孫志聰

（廈門廈工機(jī)械股份有限公司挖掘機(jī)研究所，廈門 361023）

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超長臂設(shè)計中的問題及解決方法

孫志聰

（廈門廈工機(jī)械股份有限公司挖掘機(jī)研究所，廈門 361023）

摘 要：通過闡述超長臂設(shè)計中遇到的問題，探討設(shè)計層面的解決方法，以期對縮短研發(fā)周期，開發(fā)、改裝不同長度的超長臂提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：超長臂 穩(wěn)定性 速度

前言

超長臂挖掘機(jī)的特點是工作裝置比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的超長臂要長，是標(biāo)準(zhǔn)挖掘機(jī)的變種機(jī)型，具有超大作業(yè)范圍，輕載挖掘等特點。它主要應(yīng)用于深坑挖掘，河道清淤，坡面作業(yè)等，以完成普通機(jī)型無法完成的大范圍、深坑作業(yè)。

1 設(shè)計準(zhǔn)則

超長臂機(jī)型是基于標(biāo)準(zhǔn)臂機(jī)型開發(fā)的。開發(fā)超長臂時，通常會遇到以下幾種問題。

1.1 作業(yè)穩(wěn)定性方面

由于作業(yè)范圍比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型增加許多，所以給機(jī)器的作業(yè)穩(wěn)定性帶來問題。設(shè)計時，一般采取以下辦法。

（1）減小鏟斗的挖掘力，使斗桿和鏟斗結(jié)構(gòu)應(yīng)力減小，從而降低結(jié)構(gòu)件的重量?？刹捎帽葮?biāo)準(zhǔn)鏟斗油缸缸徑小的油缸。目前，各廠家多采購12-15噸位的鏟斗油缸。

（2）減小斗容量，斗容量可采用12-15噸位的鏟斗。減輕動臂、斗桿和鏟斗結(jié)構(gòu)件的重量，使之與動臂油缸的舉升力和舉升時的穩(wěn)定性相適應(yīng)。

（3）增加配重重量。由于作業(yè)范圍比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型增加許多，且工作裝置的重量也增加許多，整機(jī)挖掘時往往會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。這時，應(yīng)重點考慮作業(yè)的穩(wěn)定性，使作業(yè)時穩(wěn)定能力不低于原標(biāo)準(zhǔn)型。因為要考慮臂伸長后轉(zhuǎn)動慣量增大，若穩(wěn)定系數(shù)低，提升時會引起機(jī)器失穩(wěn)和振動。

由于液壓挖掘機(jī)的工作裝置呈懸臂狀，因此工作時在其自重和外載荷作用下，會對底部履帶邊緣產(chǎn)生很大的傾覆力矩。這個力矩完全靠機(jī)身自重和配重所產(chǎn)生的力矩來平衡，從而使其挖掘機(jī)能在各工況下能夠穩(wěn)定地工作。

穩(wěn)定性系數(shù)K為穩(wěn)定力矩（M1）與傾翻力矩（M2）的比值，表示挖掘機(jī)在某工況下不致傾覆的安全程度。計算穩(wěn)定性時，工作裝置自重和土石方自重起傾覆作用，但工作裝置自重存在運(yùn)動的慣性力要乘以動載荷系數(shù)K1=1.1。由于存在抖動，土石方自重要乘以抖動系數(shù)K2=1.25。圖1為穩(wěn)定性計算示意圖。

穩(wěn)定性計算如下：

傾翻力矩：

式（1）中，GZ為主機(jī)重，不含工作裝置及配重重量（N）；LZ為主機(jī)重心到傾翻點（支重輪）的距離（m）；GW為配重重（N）；LW為配重重心到傾翻點（支重輪）的距離（m）。

式（2）中：Gi為油缸、動臂、斗桿、鏟斗、搖臂、連桿的重（N）；Li為油缸、動臂、斗桿、鏟斗、搖臂、連桿的重心到傾翻點（支重輪）的距離（m）；Gn為斗中土石方重（N）；Ln為土石方重心到傾翻點（支重輪）的距離（m）。

圖1 穩(wěn)定性計算示意圖

1.2 動臂斗桿主要鉸點的設(shè)計

圖2 動臂斗桿主要鉸點示意圖

通常，超長臂的動臂油缸、斗桿油缸采用原標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型上的油缸。所以，動臂上AB點（如圖2）可沿用原標(biāo)準(zhǔn)動臂的尺寸。

斗桿上ED點（如圖2）關(guān)系到整機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)時的高度、斗桿挖掘力的大小及最大挖掘半徑。由于超長斗桿的長度本身比標(biāo)準(zhǔn)斗桿要長，所以其挖掘力要比小標(biāo)準(zhǔn)斗桿多。在與鏟斗配合挖掘下，斗桿發(fā)揮的挖掘作用并不太明顯。設(shè)計ED點時，應(yīng)著重考慮整機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)時的高度、最大挖掘半徑、斗桿與動臂干涉及鏟斗與駕駛室的干涉問題。

在上述穩(wěn)定性設(shè)計中提到鏟斗的挖掘力及斗容采用12-15噸位。因此，斗桿FH、HG點，搖臂GI點，連桿IJ點及鏟斗HJ點（如圖2）也可采用該噸位的尺寸。

1.3 動臂下降速度及斗桿收回速度太快問題

超長臂由于臂要比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器配置的臂長，重量重，其線速度快。根據(jù)公式：v=wr。其中，w為角速度，r為動臂或斗桿的長度。r越大，則ν線性速度越大。所以，超長動臂在下降、超長斗桿在收回時，速度會比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型快，且對整機(jī)的穩(wěn)定性沖擊影響大，不利于機(jī)器土方作業(yè)，特別是平整作業(yè)。因此，在液壓的動臂下降及斗桿收回管路設(shè)計中加裝可調(diào)的單向節(jié)流閥，用以調(diào)節(jié)動臂下降速度及斗桿收回速度，改善其對整機(jī)穩(wěn)定性的沖擊。通過實際操作驗證作業(yè)半徑15～19m的機(jī)器，其動臂下降到地面速度設(shè)定在4～6s，斗桿收回速度設(shè)定在5～7s。在這種速度下，機(jī)器在做平整作業(yè)最理想。

2 結(jié)論

總之，在設(shè)計超長臂時要注意：一是鏟斗挖掘力及斗容要??；二是配重要增加；三是在動臂下降、斗桿收回的液壓管路上，要加上可調(diào)的單向節(jié)流閥，使整機(jī)在作業(yè)時更加平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉本學(xué).液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的有限元分析[D].西安：

長安大學(xué)，2003.

Ultra-long-arm Design Problems and Solutions

SUN Zhicong
(Xiamen Engineering Machinery Co. excavator Ins titute, Xiamen 361023)

Abstract:The problems encountered in the design of ultralong-arm, describes its resolve in the des ign method. To shorten the development cycle, development, modification of different lengths ultra long arm instructive.

Key words:super long arm, stability, speed