1、- - - B聯(lián)重利ZOOMLONHEAVYINDUSTRY&SCIENCEZE510E/ESP液壓挖掘機(jī)計(jì)算說明書中聯(lián)重科（上海）挖掘機(jī)上海研發(fā)中心2012年06月8日目錄第一章總體參數(shù)計(jì)算1第二章回轉(zhuǎn)裝置計(jì)算3第三章行走裝置計(jì)算6第四章工作裝置計(jì)算9第五章整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算15總體參數(shù)計(jì)算一、功率計(jì)算1、發(fā)動(dòng)機(jī)原始參數(shù)型號：ISUZU-BB-6WG1XQA-03S功率：278.1kW/1800r/min最大扭矩：1553N.m/1500r/min2、液壓泵K5V200DPH1J3R-9NE4-4AV參數(shù)主泵：最大流量Q：360X2L/min最大工作壓力P：34.3(37)Mpa額定轉(zhuǎn)速：180

2、0r/min先導(dǎo)泵：流量Q：27L/min最大工作壓力P：3.9Mpa額定轉(zhuǎn)速：1800r/min3、主泵輸入功率計(jì)算采用電控方式調(diào)節(jié)主泵功率。調(diào)節(jié)器可將主泵功率控制在一個(gè)最大值范圍內(nèi)，在充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率基礎(chǔ)上，避免過載導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。根據(jù)主泵功率曲線圖，主泵最大功率時(shí)，P=23MPa,Q=343L/min00PQ23343N145.7kW60600.940.96其中，液壓泵總效率n=0.940.96,下同。按照擬合的P-Q曲線，實(shí)現(xiàn)恒功率控制，此時(shí)：P=18.7MPa,Q=347L/min00主泵1和主泵2輸入功率：PQ18.73470.85NN127kW1260604、先導(dǎo)泵輸入功率3.

3、927PQ600.940.961，94kW輸入功率N3#605、功率校核風(fēng)扇（水散、中冷）消耗功率為：8kW;進(jìn)排氣消耗功率為：2.1kW（發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定）電裝空調(diào)壓縮機(jī)功率為：3kW;發(fā)電機(jī)消耗功率為：1.2kW；發(fā)動(dòng)機(jī)功率富余量為：278.1-8-2.1-3-1.2-1.94-254=7.86kW6、結(jié)論：采用電控方式調(diào)節(jié)主泵功率，在主泵恒功率控制下，發(fā)動(dòng)機(jī)功率富余2.2%，完全滿足使用要求。第二章回轉(zhuǎn)裝置計(jì)算一、回轉(zhuǎn)平臺實(shí)際轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)馬達(dá)型號:KawasakiM5X130CHB-RG14D排量:129.2ml/r最大工作壓力:28.4MPa減速比:20.04Z回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速比：I=20.04x亠=

4、20.04x85/11二154.854Z1式中：Z_內(nèi)齒圈齒數(shù)2Z_小齒輪齒數(shù)120018000.95回轉(zhuǎn)平臺頭際轉(zhuǎn)速：n二/154.854=8.54r/min實(shí)129.22即：=8.54x2n/60=0.89rad/s實(shí)二、回轉(zhuǎn)平臺最佳轉(zhuǎn)速計(jì)算在挖掘作業(yè)回轉(zhuǎn)角度,轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和回轉(zhuǎn)液壓功率給定的情況下,為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時(shí)間,轉(zhuǎn)臺起動(dòng)力矩MQ與回轉(zhuǎn)角速度叫之間有一個(gè)最佳匹配的問題，這個(gè)最佳匹配的回轉(zhuǎn)角速度就稱為回轉(zhuǎn)平臺的最佳轉(zhuǎn)速.1）平臺起動(dòng)力矩MQMn=pn/2nQ總=28.X129.2x2x154.854x0.85/n=153812Nm式中，q馬達(dá)排量；p工作壓力；n-傳動(dòng)的機(jī)械效率

5、，取0.85;其中：總nM液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，取0.95;n減速機(jī)減速機(jī)傳動(dòng)效率，取0.92;減速機(jī)n內(nèi)齒圈傳動(dòng)效率，取0.98；齒圈2）平臺制動(dòng)力矩MZ由于摩擦力、效率、出口油壓的影響，對于液壓制動(dòng)，制動(dòng)力矩與起動(dòng)力矩之比C=iZQ112=120.852=1.384式中nM液壓馬達(dá)的機(jī)械效率；n減速機(jī)機(jī)械效率；n2回轉(zhuǎn)支承機(jī)械效率。M7=1.384Mq=1.384x153812NmZQ=212888Nm川崎實(shí)際制動(dòng)扭矩：874x2x154.854X0.92x0.98=244049Nm3）行走部分與地面的附著力矩M（pM=4910pG3=4910 x0.5x513=464314Nmp式中p附著

6、系數(shù)，取p=0.5G整機(jī)重量,G=51t取轉(zhuǎn)臺制動(dòng)力矩的允許值M0.6M0.6464314z278588Nm4）回轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)間tM244049NmMzz已知回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)過載閥的調(diào)定壓力p=28.4Mpa按作業(yè)轉(zhuǎn)角=90回轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)間：t=型-6000P0co2(1+3/R2+3/cR1/R3)+2QoQ為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時(shí)間t,令dt/oQ=0得，轉(zhuǎn)臺最佳轉(zhuǎn)速:n=max6M31Q-3313J1)1)0R2CRR3式中，Mq平臺起動(dòng)力矩，Mq=153812NmJ0空斗時(shí)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J0=590G5/3=590X515/3=413811kgif2A二J=1.627J-滿斗時(shí)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）J0R

7、3=131.3842.2=2.51nmax=3J)16MR2cr=I61538121.573：41381111.627)2.51=0.81(rad/s)=7.74r/min即理論上轉(zhuǎn)速n=7.74r/mi肘，作業(yè)循環(huán)時(shí)間最短。第三章行走裝置的計(jì)算一、接地比壓計(jì)算履帶尺寸:單條履帶接地長度:H=4530mm履帶板寬度:L=700mm履帶高度：h=1126mm整機(jī)重量：G=51000kgX9.8二499800N履帶平均接地比壓:G2(H_0.35h)L4998002(45300.351126)700=0.0725Mpa二、行走速度計(jì)算行走馬達(dá)型號為：715C3K+KYBMSF340VP工作壓力：P

8、=34.3MPa減速比：i=62.4馬達(dá)排量：q=175.7ml/r小q=304.1ml/r大馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速：20018000.96n二=1967r/min1175.720018000.96n2=1136r/min304.1驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)距：t0=228.6mm驅(qū)動(dòng)鏈輪齒數(shù)：23驅(qū)動(dòng)鏈輪基圓直徑：Dk=tD/sin=228.6/sin15.65=847.3mmv=re，則有60847.3196762.41065.03Km/h60Dnv=1maxi106min60iDn10660847.3113662.4106=2.91Km/h三、最大牽引力計(jì)算液壓馬達(dá)最大輸出扭矩：M二pqn/2=34.3x304.

9、1x0.950=1578(Nm)maxm1p-液壓馬達(dá)的進(jìn)出壓力差，取34.3MPa；q-液壓馬達(dá)的排量，取q大=304.1ml/rnm1-液壓馬達(dá)的機(jī)械效率；驅(qū)動(dòng)輪的最大輸出扭矩：Mq=Min0=1578x62.4x0.91=89605Nmmaxmaxm2i-傳動(dòng)比；n-行走減速機(jī)機(jī)械效率，n=0.91。m2m2一條履帶的最大牽引力：T=M/R=89605x0.85x2/847.3=179.78(KN)qmax整機(jī)最大牽引力(兩側(cè))：Tt=2T=2x179.78=360(KN)四、爬坡能力在爬坡時(shí)整機(jī)須克服如下阻力：自重在斜坡方向分力Wp=Gsina運(yùn)行阻力WY=0.12Gcosa履帶內(nèi)阻力

10、Wn=0.06G則最大牽引力應(yīng)不小于這些阻力之和，即TtWp+WY+W此外還應(yīng)滿足挖掘機(jī)在爬坡時(shí)不打滑的條件，即(PGcosaFd履帶板與地面的附著系數(shù)，取0.8由上，可得WP+WY+WnF，即G(sina+0.12cosa+0.06)Tt(PGcosaT令pGcosa=G(sinz+0.12cosa+0.06)得a=31.37代入式，得： #- #-51x9.8x(sin31.3+0.12cos31.37+0.06)=341KN360KN所以，整機(jī)在上31.37斜坡時(shí)，牽引力能夠克服幾種阻力。(PGcosa=0.8x51x9.8xcos31.3=341KN(P-履帶板與地面的附著系數(shù)，取0.

11、8附著力等于克服阻力的牽引力，故挖掘機(jī)在爬31.37的坡角時(shí)不會打滑。所以，a=31.37。為挖掘機(jī)能實(shí)現(xiàn)的最大爬坡角。五、原地轉(zhuǎn)彎能力計(jì)算挖掘機(jī)原地轉(zhuǎn)彎阻力由兩部分組成，一部分為履帶在地面的轉(zhuǎn)彎阻力，另一部分為履帶的內(nèi)阻力，W=(0.7廠0.80)“G+0.06G式中仇-履帶對地面接觸阻力系數(shù)，取仇=0.55W=(0.80 x0.55+0.00 x51x9.8=250T=360kN故挖掘機(jī)在一般路面能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。第四章工作裝置的計(jì)算一.反鏟工作裝置方案設(shè)計(jì)（一）、設(shè)計(jì)的基本要求：反鏟斗容量為2.2m3;動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)布置；其它要求與一般通用的反鏟工作裝置相同;二）、動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)確定

12、圖中符號規(guī)定如下:l0=AB動(dòng)臂提升油缸的最小長度;lmax=AC0動(dòng)臂提升油缸的最大長度;r4AC線與水平線之間的夾角;r5ZBoCB；L動(dòng)臂鉸點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)A的距離；L0動(dòng)臂油缸全縮時(shí)，動(dòng)臂油缸力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)A的力臂;L動(dòng)臂鉸點(diǎn)與動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸點(diǎn)間的距離；11L2動(dòng)臂油缸全伸時(shí)，動(dòng)臂油缸力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)a的力臂；引入下列無量綱參數(shù)：久=max/01，P=L/01，廠L1/018=L0/01k=L2/L令：m=Cos=（I21+L2-02）/2I1Lp=Cos（2r+r3）=（L12+L2-mlax2）/2L1L則推導(dǎo)得出：1（2i）mi）i（2i）mi）mpmp1（2i）mi），i（2i）

13、mi）mpmp此外，8=L0/10=pSinr3即有：L0=1=pSinr同理有：L2=L0=pSin2+）%工作裝置鉸點(diǎn)位置代入計(jì)算結(jié)果如下：8=L0/0l=560.9/2260=0.2482p=L/0l=i032.4/2260=0.4568k=L2/L0=723.i/560.9=i.2892=Li/0l=3i76.6/2260=i.4056注：在通用挖掘機(jī)上，考慮以反鏟、正鏟和起重、裝載等作業(yè)為主要工作裝置時(shí)，可取p=0.5-0.6k=i;對要求在地下部分有較大挖掘力、挖掘深度時(shí)，P值可適當(dāng)縮小。動(dòng)臂全伸、全縮的力臂比值k按不同情況選取，專用反鏟可取kv0.&以反鏟為主的通用機(jī)械，k=0.

14、8_i，7所以以上初選值合理。（三）、動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)幾個(gè)初始參數(shù)根據(jù)ZE5i0E整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和平臺尺寸，選定動(dòng)臂與平臺鉸接點(diǎn)A的直角坐標(biāo)值如下：XC=i40mm（自回轉(zhuǎn)中心量起）YC=2290mm（自停機(jī)平面量起）而按照ZE5i0E反鏟工作裝置在挖掘深度和挖掘半徑方面的基本要求，我們選定動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角范圍如下：-i2- - -r2min=-43r=462max所以動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角范圍為：廠騷-%=46。-（-43。）=89動(dòng)臂油缸斗桿油缸鏟斗油缸的缸數(shù)為：211；采用重量輕，剛性好的整體彎動(dòng)臂結(jié)構(gòu)；按如上所推導(dǎo)解析式和選定的初始參數(shù)經(jīng)運(yùn)算后得一組動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)的主參數(shù)（動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)各鉸點(diǎn)的位置幾個(gè)構(gòu)件的長度

15、）。同樣，可得出一組斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)的主參數(shù)（包括斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)位置以及各構(gòu)件的長度）。工作裝置（動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)）各鉸接點(diǎn)位置以及各構(gòu)件的長度均參照ZE510E液壓挖掘機(jī)。具體數(shù)值如下：DE=1816.5mmDM=507.5mmML=720mmNL=719mmDN=537mmBD=3380mmBM=2877.7mmBH=1151mmBC=7060mmBF=4237mmHI=1635mmFC=3176.6mmZE510E液壓挖掘機(jī)油缸的參數(shù)動(dòng)臂油缸斗桿油缸鏟斗油缸油缸個(gè)數(shù)211油缸內(nèi)徑165mm190mm165mm活塞桿徑115mm135mm115mm油缸最大長度

16、Lmax3830mm4740mm3140mm油缸初始長度L02260mm2755mm1870mm油缸大腔面積213.71cm2283.39cm2213.71cm2油缸小腔面積109.9cm2140.32cm2109.9cm2系統(tǒng)最大工作壓力37MPa37MPa37MPa油缸閉鎖壓力39MPa39MPa39MPa油缸大腔推力790.7KN1048.5KN790.7KN油缸小腔推力406.6KN519.2KN406.6KN油缸大腔閉鎖力833.5KN1105.2KN833.5KN油缸小腔閉鎖力428.6KN547.2KN428.6KN油缸行程1570mm1985mm1270mm久二L/Lmax01

17、.6951.7211.679注：考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素的影響一般選取久=1.51.7個(gè)別情況因動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)位置要求可以取久臂15則需對斗桿油缸進(jìn)行穩(wěn)定性校核。根據(jù)液壓元件手冊黎啟柏主編，冶金工業(yè)出版社、機(jī)械工業(yè)出版社P140,可知其所承受的壓力F不能超過保持穩(wěn)定工作所允許的臨界載荷，則應(yīng)滿足下式：Fmn1/2時(shí)，可按歐拉公式計(jì)算，F(xiàn)k=nn2EJ/l式中：Fk失穩(wěn)臨界壓縮力；n末端條件系數(shù)，查表得n=1;E材料的彈性模數(shù)，鋼材E=2.1x1011Pa;J活塞桿橫截面慣性距，m4。對實(shí)心桿，J二nd4/64=0.04取0.13=1.63x10-5m4Fk=nn2EJ/l=2.1x1011x1.63x10-5n2/2.755=4.44x106N斗桿油缸挖掘時(shí)大腔受壓，此時(shí)壓力應(yīng)為大腔的閉鎖力，故：F=1105.2KNFk/n=4.44x106/3=1480KN1105.2KN因此斗桿油缸穩(wěn)定性能夠達(dá)到使用要求。在實(shí)際挖掘過程中，斗桿缸穩(wěn)定行應(yīng)按照斗桿最大轉(zhuǎn)角的1/31/2計(jì)算，但在這個(gè)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，斗桿缸活塞桿的伸出長度不為最大值因此，斗桿