9 0 7 k g 。 图1某大型液压挖掘机 的动力 系统示意 图 mm 1 通 常的安装布 置方案分析 通常 的安装布置方案为发动机前端左右做安装 点,发动机后端飞轮壳处不做安装点 ,分动箱地脚做 安装点,俗称 “ 两点支撑”,图2 为该方案的安装布置 示意图。 收稿 日期 2 0 1 4 - 卜2 0 第一作者简介李佳林 1 9 8 6 一 ,男,北京科技大学硕士研 究生,助理工程师,矿 用液压挖掘机 图2方案 1 的安装布 置示意图 由于分动箱壳体为铸铁 ,所以可以忽略分动箱输 出侧泵总成对输入侧的弯矩影响。根据材料力学中静 定结构原理 ,建立力学模型 见图3 。 L 一 一 一 i 二 图3方案1 的力学模型简图 图4方案1 的弯矩图 N m 设左侧支点处支反力为 ,以右侧支点为力矩中 心列出力矩平衡方程式 R X 2 8 1 8 6 7 1 7 X l 6 5 9 3 9 5 4 k g 发动机重心处的弯矩 为 。 R 1 1 5 9 4 4 9 1 0 N ‘ m 绘制的弯矩图如图4 所示。 由图4 n- T l l 连结面的静弯矩 为 A l 7 0 OO N m 2 在 飞轮壳两侧加安装点的方案分析 方案2 此方案是在 “ 两点支撑 ”的基础上 ,在 飞轮壳 两侧 各加 一个辅 助安装 点 ,以期 降低连 结面 的静 弯矩 ,俗 称 “ 三点支撑 ” ,图5 为该方 案的布置示 意 图” 。 I 发 动 机 主 体 薯 图5 方案2 的安装布 置示意 图 mm 第2 9 机械管理开发 j x g l k t b j b 1 2 6 .c o m 同理 ,由于分动箱壳体为铸铁 ,所以可以忽略分 动箱输出侧泵总成对输入侧的弯矩影响。根据材料力 学中静不定结构原理 ,建立力学模型 见图6 。 图6方案2 的力学模型简图 图7方案2 的弯矩图 N m 将 中间支点改为自由铰链,并加等价约束 弯矩 和支反力R 。 ,则连续梁变为2 个简支梁 ,根据三弯 矩方程可求得 一 2 5 1 3 0 N m 设左侧支点处支反力为 ,再以中间支点为力矩 中心对左侧简支梁列出力矩平衡方程式 2 4 1 5 - Mi 6 7 1 7 X 1 2 5 6 2 4 3 2 k g 发动机重心处的弯矩 为 l R A 1 1 5 9 2 7 6 2 0 N m 绘制弯矩图如图7 所示。 由图7 可知连结面的静弯矩为 M 1 5 6 7 0 N m 3 安装点可平移调整的方案分析 方案3 该方案是将飞轮壳与分动箱用横梁固定连接后, 在横梁上做安装点 ,安装点可根据需要布置在横梁的 合适位置,从而实现了安装点可沿轴向做适量平移调 整的效果,图8 为此方案的布置示意图。 同理 ,由于分动箱壳体为铸铁 ,所以可以忽略分 动箱输出侧泵总成对输入侧的弯矩影响。根据材料力 学中静定结构原理,建立力学模型如图嘶 示脚 。 飞 分 发 动机 主 体 轮 动 壳 箱 400 图8方案3 的安装布置示意 n 3 E H r _ 上 五 J 图9 方案3 的力学模型简图 .95. 设左侧支点处支反 力为R ,以右侧支点为力矩 中心列出力矩平衡方程式 R 2 5 9 0 3 2 0 02 2 8 6 7 1 71 4 3 1 3 4 3 0 k g 发动机重心处的弯矩 为 l R 1 1 5 9 3 8 9 5 9 N ’ m 右侧支点处的弯矩 为 一 3 2 0 02 2 8 - 7 1 5 0 N ‘ m 绘制弯矩图如图1 0 所示。 由图l 0 可知连结面的静弯矩为 M 5 7 3 3 N 1 T I 4结语 根据以上计算可知 ,方案l 中联结面的静弯矩约 为允许值的2 . 7 9 倍 ;方案2 中联结面的静弯矩约为允许 值的2 . 5 7 倍 ;方案3 中联结面的静弯矩小于允许值。据 此 ,可以得出新安装布置方案方案3 是有效可行的。 参考文献 [ 1 】 王文山. 柴油发动机管理 系统[ M] . 北京机械工业 出 版 社 , 2 0 1 0 . [ 2 ]同济大学方, 等. 单斗液压挖掘机【 M】 . 北京 中国建筑 工业 出版社, 1 9 8 0 . 编辑苗运平 Ana l y s i s o n Ov e r ‘ l i m i t St a t i c 。 m om e nt o f Dy na m i c a l S y s t e m of t he Hyd r a ul i c Exc a va t o r L i J i a l i n ,L i Gu a n g Te c h n o l o g y Ce n t e r o f T a i y u a n He a v y I n d u s t r y Co . , Lt d . ,Ta i y u an S h a n x i 0 3 0 0 2 4 【 Ab s t r a c t 】 T h e d y n a mi c a l s y s t e m o f t h e h y d r a u l i c e x c a v a t o r h a s b u i l d me c h a n i c a l mo d e l s a n d a n al y z e s s c h e d u l e s f o r t h e d y n a mi c al s y s t e m, wh i c h p r o v e s s u p e ri o r i t y o f n e w s c h e d u l e s and p r o v i d e s t h e o r e t i c al b a s i s for p r a c t i c e . 【 K e y wo r d s 】 h y d r a u fi e e x c a v a t o r ; d y n am i c a l s y s t e m; s t a t i c - mo me n t
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