斗轮挖掘机液压变幅机构设计

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【摘要】结合本单位斗轮挖掘机的研发试制，本文就液压变幅机构设计思路进行阐述。

【关键词】变幅角度；液压缸；计算

引言

变幅机构在斗轮挖掘机中起着至关重要的作用。俯仰机构可将斗轮或卸料臂升降到所需的工作高度，并停止在那里，在非工作状态时，它可防止斗轮着地，并能使斗轮从工作面移开，以防工作面塌方埋没斗轮。斗轮挖掘机通常采用钢丝绳变幅和液压油缸变幅两种方式，钢丝绳主要应用在大中型斗轮挖掘机上，而液压油缸变幅在紧凑型斗轮挖掘机中应用较为广泛。下面以本单位试制生产的1500m3/h紧凑斗轮挖掘机为例进行阐述。

1、概述

1500m3/h紧凑型斗轮挖掘机的变幅机构包括两个部分：取料臂变幅机构和卸料臂变幅机构。根据挖掘高度和物料特性，取料臂变幅机构的变幅角度为±16°，卸料臂变幅机构的变幅角度为0-16°。变幅机构运动过程中仅承受臂架重力载荷，当变幅运动结束，设备挖掘时，液压缸要承受多方面的载荷。

斗轮挖掘机液压变幅机构大多采用扎制式单杆双作用液压缸，而且使用两端铰接关节轴承的安装方式，此种型式液压缸可适应重载、恶劣的工作环境。

2、取料臂液压变幅机构设计

2.1液压缸压力计算

首先对取料系统进行载荷分析，通过下面公式对液压缸承受的压力进行计算：

（1）

将表1中的数值带入其中即可求出液压缸压力。

取料臂在上仰16°、下俯16°时的液压缸压力计算方法同在水平时是相同的，这里不详细讲述，直接给出数值，如表2所示。

液压缸压力 表2

位置 水平 上仰 下俯

压力（kN） 1852.5 1737 2178.6

2.2活塞直径校核

液压缸活塞直径、活塞杆直径初选值分别为380mm和280mm。

活塞无杆侧有效面积：

活塞有杆侧有效面积：

通过正常工作最大压力校核活塞直径：，压力小于20MPa，满足使用要求。

2.3活塞杆直径校核

由于活塞杆通常可当作细长杆处理，因此可以用欧拉公式进行压杆稳定校核，上仰16°时液压杆伸出长度最大，此时最为危险，对此进行校核：

安全系数大于3.5，满足使用要求。

3、卸料臂液压机构设计

3.1液压缸拉力计算

卸料臂水平位置载荷 表3

载荷名称 胶带物料载荷 取料装置自重 液压缸拉力

数值（kN） 53.6 24.2 587.3

力臂（m） 12.5 11.7 5.954

卸料臂液压缸拉力仍然按照公式（1）进行计算，所需数据及计算结果如表3所示。

3.2活塞直径校核

液压缸活塞直径、活塞杆直径初选值分别为280mm和180mm。

活塞无杆侧有效面积：

活塞有杆侧有效面积：

通过正常工作最大压力校核活塞直径

压力值小于20MPa，满足使用要求。

3.3活塞杆直径校核

卸料臂液压缸承受拉力，不需要校核压杆稳定性，但需要校核活塞杆拉应力，水平时所承受的载荷最大，对此进行校核：

安全系数大于3.5，满足使用要求。

4、其它注意事项

斗轮挖掘机工作环境恶劣，冲击载荷较大，在设计还应考虑诸多事项。首先液压站应设在油缸和上部结构铰点的下部，尽可能距离近些，并应安装防尘罩。其次，在低温地区，应设预热装置，在高温地区，应有足够的通风设施。最后，变幅机构需要设置行程开关或液压缸自带接近开关来保护设备。