6 t挖掘机与快换装置的匹配研究

2020-06-23程星星

机械制造 2020年6期

□ 李景 □ 程星星

广西柳工机械股份有限公司广西柳州 545007

1 研究背景

近年来,我国小型挖掘机市场发展速度较快,是带动我国工程机械行业,特别是挖掘机行业发展的重要力量。6 t挖掘机以小巧、灵活、多功能、高效等优势,日益成为土方工程应用的理想设备。6 t挖掘机适用于农业种植、园林绿化、果园挖沟施肥、小型土方工程、市政工程、路面修复、混凝土破碎、电缆埋设、管道铺设、河道疏通等方面,其功能包括钻土、开沟、夯实、抓运、松土、滚压、筛分、掘进、破碎、切削等十余种[1]。为适应多功能作业需求,施工中需要频繁更换工作装置。传统方法虽然可以实现工作装置的更换,但是要耗费大量人力,而且容易造成销轴表面污染,缩短销轴的使用寿命[2]。应用快换装置,可以使挖掘机快速更换各种属具,实现一机多用和一机多能,大大提高了挖掘机的使用价值及产品附加值,同时也减少了属具的吊装拆卸时间,提高了工作效率,节约了人力资源[3]。

由以上介绍可见,挖掘机与快换装置的有效匹配是实现挖掘机多功能应用的关键,笔者对6 t挖掘机与快换装置的匹配进行研究。

2 挖掘力计算

挖掘力是反映挖掘机作业性能的最关键参数之一,安装快换装置后,铲斗挖掘力及斗杆挖掘力会发生变化,将影响挖掘机的整机性能[4-7]。以下对安装快换装置前后6 t挖掘机的最大铲斗挖掘力和最大斗杆挖掘力进行计算。

2.1 最大铲斗挖掘力

铲斗挖掘力计算示意图如图1所示。

▲图1 铲斗挖掘力计算示意图

铲斗油缸推力Fb为:

(1)

式中:D1为铲斗油缸直径;P为液压系统最大工作压力。

根据图1,计算安装快换装置后挖掘机的最大铲斗挖掘力W1f为:

(2)

而未安装快换装置时挖掘机的最大铲斗挖掘力W1s为:

(3)

某6 t挖掘机安装快换装置后,L为974.26 mm,I为771.39 mm,将数值代入式(2)、式(3),计算得到安装快换装置后,该6 t挖掘机的最大铲斗挖掘力减小了20.82%。

2.2 最大斗杆挖掘力

斗杆挖掘力计算示意图如图2所示。

▲图2 斗杆挖掘力计算示意图

斗杆油缸推力Fa为:

(4)

式中:D2为斗杆油缸直径。

根据图2,计算安装快换装置后挖掘机的最大斗杆挖掘力W2f为:

W2f=FaR5/R6

(5)

而未安装快换装置时挖掘机的最大斗杆挖掘力W2s为:

W2s=FaR5/r6

(6)

某6 t挖掘机安装快换装置后,r6为2 546.04 mm,R6为2 297.85 mm,将数值代入式(5)、式(6),计算得到安装快换装置后该6 t挖掘机的最大斗杆挖掘力减小了9.75%。

3 挖掘力测试

采用图3、图4所示方法对6 t挖掘机的铲斗挖掘力和斗杆挖掘力进行测试[8],测得安装快换装置后挖掘机的最大铲斗挖掘力为32 400 N,最大斗杆挖掘力为28 500 N,而未安装快换装置时,挖掘机的最大铲斗挖掘力为41 000 N,最大斗杆挖掘力为31 000 N,安装快换装置后最大铲斗挖掘力和最大斗杆挖掘力的减小幅度与理论计算结果较为吻合。

▲图3 最大铲斗挖掘力测试示意图▲图4 最大斗杆挖掘力测试示意图

从理论计算及测试结果可以看出,安装快换装置后,6 t挖掘机最大铲斗挖掘力的减小幅度为20%左右,最大斗杆挖掘力的减小幅度为10%左右。挖掘力减小可能导致挖掘机无法进行正常挖掘作业,为了使挖掘机能够满足作业要求,需要减小铲斗挖掘阻力。铲斗挖掘阻力与铲斗切削半径及主刀板宽度相关,减小这两个参数,可以使铲斗挖掘阻力减小。由此可见,挖掘机在安装快换装置时,需要设计与快换装置相匹配的专用铲斗,进而配套使用。

4 强度校核

挖掘机在工作时,工作载荷在铲斗上的分布不均匀。在少数作业中,甚至会出现单齿挖掘的极端情况。因此,在强度分析时,选择最大挖掘阻力作用于铲斗的边齿处[9]。强度分析时,载荷与约束加载如图5所示,E点为最大挖掘阻力加载点,A、B、C、D点为约束点。通过软件分析快换装置的静力学强度,按各板材屈服极限的80%进行评估,快换装置的强度分析结果如图6所示。