ZE510E液壓挖掘機計算說明書.doc

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ZE510E/ESP液壓挖掘機 計算說明書 中聯(lián)重科（上海） 挖掘機上海研發(fā)中心 2012年06月8日 目 錄 第一章 總體參數(shù)計算……………………………………………1 第二章 回轉裝置計算……………………………………………3 第三章 行走裝置計算……………………………………………6 第四章 工作裝置計算……………………………………………9 第五章 整機穩(wěn)定性計算…………………………………………15 總體參數(shù)計算 一、功率計算 1、發(fā)動機原始參數(shù) 型號：ISUZU- BB-6WG1XQA-03S 功率：278.1kW/1800r/min 最大扭矩：1553N.m/ 1500 r/min 2、液壓泵K5V200DPH1J3R-9NE4-4AV參數(shù) (1)主泵： 最大流量Q：360 2 L/min 最大工作壓力P：34.3（37）Mpa 額定轉速：1800 r/min (2)先導泵： 流量Q：27 L/min 最大工作壓力P：3.9 Mpa 額定轉速：1800 r/min 3、主泵輸入功率計算 采用電控方式調節(jié)主泵功率。調節(jié)器可將主泵功率控制在一個最大值范圍內，在充分利用發(fā)動機功率基礎上，避免過載導致發(fā)動機熄火。 根據主泵功率曲線圖，主泵最大功率時，P0=23MPa，Q0=343L/min 其中，液壓泵總效率η=0.94 0.96，下同。 按照擬合的P-Q曲線，實現(xiàn)恒功率控制，此時：P0=18.7MPa，Q0=347L/min 主泵1和主泵2輸入功率： 4. 先導泵輸入功率 輸入功率 5、功率校核 風扇（水散、中冷）消耗功率為：8 kW; 進排氣消耗功率為：2.1 kW（發(fā)動機標定）; 電裝空調壓縮機功率為：3 kW; 發(fā)電機消耗功率為：1.2 kW； 發(fā)動機功率富余量為： 278.1-8-2.1-3-1.2-1.94-254=7.86 kW 6、結論： 采用電控方式調節(jié)主泵功率，在主泵恒功率控制下，發(fā)動機功率富余2.2%，完全滿足使用要求。 第二章 回轉裝置計算 一、回轉平臺實際轉速 回轉馬達型號: Kawasaki M5X130CHB-RG14D 排量: 129.2 ml/r 最大工作壓力:28.4 MPa 減速比: 20.04 回轉機構速比:I=20.04=20.0485/11= 154.854 式中:Z2_內齒圈齒數(shù) Z1_小齒輪齒數(shù) 回轉平臺實際轉速：n實 =/154.854=8.54r/min 即：ω實 =8.542π/60=0.89rad/s 二、回轉平臺最佳轉速計算 在挖掘作業(yè)回轉角度,轉臺轉動慣量和回轉液壓功率給定的情況下,為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時間,轉臺起動力矩MQ與回轉角速度ωQ之間有一個最佳匹配的問題,這個最佳匹配的回轉角速度就稱為回轉平臺的最佳轉速. 1)平臺起動力矩MQ MQ=pqIη總/2π = 28.4129.22154.8540.85/2π =153812Nm 式中，q—馬達排量； p—工作壓力； η總—傳動的機械效率,取0.85；其中: ηM—液壓馬達的機械效率,取0.95； η減速機—減速機傳動效率，取0.92； η齒圈—內齒圈傳動效率，取0.98； 2)平臺制動力矩MZ 由于摩擦力、效率、出口油壓的影響，對于液壓制動,制動力矩與起動力矩之比 C====1.384 式中ηM—液壓馬達的機械效率； η1—減速機機械效率； η2—回轉支承機械效率。 MZ=1.384 MQ=1.384153812 Nm =212888Nm 川崎實際制動扭矩：8742154.8540.920.98=244049Nm 3)行走部分與地面的附著力矩Mφ Mφ=4910φG=49100.551=464314 Nm 式中φ—附著系數(shù)，取φ=0.5 G—整機重量,G=51 t 取轉臺制動力矩的允許值 4) 回轉循環(huán)時間t 已知回轉機構過載閥的調定壓力p=28.4 Mpa 按作業(yè)轉角=90 回轉循環(huán)時間:t=ωQ2(1+3/ R2+3/cR-1/ R3)+2 /ωQ 為了求得最短的作業(yè)循環(huán)時間t,令dt/dωQ=0得,轉臺最佳轉速： nmax= 式中，MQ—平臺起動力矩， MQ=153812Nm J0—空斗時轉臺的轉動慣量, J0=590G5/3=590515/3=413811 kgm2 λ==1.627 (J-滿斗時轉臺的轉動慣量) ==2.51 ∴ nmax= = =0.81（rad/s） =7.74 r/min 即理論上轉速n=7.74 r/min時，作業(yè)循環(huán)時間最短。 第三章 行走裝置的計算 一、接地比壓計算 履帶尺寸: 單條履帶接地長度: H=4530mm 履帶板寬度: L= 700 mm 履帶高度：h=1126mm 整機重量: G=51000kg9.8= 499800N 履帶平均接地比壓: p = = =0.0725 Mpa 二、 行走速度計算 行走馬達型號為: 715C3K+KYB MSF340VP 工作壓力: P=34.3MPa 減速比: i=62.4 馬達排量: q小= 175.7ml/r q大=304.1 ml/r 馬達輸出轉速: n1==1967 r/min n2==1136 r/min 驅動鏈輪節(jié)距： t0=228.6mm 驅動鏈輪齒數(shù)： 23 驅動鏈輪基圓直徑: ν=rω，則有 νmax= == 5.03Km/h νmin= ==2.91 Km/h 三、最大牽引力計算 ①液壓馬達最大輸出扭矩： Mmax=△pqηm1/=34.3304.10.95/=1578 （Nm） △p-液壓馬達的進出口壓力差，取34.3MPa； q-液壓馬達的排量，取q大=304.1ml/r； ηm1-液壓馬達的機械效率； ② 驅動輪的最大輸出扭矩： Mqmax= Mmaxi ηm2=157862.40.91=89605 Nm i-傳動比； ηm2-行走減速機機械效率，ηm2=0.91。 ③ 一條履帶的最大牽引力： T= Mqmax /R=896050.852/847.3=179.78 （KN） ④ 整機最大牽引力（兩側）： Tt=2T =2179.78=360（KN） 四、爬坡能力 在爬坡時整機須克服如下阻力： 1) 自重在斜坡方向分力WP=Gsinα 2) 運行阻力WY=0.12Gcosα 3) 履帶內阻力Wn=0.06G 則最大牽引力應不小于這些阻力之和，即 Tt≥WP+ WY+ W 此外還應滿足挖掘機在爬坡時不打滑的條件，即 φGcosα≥F φ-履帶板與地面的附著系數(shù)，取0.8。 由上，可得WP+ WY+ Wn≤F ，即 G(sinα+0.12cosα+0.06) ≤Tt ① φGcosα≥T， ② 令φGcosα= G(sinα+0.12cosα+0.06) 得α=31.37 代入①式，得： 519.8(sin31.37+0.12cos31.37+0.06) =341KN＜360KN 所以，整機在上31.37斜坡時，牽引力能夠克服幾種阻力。 φGcosα=0.8519.8cos31.37=341KN φ-履帶板與地面的附著系數(shù)，取0.8。 附著力等于克服阻力的牽引力，故挖掘機在爬31.37的坡角時不會打滑。 所以，α=31.37為挖掘機能實現(xiàn)的最大爬坡角。 五、原地轉彎能力計算 挖掘機原地轉彎阻力由兩部分組成，一部分為履帶在地面的轉彎阻力，另一部分為履帶的內阻力， W=（0.70～0.80）μG+0.06G 式中 μ-履帶對地面接觸阻力系數(shù),取μ=0.55 W=（0.800.55+0.06）519.8=250< Tt=360kN 故挖掘機在一般路面能實現(xiàn)原地轉彎。 第四章 工作裝置的計算 一.反鏟工作裝置方案設計 （一）、設計的基本要求： 1. 反鏟斗容量為2.2m3； 2. 動臂機構的鉸點布置； 3. 其它要求與一般通用的反鏟工作裝置相同； （二）、動臂提升機構主要參數(shù)確定 圖中符號規(guī)定如下: l0 = AB —動臂提升油缸的最小長度； lmax= AC0 —動臂提升油缸的最大長度； r4—AC線與水平線之間的夾角； r5—∠B0CB； L—動臂鉸點C與動臂油缸鉸點A的距離； L0—動臂油缸全縮時，動臂油缸力對動臂鉸點A的力臂; L1—動臂鉸點與動臂油缸與動臂鉸點間的距離； L2—動臂油缸全伸時，動臂油缸力對動臂鉸點A的力臂; 引入下列無量綱參數(shù)： λ= lmax/ l0 ，ρ= L/ l0 ，σ= L1/ l0，ε= L0/ l0，k= L2/ L0 令: m = Cosr3=( L21+ L2 –l02)/2L1L p = Cos(r2+r3)=( L12+ L2 -lmax2)/2L1L 則推導得出： 此外， ε= L0/ l0=σρSin r3 即有：L0= l0σρSin r3 同理有：L2= L0σρSin (r2+ r3)/λ 工作裝置鉸點位置代入計算結果如下： ε= L0/ l0=560.9/2260=0.2482 ρ= L/ l0=1032.4/2260=0.4568 k= L2/ L0=723.1/560.9=1.2892 σ= L1/ l0=3176.6/2260=1.4056 注：在通用挖掘機上，考慮以反鏟、正鏟和起重、裝載等作業(yè)為主要工作裝置時，可取ρ=0.5～0.6，k=1；對要求在地下部分有較大挖掘力、挖掘深度時，ρ值可適當縮小。 動臂全伸、全縮的力臂比值k按不同情況選取，專用反鏟可取k＜0.8；以反鏟為主的通用機械，k=0.8～1.7。 所以以上初選值合理。 (三)、動臂提升機構幾個初始參數(shù) 根據ZE510E 整機結構參數(shù)和平臺尺寸，選定動臂與平臺鉸接點A的直角坐標值如下： XC=140 mm (自回轉中心量起) YC=2290mm (自停機平面量起) 而按照ZE510E反鏟工作裝置在挖掘深度和挖掘半徑方面的基本要求，我們選定動臂的轉角范圍如下： r2min= -43 r2max=46 所以動臂的轉角范圍為： θ1= r2max-r2min=46-（-43）=89 動臂油缸—斗桿油缸—鏟斗油缸的缸數(shù)為：2—1—1； 采用重量輕，剛性好的整體彎動臂結構； 按如上所推導解析式和選定的初始參數(shù)經運算后得一組動臂提升機構的主參數(shù)（動臂提升機構各鉸點的位置幾個構件的長度）。 同樣，可得出一組斗桿機構和鏟斗機構的主參數(shù)（包括斗桿機構和鏟斗機構各鉸接點位置以及各構件的長度）。 工作裝置（動臂提升機構、斗桿機構和鏟斗機構）各鉸接點位置以及各構件的長度均參照ZE510E液壓挖掘機。 具體數(shù)值如下： DE=1816.5 mm DM=507.5mm ML=720mm NL=719mm DN=537 mm BD=3380 mm BM=2877.7mm BH=1151mm BC=7060mm BF=4237mm HI=1635mm FC=3176.6mm ZE510E液壓挖掘機油缸的參數(shù) 動臂油缸 斗桿油缸 鏟斗油缸 油缸個數(shù) 2 1 1 油缸內徑 Φ165 mm Φ190 mm Φ165 mm 活塞桿徑 Φ115mm Φ135mm Φ115 mm 油缸最大長度Lmax 3830mm 4740mm 3140mm 油缸初始長度L0 2260mm 2755mm 1870mm 油缸大腔面積 213.71cm2 283.39cm2 213.71cm2 油缸小腔面積 109.9cm2 140.32cm2 109.9cm2 系統(tǒng)最大工作壓力 37 MPa 37 MPa 37 MPa 油缸閉鎖壓力 39MPa 39MPa 39MPa 油缸大腔推力 790.7KN 1048.5KN 790.7KN 油缸小腔推力 406.6KN 519.2KN 406.6KN 油缸大腔閉鎖力 833.5KN 1105.2KN 833.5KN 油缸小腔閉鎖力 428.6KN 547.2KN 428.6KN 油缸行程 1570mm 1985mm 1270 mm λ= Lmax/L0 1.695 1.721 1.679 注：考慮到結構尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構件運動幅度等因素的影響一般選取λ=1.5～1.7，個別情況因動臂擺角和鉸點位置要求可以取λ動臂≤1.6，而取λ斗桿=1.6～1.7， λ鏟斗=1.5～1.7。 斗桿工作全伸時，l/d>15，則需對斗桿油缸進行穩(wěn)定性校核。 根據《液壓元件手冊》 黎啟柏主編，冶金工業(yè)出版社、機械工業(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，則應滿足下式： F≤Fk/ nk 式中：Fk—活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力； nk—安全系數(shù)，通常取nk=2～4，這里取nk = 3。 斗桿缸按無偏心載荷、等截面計算： 當l/k≥mn1/2時，可按歐拉公式計算，F(xiàn)k=nπ 2EJ/l2 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=2.11011Pa； J—活塞桿橫截面慣性距，m4 。 對實心桿， J=πd4/64=0.0490.1354=1.6310-5 m4 Fk=nπ2EJ/l2=2.11011 1.6310-5π2/2.7552=4.44106N 斗桿油缸挖掘時大腔受壓，此時壓力應為大腔的閉鎖力，故： F=1105.2 KN Fk/ nk=4.44106/3=1480KN≥1105.2KN 因此斗桿油缸穩(wěn)定性能夠達到使用要求。在實際挖掘過程中，斗桿缸穩(wěn)定行應按照斗桿最大轉角的1/3—1/2計算，但在這個轉角范圍內，斗桿缸活塞桿的伸出長度不為最大值，因此，斗桿油缸能夠滿足工作要求。 二.反鏟工作裝置運動軌跡包絡圖 最大挖掘高度 mm 10980 最大挖掘半徑 mm 12005 最大卸載高度 mm 7680 最小回轉半徑 mm 4805 8水平最大挖深 mm 7600 地面最大挖掘距離 mm 11800 最大挖掘深度 mm 7740 三.最大挖掘力計算 鏟斗最大挖掘力計算： F鏟斗=37X3.14X165X165/4=790750N Fd=790750X720X535.6/(667.2X1590.3)=287393N 斗桿最大挖掘力計算： F斗桿=37X3.14X190X190/4=1048524 Fd=1048524X1151.2/4971.7=242786N