关于液压挖掘机挖掘阻力的研究.pdf

感 器，K ATOM { C S系 统 可对 油 压、机 械及 电子故 障进 行 自动诊 断。 2 可 以详尽地 显示 6 3种故障。 3 除 了 误 差” 用 E和 低温 用 C显 示 外， 被查 出 的其它故 障用两位数显示． 4 查 出故 障时。报警灯便 开始闪烁 。显 示器显示 出故障，蜂 鸣器开始报警。 5 在采取措施 前．若故障 自动 消除。则 报警灯 和蜂 鸣器关 闭。而控制器 中的 自动诊断 一 2 8 显 示 器将 显示 保 留 5 mi n ， 以便 司机有充 裕 的 时 间了解故 障 的性 质。 6 所有诊断出的故障均被贮存在控制器 中的永久式随机存取存储器内。即使控制器设 有 电源 时， 被 贮存 的诊 断数 据也 能保存 下来。 当接通启动 器时，贮存 的诊断结果可 按故 障发 生顺序 一一 显示。 李建启供稿 关于液压挖掘机挖掘阻力的研究 私 鞣 r 6 2 ／ 摘 要就挖掘d L g “4 - 在挖 掘作业 { 所承受的挖掘阻力的切线阻力与挖掘深度的关系， 切 线阻 力与法 线阻 力 的关系 ．挖 掘 阻力 的方 向．着 力 点 的位置 及摩擦 阻力 等加 论述 ． t la 鎏 丝塑 塑 兰 丝 立 1 铲 斗承受 的阻力 液 压挖 掘机在挖 土作业时， 斗齿 与土 壤互 相接触， 所接触之处 产生了大小相等、方 向相 反的力， 即 一个是 与土壤 相对的挖掘力． 另 一 个是谈力 的反作 用力 挖 掘阻力。 当铲斗挖 掘土壤时，将 产生 以下 外力 如图 1所示 囤 1 挖 掘时 铲 斗承 受的 阻 力 ① 液压 缸的 内部阻 力 Re 各机构的内部阻力 Rp ⑤铲斗的外底面与地面之 间的摩擦阻力 F1 ④铲斗 的外 侧 面与 地 面之 间的 摩擦 阻 力 F 2 ⑤铲 斗 内土 壤 与铲 斗 内底 面之 间 的 摩擦 阻 力 F 3 铲 斗 内 土 壤 与 铲 斗 内 侧 面 之 间 的 摩 擦 阻 力 F 4 ⑦土壤的内部摩擦力 F S 土壤 的压 人阻 力 F 6 土壤的挖掘阻力 FR 除 了机 械本身 的问题外 。作为实 际问题 的 是 3 ～ 7 的阻力 测 定 非 常 困难 。 为 此 ．实验 中进行 以下假定用阻力之和表示 3 ～ 7 ， 9 的 阻力 。作 为切 线 阻力 F t 把 F 6的阻力作 为法线 阻力 Fn 。 2 挖掘阻力与挖掘深度的关系 图 2 图 3表示针 对砂 质土 、粘性土 的切 线 阻力 Ft与挖 掘深 度 t 之 问 的 关 系 实 测 结 果 。 山图可知。若挖 掘深 度 t 增加，挖 掘阻 力 一 2 5 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的切 线分 力 F 也 会增 加 。 其增 加趋 向在 砂质 土 壤 中是 抛 物 线． 而 铲 斗 回转 角 9 0。 最 大 挖掘 深 度 之前 的抛 物线是很 弯 曲的，铲 斗 回 转 角 9 0。 最 大挖 掘深度 后 的抛 物线则弯 『 I lI 较 为平。 缓 。这 是 因为砂 土质 情况 下没有 粘着力 ， 在挖 掘 中成为摩擦阻 力． 因而形 成抛物线其 次是 铲斗回转角 9 0 。前，铲斗边 回转边继续 挖 掘，砂 质土 的滑动 也在持续，这种 滑动破坏 区 域变大 则会影 响未挖 掘的土壤。 因此， 铲斗 回转 角 9 O。后 ， 不大 会造成 土 壤 的滑 动． 仅 受 装入土 的重量 的影 响。 所以在砂质土 的情 况 下． 挖 掘阻 力与挖 掘深度 t 的平方 成 比例。 在 2 0 t m 巩】 图 2 砂质 土的切线阻力 F t 与挖掘深度 t 的关景 t ‘ _ m 图 3 轱性土的切线阻 力 F t 与挖掘深度 t 的 关景 粘性 土 情况下 ，其 增 加趋 向基本 上 是直线 的． 尤其在最大 挖掘 深度 前后。 关 于 切线 阻力 F t 与 法 线 阻力 Fn之 间的 关系在砂质 土的控制 试验结果 中．有 3铡在图 4上得 以表 示。 由这些结果 可 知， 这 两个 阻力 5 ＼ O 图 4 砂质土的切线殂 力 F l 与法线殂力 F 的关 景 之 问无 明显 的关 系， 但 可 了解 如下情 况． 即 在 挖 掘开 始 阶段， 这 两个 阻 力之 比值 F n／ Ft 大 ， 随着 挖掘课 度 t 即铲斗 回转角 的 增 加， 该 比值 则变小。达 到最 大挖掘 深度 t 的 前 后， 这 两 个 阻力 之 比值 为最 小 。 若继 续 挖 掘． 则 超过 最大 挖 掘 深度 t ， 随着挖 掘深度 t 的减小，该 比值则又有 变大 的趋 向。在 粘性土 情 况下，挖 掘实测结果 中．有 4例在 图 5上得 以表示。 圈 5 粘性土的切线阻力 F t 与法线阻力 F n的关景 3 切 线阻 力 F t 与 法线 阻力 F n的关系 由这些 结果可 知． 在粘性土情 况下．这 两 一 2 6 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 个阻力 之问有某 种程度 上的关系。这两个 阻力 之 比值根 据 铲斗 回转角 而有所不 同，但从整 体 来看 ，变化 范围在 0 ～0 _ 3 5 。 4 挖掘阻力的方向与着力点的位置 液 压挖 掘 机 中， 挖 掘 阻 力 的切 线 分力 F t 决定 了其 机械性 能。而 法线分力 F n的大 小在 砂质 土情 况下，其方 向基本指 向土壤 但是当 铲斗 回转角在 9 5 。～ 】 I 5。之 问肘． 其阻力 的 I大 小 出现 减 少 的趋 向， 对 粘性 土情 况 下． Fn 的方向因铲斗的回转角而有所不同。在开始阶 段 ， F 的方 向 指 向 土 壤 ， 当 铲 斗 回转 角 在 9 5。～ I 】 5。之 间时． F 的方 向指 向铲斗 回转 中心 主要原 因有 一 个是 齿 形 的原 因 。 山 于铲斗 上斗齿安 装处的厚度厚 铲斗钢板的厚 度 斗 齿厚度 】 ，所 以 Fn的方向会改变； 另一 个是摩擦阻力的原因。在挖掘中，当铲斗回转 角在 9 5。～ l 】 5 。之 问时，铲 斗装满 土，铲 斗 前隆起 的土摄也很多 ，这 时铲 斗外的土与土之 闻的内部雎擦阻力、铲斗内土与土之问的内部 摩 擦J 驻力 以及 土 与铲 斗之 问 的摩 擦 阻力 也 就 大因此挖掘阻力的台力方向就改变，有时趋 向铲斗 回转 中心，有时趋向外部．另一方面， 挖掘 时集 中力会 作用 于斗齿尖， 即如何正确地 掌握挖掘阻力合力的着力点的位置是重要的。 图 6表示 了其范 例。 。 ． 詈 圈 6 铲斗的每个姿势中，挖掘阻力 的台力舫向与着力点的位置 对铲斗 的切线阻 力 F t 、法线阻力 Fn及 力 矩进 行测量，从 测量结果计算并 绘 出了挖 掘阻 力的合力与其着力点。图 6所示为按正常挖掘 条件实例整理的结果 所谓正常的挖掘荣件， 即①铲 “4 - k裟 有五 根 斗齿 ； ④齿形 如前 文 围 1 0 a 所示f 见本刊 9 1 年第五期j 。图 6 表 明挖 掘阻力 的台力 方向随铲斗 回 转 角而 变化 回转 角 9 O。前 其 方 向总 是 朝 下 ； 回转角 9 0 。后 ， 有时朝上，有 肘朝 下。对 挖 掘 阻力的合力 的若 力 点位置 在砂 质土、粘性 土情况下， 着力点 随 回转 角 移 动， 在大 约 全 部 高度 挖掘 深度 隆起士 高度 的 l ／3 ～ l ／4之 问变化． 5 土与钢板的摩擦试验 j ． ， 试 验 的 目的 通过试验． g t - 清砂 质 土、粘性土与各种 钢板表 面粗 糙度的摩擦关 系等。 j ． 0试 验 方 法 用于试验 的试料在标 准砂 的情 况下，其含 水 比有 三 种 2 ． 5 0 ％、6 0 6 ％、7 ． 4】 ％ 在 粘 性土 情况 下， 其 含水 比有 两种 2 2 ． 21 ％ 3 2 ． 9 3 ％钢板试辩 采用结 构钢材 8 8 4 1 ，表而粗 糙度 有三种 4 ．t t 、 1 、 1 6 f． t ． 实验 方法如图 7 所示， 试验 装置 采用单面剪切 机。在不饱 和状 态下，按非压紧非排水条件进行等体积试验 上 载 压 有 四 个 阶 段 O ． 0 4 、 0 ． 】 2 、 0 ． 2 、 0 ． 3 2 M P a 。 圈 7 土与钢板的摩擦实验装置 剪切速度在砂质土情况下是一定的，但是 粘质土的剪切速度分缓 速试验 0 ． 2 5 ram／mi n 和急速 试验 2 ． 7 3 ram／rai n , 粘 性士与 钢扳之 问 的剪切 速度 为缓 速试 验 O ． 2 5 ram ／r n i n 。根 据以上条件，进行 土与 土、土与钢板 的摩擦试 验。 j ． 3试验 结果厦探 讨 由单 丽 剪切 试验 结果 翩 出的 直压 力 P与 一 2 7～ 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 摩 擦应力 f 之间的关系如 图 8所示。 a 关 于砂与钢板 的摩擦 喜 詈 R ■ 善 圣 专 耄 I 鼍 i 誊 难 向 lu t e““ ■P I ， 1 轴 性i“ 与 - l 槭 S 4 ． ’‘ 磕 。 -炭， 磕 忸 “ 1 0 ‘ “ 圉 8 a 砂质土与钢板的摩擦试验结果 b 】牯 性 土与 钢板 的摩 擦试 验结 果 当砂 与 钢 板 之 间发 生摩 擦 时， 直 压力 P 一 2 8 一 与摩 擦应 力 f 之 问是 f Pt g 6 1 是 由砂 质土 的种 类、含水 比以及 钢板 的种类 、粗 糙度 ．硬 度 等决 定 的 常数 的 关系． 因此形 成 如表 1 所 示 的那种方式． 另一方面，在试验 中，对 于砂 的含水比状态和钢板的粗糙度状态，r P t g 6 函数值如表 2所示 ． 裹 l 土 的种 类 土 与 钢扳的 摩擦 条 件 剪 切破 坏 条件 砂 f P t t 6 t a t I 中 裹 2 含 水 比 ％ l 2 ,5 0 6 ．0 6 i -4 1 锕 小1 16 小 1 面 j t i 0 ．6 5 l 0 ．6 6 1 0 ．6 9 t g O 0 ． 4 9∞ I { 。 r 由试 验 结 果 可 知 ， 在 砂 质 土 的情 况 下 ， t g c 5 与 【 g 0的 大小不 同是 由于砂 的 内部 滑动时 和与钢板之间 的滑 动时的摩擦 机构 之差所致。 b 关 于粘 性土与 钢板 的摩 擦 当粘性土 与钢板之间发生摩擦 时， 直压力 P与摩 擦 力 r 之 间 的 关系 是 r KP t g 3 K 是 由粘性土的种类 、含水 比及 钢板的种类 、粗糙 度等决定的常数；t g 3基本上是 由粘性土的种 类、含水比决定的．根据土的种类 铲斗的材 质以及挖掘中的土量的变化，能计算出土与铲 斗内底面的摩擦阻力； 根据挖 掘中铲斗的位 置 液压挖 掘机 的平 衡限 制或 动臂 缸的 限制 铲斗重量 挖掘中的土量，能计算 出铲斗外底 面与土的最大摩擦阻力 。还可 以根 据挖 掘中铲 斗的位置、回转马达的制动性能，计算出铲斗 外侧面与土的最大摩擦力。根据 以上计算结 果， 就会了解减少摩擦 阻力的方法． 郑秋 霖供稿 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m