步行式液压挖掘机的研究.pdf

产 品 结 构 产 品 结 构 P r o d u c t sa n ds t r u c t u r e s第3 8卷2 0 0 7年1月工程机械 1研制步行式液压挖掘机的目的 普通液压挖掘机的行驶系统,由传动系、转向 系、 制动系、 行驶系等组成。它和发动机、 工作装置 包括液压系统 是构成液压挖掘机的三大部分。 挖掘作业中,有一类工况值得讨论,如洞挖作 业, 工作空间本来就不大, 工作过程中挖掘机左右位 置只需作小范围调整,每次前进的距离也很短 , 在 挖掘参数相似条件下, 履带式挖掘机抗土石冲击, 稳 定性好,但体积重量较大, 在狭小空间内行走转向不 方便,行走系统多工作在低效率区使整机经济性变 差。 轮胎式挖掘机行走转向方便但抗土石冲击性差, 每次移动需要收放稳定支腿, 效率较低。 洞挖技术复 杂, 工程量比较集中而挖掘、 装运条件较差, 施工周 期较长, 所以挖掘机不需要经常迁移, 行走系统的利 用率较低。 虽然洞挖是较典型的例子, 但在挖掘机不 同的工程运用中存在类似情况。设在有效作业时间 内, 挖掘机行走 转向 时间和工作循环 挖掘、 旋转、 卸荷、 返回 时间之比为挖掘机行走系统的相对利用 率, 如果在挖掘机的使用寿命内 对于大工程, 可能 就是一次性的 , 其行走系统的平均相对利用率小到 一定程度,因有自行系统而提高的生产效率就弥补 不了因此而增加的一次性投资和使用维持费。 所以有必要研究一种适合上述作业的液压挖 掘机。 2步行式液压挖掘机的工作原理 2 . 1结构与参数 步行式液压挖掘机如图1所示,铲斗2兼有行 走支点的作用, 铰点1 7设在前后轮中点, 液压缸1 2 能在下动臂1 1内伸缩使上下动臂间夹角变化幅度 增大, 前轮2 0为宽幅带防滑结构的钢轮, 以增大整 机稳定性, 降低接地比压, 有强抗冲击、 抗磨损、 抗锥 入和抗割裂能力, 后轮1 5为双橡胶轮胎, 自由装在 车架2 4上,挖掘作业时可以采用通常的液压制动。 挖掘机通过装于铲斗2上的拖挂销1与牵引车连 接, 上下动臂固定销9和防降钢绳保证拖行的安全。 下动臂液压缸铰点1 9可调, 便于调整挖掘范围。 1 .拖挂销及销孔2 .铲斗3 .连杆4 .斗杆5 .铲斗液压缸 6 .上动臂7 .斗杆液压缸8 .上动臂液压缸9 .上下动臂固 定销及销孔1 0 .上下动臂铰点1 1 .下动臂1 2 .下动臂液压 缸1 3 .配重1 4 .转台1 5 .后轮胶质 1 6 .车架1 7 .下动臂 铰点1 8 .转盘1 9 .下动臂液压缸铰点2 0 .前轮钢质 2 1 . 操纵室2 2 .液压单元组合2 3 .发动机2 4 .车架2 5 .液压 冷却系统2 6 .液压油箱2 7 .燃油箱未画出 图1步行式液压挖掘机的结构 步行式液压挖掘机的研究 郑州大学机械工程学院行文凯 “ “ “ “ 摘要 步行式液压挖掘机在很大程度上取消了传统意义上的行走系统, 依靠工作装置与行走轮配合, 在液 压系统控制下实现行走。提出步行式液压挖掘机的原理、 结构、 特点、 成本及使用场合, 希望引起使用者的关注。 关键词 步行式液压挖掘机行走机构洞挖作业 7 产 品 结 构 产 品 结 构 P r o d u c t sa n ds t r u c t u r e s工程机械第3 8卷2 0 0 7年1月 按标准斗容和质量一般将液压挖掘机分为大中 小3型,考虑步行式液压挖掘机最适应在狭小空间 内短距离移动作业,将其主要参数定位在中小型系 列, 即选择斗容0 . 6 ～0 . 8 m 3 , 挖掘高度和半径7 ～8 m, 挖掘深度4 ～5 m, 卸载高度3 ～4 m, 轴距3 m, 轮 距2 m, 拖行高度小于4 m。考虑其较轮胎式挖掘机 稳定性要好, 同样的斗容可将生产效率选高一些, 如 1 2 0 ～1 5 0m 3 / h, 回转速度6 ～7 r / m i n, 液压系统工作 压力1 6 ～1 8M P a, 所需发动机功率9 0k W, 根据有 关资料结合经验估算各构件主要尺寸和重量,结果 表明整机质量不会超过1 3 . 5 t, 图2是在选定一组几 何参数时, 挖掘机的工作范围示意图。 2 . 2行走 根据地面情况步行式液压挖掘机可以用不同 方式行走, 图3 a是前后轮同时接地行走的情形, 它 适合于在较平坦的地面上行走。首先调整各构件位 置使铲斗靠齿端平面支地并施加适当正压力, 驱动 斗杆液压缸7, 活塞杆从l 1伸长至l ′1, 使斗杆4连 同铲斗2绕支点转动, 利用斗杆4与上动臂6的铰 点绕支点转动产生的水平力拉动挖掘机前进L, 为 避免斗杆和上动臂承受不必要的铅垂力, 应同时驱 动上动臂液压缸8, 活塞杆从l 2伸长至l ′2, 扩大上 下动臂之夹角, 以跟随此铰点铅垂方向的运动。同 理, 转盘1 8转过1 8 0 可使挖掘机反方向行走。如 地面凸凹不平,左右两侧轮所受阻力可能差别很 大, 为避免轮子与地面间产生相对滑动, 将两轮设 置成自由轮, 此时要利用上述铅垂方向的拉力提起 前轮如图3 b, 为保证后轮接地并承受挖掘机部分重 量, 在驱动斗杆液压缸7的同时收起下动臂液压缸 活塞杆1 2, 提起前轮也有利于减少行走阻力。步行 式液压挖掘机的行走还可以由工作装置不同构件 的其它运动组合来完成。 2 . 3转向 图4描述挖掘机转向的情形,图4 a转盘1 8先 带动工作装置等转过角度α,α Rn, 所以外侧后轮将沿铲斗受力方 向转过一个较内侧后轮更大的圆弧,R w- Rn愈大, 圆 弧 转弯 半径愈小, 后轮轴因此转过角度β,β大小 与挖掘机前进的距离L成正比。 2 . 4迁移 步行式液压挖掘机长距离迁移也较方便,一般 工地都少不了可自行的机械, 即便是拖拉机, 这时牵 引车尾部就好象地面, 挖掘机铲斗支撑其上, 上公路 需提起前轮,安装好拖挂销及上下动臂固定销和防 图2挖掘范围示意图 图3行走方式示意图 8 产 品 结 构 产 品 结 构 P r o d u c t sa n ds t r u c t u r e s第3 8卷2 0 0 7年1月工程机械 降钢缆, 接通行走制动气源, 即可长途拖行。 3步行式液压挖掘机的特点 在主要工作参数相同的条件下,与轮胎式和履 带式液压挖掘机相比,步行式液压挖掘机有如下特 点 1取消了常规意义上的工程机械底盘,没有 传动、 转向、 变速、 差速、 半轴等机构连接的限制, 整 机能布置得更合理、 紧凑, 整机质量降低, 制造成本 也将降低。 2各液压缸行程、铰点位置及下动臂结构在 满足行走同时, 有利于增大构件间的角度变化范围, 使工作装置具有更大的可塑性,能在一般挖掘机无 法工作的狭小场地和空间里自如工作。 1 、2两点使步行式液压挖掘机更适合在狭 小空间作业。 3由于能在公路上拖行,免去了履带式液压 挖掘机昂贵的运输费用和轮胎式液压挖掘机必交的 有关税费, 减少了日常维护管理开支。 以上 1 、3 两点使步行式液压挖掘机更适合 低成本作业。 4前轮为带防滑结构的宽幅钢轮,增加了整 机工作的稳定性, 接地比压小, 强度高, 具有履带式 挖掘机的优点, 能适应山区和复杂地表作业。 5自救能力强, 如果陷在泥或软土里, 只要运 用上述行走转弯原理即可拔出轮子。 6铲斗不能载物料行走、 转向; 不适合需要频 繁进行较长距离移动和需要准确定位的工作场合; 对工作装置结构的综合强度要求较高。 4小结与展望 步行式液压挖掘机在很大程度上取消了传统意 义上的行走系统,依靠工作装置与行走轮配合在液 压系统控制下完成行走功能,考虑不同工作地点之 间和长距离迁移方便安全, 综合履带、 轮胎两种部件 在挖掘和行走状态下的不同特点对整机进行了通盘 设计。 本文所提出的设计方案已经审请中国专利, 进 一步的设计条件已成熟,相信不久它将作为挖掘机 家族中的一个新成员出现在施工队伍中。 通信地址 郑州市高新技术开发区科学大道1 0 0号郑州大 学机械工程学院 4 5 0 0 0 1收稿日期2 0 0 6 - 0 9 - 1 8 图4步行式挖掘机转向示意图 α α β 9 C o n s t r u c t i o nMa c h i n e r ya n dE q u i p me n t V o l . 3 8N o . 1 A b s t r a c t si nE n g l i s h Mo d e l WY L 4 0Wh e e l T y p eH y d r a u l i cE x c a v a t o rf o rA g r i c u l t u r a l U s e T h e b a s i c m a c h i n e s t r u c t u r e , s y s t e mc o m p o s i t i o na n dr e m a r k a b l e p e r f o r - m a n c e o f m o d e l WY L 4 0w h e e l t y p e h y d r a u l i c e x c a v a t o r a r e d e s c r i b e di n t h e a r t i c l e . T h e e x c a v a t o r f e a t u r e s s i m p l e d e s i g n , e a s y o p e r a t i o n a n d m o d - e r a t e p r i c e s o i t w i l l p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n w a t e r c o n s e r v a n c y c o n s t r u c - t i o nf o r f a r ml a n da n dm o d i f i c a t i o na n dm a i n t e n a n c e f o r m u n i c i p a l u t i l i t y r o a d s . K e y w o r d s A g r i c u l t u r a l c o n s t r u c t i o nma c h i n e r y H y d r a u l i c e x c a v a t o rP i l o t c o n t r o l AR e s e a r c ho nWa l kT y p e H y d r a u l i c E x c a v a t o r s P r i n c i p l e , s t r u c t u r e , f e a t u r e s , m a n u f a c t u r i n gc o s t a n dw o r kc o n d i t i o n s o f t h e w a l k t y p e e x c a v a t o r a r e e x p a t i a t e d w i t h t h e h o p e t o a t t r a c t t h e a t t e n t i o n o f p o t e n t i a l u s e r s . K e y w o r d s Wa l kt y p e h y d r a u l i c e x c a v a t o r T r a v e l me c h a n i s m C a v i n go p e r a t i o n AC o n c e p t o f T r u c kMo u n t e dC r a n ef o rC o n s t r u c t i o nWa l l b o a r d H a n d l i n g T r a n s p o r t a t i o np r o c e s s e s o f c o n s t r u c t i o nw a l l b o a r d s a n dp r e s e n t s i t u a t i o n o f r e l a t i v e e q u i p m e n t a r e a n a l y z e d i n t h e a r t i c l e . Am o d e l o f t r u c k m o u n t e d c r a n es u i t a b l ef o r c o n s t r u c t i o nw a l l b o a r dt r a n s p o r t a t i o nh a s b e e ns e t u p a n d i t s m a i n w o r k m o d e s w e r e s t u d i e d . U n l i k e c o m m o n c r a n e s , t h e e q u i p - m e n t a d o p t s a l i f t i n g j i b c o m b i n g f o l d i n g a n d t e l e s c o p i n g o p e r a t i o n s . T h e r e i s a j o i n t i n t h e f r o n t o f t h e e q u i p m e n t t o e n s u r e a p a r a l l e l p r o b i n g o f s u p - p o r t r o d i n t o b u i l d i n g s . H o i s t i n g h e i g h t a n d w e i g h t a n d c o n t r o l m a n n e r s o f t h e t r u c k m o u n t e d c r a n e f o r c o n s t r u c t i o n w a l l b o a r d a r e r e c o m m e n d e d . K e y w o r d s T r u n kmo u n t e dc r a n eC o n s t r u c t i o nw a l l b o a r d T r a n s p o r t a t i o ne q u i p me n t A n a l y s i s o nP r a c t i c a l P r o b l e ms o f L o a d e r A t t a c h me n t L i n k a g e s Wi t h w i d e r a n d w i d e r u s a g e o f m u l t i - f u n c t i o n a l l o a d e r p r o d u c t s i n i n d u s - t r i e s ,s o m ep r o b l e m so c c u r r e di nc o m m o n6 - l i n k a g em e c h a n i s m a n d 8 - l i n k a g e m e c h a n i s mf o r l o a d e r a t t a c h m e n t s . F r o mt h e a s p e c t o f m e c h a - n i s mc h a r a c t e r i s t i c s o f l o a d e r a t t a c h m e n t s , a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s i n m u l t i - f u n c t i o n o p e r a t i o n s o f l o a d e r s a r e a n a l y z e d . K e y w o r d s L o a d e rA t t a c h me n tP o w e r c h a r a c t e r i s t i c s P a r a l l e l l i f t i n gc h a r a c t e r i s t i c s I n f l u e n c e so f S t r u c t u r a l A r r a n g e me n t o f E x c a v a t o rC o o l i n gS y s - t e mo nH e a t B a l a n c e I mp r o v e me n t D u et oo v e r - h e a t p h e n o m e n o nu n d e r h i g ht e m p e r a t u r ew o r kc o n d i t i o n s , s m a l l - s i z e dh y d r a u l i c e x c a v a t o r s c a n t p r o p e r l y o p e r a t e . T h r o u g ha t h e o - r e t i c a l a n a l y s i s o nt h e c a u s e s o f e x c e s s i v e r a d i a t o r t e m p e r a t u r e , s t r u c t u r a l a r r a n g e m e n t o f t h ec o o l i n gs y s t e mi s i m p r o v e ds ot h a t e v e r yp a r t s i nt h e s y s t e mc a nb e r a t i o n a l l y m a t c h e d . T e s t s h o w nt h a t i m p r o v e m e n t o ns t r u c - t u r a l a r r a n g e m e n t c a n s e t t l e e n g i n e o v e r - h e a t p r o b l e me f f e c t i v e l y . K e y w o r d s S ma l l - s i z e de x c a v a t o rC o o l i n gs y s t e m H e a t r a d i a t o rH e a t b a l a n c e T e s t a n dR e s e a r c hf o r I n f l u e n c e s o f Wo r kD e p t ha n dWo r kS p e e d o nWo r kR e s i s t a n c e o f B i o n i c S c a r i f i e r s S o i l s c a r i f i e r sa r ew i d e l yu s e di nc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yo p e r a t i o na n d f a r mp l o w i n g . R a t i o n a l l yo p t i m i z e dr i p p i n gc o m p o n e n t s a n dw o r km o d e s p l a y a s i g n i f i c a n t p a r t i n r e d u c i n g w o r k r e s i s t a n c e a n d p o w e r c o n s u m p t i o n . Wi t ht h et e s t a n da n a l y s i s r e s u l t s o f s o m ea n i m a l c l a wp r o f i l e s , ab i o n i c c u r v e d t y p e s c a r i f y i n g m e c h a n i s mi s d e v e l o p e d . V a r i a t i o n r e g u l a r i t y o f i n - f l u e n c e s o f w o r kd e p t ha n ds p e e do nw o r kr e s i s t a n c e o f t h e m e c h a n i s mi s s t u d i e dt h r o u g hu n i f o r m i t y t e s t s i nb i g s o i l b i ni n d o o r . A l l t h e s e a r e s o m e i n i t i a l d e v e l o p m e n t f o r t h e r e s e a r c h a n d o p t i m a l d e s i g n o f b i o n i c s c a r i f i e r s . K e y w o r d s B i o n i c sS c a r i f i e r sU n i f o r mi t yt e s tWo r kd e p t h S p e e d Wo r kr e s i s t a n c e T e s t a n dR e s e a r c hf o r F u z z yC o n t r o l o nA u t o ma t i c T r a n s mi s s i o n P r e s e n t s i t u a t i o n o f a u t o m a t i c s h i f t t r a n s m i s s i o nu s e do nc o n s t r u c t i o nm a - c h i n e r yi s d i s c u s s e d . B a s i cw o r kp r i n c i p l eo f f u z z yc o n t r o l i na u t o m a t i c s p e e d c o n t r o l i s p r e s e n t e d . Wi t h A G 4 a u t o - t r a n s m i s s i o n a s a n o b j e c t , f u z z y c o n t r o l v a r i a b l e s , c o n t r o l r e g u l a t i o n s a n d i n f e r e n c e p r o c e s s a r e d e t e r m i n e d . At e s t s y s t e mi s e s t a b l i s h e di nl a ba n dt h e c o n t r o l l e r s a r e d e s i g n e d . T h e t e s t r e s u l t s s h o wt h a t t h e f u z z y c o n t r o l s t r a t e g y d e t e r m i n e dc a nb e a p p l i e d t o t h e c o n t r o l o f a u t o m a t i c t r a n s m i s s i o n . K e y w o r d s A u t o ma t i c t r a n s mi s s i o n F u z z yc o n t r o l C o n t r o l s t r a t e g yT e s t Mo n i t o r i n ga n dA n a l y z i n gT o r s i o n a l V i b r a t i o no f D i e s e l E n g i n e s S h a f t S y s t e mB a s e do n3 DG r a p h i c S p e c t r u m T h e t o r s i o n a l v i b r a t i o n o f a d i e s e l e n g i n e s s h a f t s y s t e mc a n r e s u l t i n n o i s e i n c r e a s e a n ds e v e r e v i b r a t i o no f c o n s t r u c t i o nv e h i c l e s o r e v e nf r a c t u r e s o f c r a n k s h a f t a n dt r a n s m i s s i o ns h a f t s . U s i n gat o u c h l e s s m e a s u r i n gs y s t e m , t e s t e ds i g n a l sa r ea n a l y z e dw i t hF F Tt e c h n o l o g y . A3 Dc u r v e ds u r f a c e g r a p ho f s p e e d , f r e q u e n c ya n da m p l i t u d eo f t o r s i o n a l a n g l ei so b t a i n e d . F u n d a m e n t a l v i b r a t i o nw a v e , s i n g l e - n o d en a t u r a l f r e q u e n c ya n dr e l a t e d p a r a m e t e r so f a m p l i t u d e , n a t u r a l f r e q u e n c yo f s h a f t s y s t e ma n dc r i t i c a l s p e e d a r e d e t e r m i n e d a n d r o l l i n g v i b r a t i o n c o m p o n e n t i s a n a l y z e d . M e t h o d , p r o c e d u r e a n d c o n c l u s i o n o f t h e t e s t a n d a n a l y s i s p r o v i d e a b a s i s f o r f a i l u r e d i a g n o s i s o f d i e s e l e n g i n ea n dc o n s t r u c t i o nv e h i c l e sw h i l et h ed a t ao b - t a i n e d a r e u s e d f o r t h e i r d y n a m i c d e s i g n . K e y w o r d s F a i l u r e d i a g n o s i sT o u c h l e s s me a s u r i n g S y n t o n yF u n d a me n t a l v i b r a t i o nw a v e A n a l y s i sa n dC a l c u l a t i o nf o rL a t e r a lS t a b i l i t yi nt h eS w i n g i n g O p e r a t i o no f R o t a r yP i l e D r i l l A s a k i n d o f p i l e m a c h i n e r y , r o t a r y p i l e d r i l l s a r e e x p o s i n g t h e i r s u p e r i o r i - t i e s a n d s i g n i f i c a n c e i n i n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n . C o m p a r e d w i t h i m p o r t - e d p r o d u c t s , d o m e s t i c p r o d u c t s c a np r e s e n t a l m o s t t h e s a m e p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s b u t t h e r e a r e b i g d i f f e r e n c e s i n o p e r a t i o n a l i t y a n d s t a b i l i t y . T h e c a l c u l a t i o n o f l a t e r a l s t a b i l i t y i n t h e s w i n g i n g o p e r a t i o n o f r o t a r y p i l e d r i l l i s h e l p f u l t o d e t e r m i n e t h e p a r a m e t e r s f o r s w i n g s y s t e mo f b a s i c m a c h i n e . K e y w o r d s R o t a r yp i l e d r i l lL a t e r a l s t a b i l i t yi ns w i n g i n go p e r a t i o n A n a l y s i s a n dc a l c u l a t i o n