挖掘机的稳定性计算.doc

PAGE 1 PAGE 8 第四章 挖掘机的稳定性 区别于部件的稳定性，本章所指的稳定性是指整机的稳定性，包括整机在作业、停车、特定运行工况下的车身稳定性等。挖掘机的稳定性影响到其作业、行使、停放时整机的安全性，并进一步关系到挖掘力的发挥、作业效率、底盘和平台的受力以及回转支承的磨损等，也是相关部件设计计算的依据，但该问题涉及到整机的全部部件的姿态、重量、重心位置和工况的选择，因此分析过程较为复杂。通过查阅各类文献，目前的分析计算还沿用传统的设计思想，其详细内容如下。 §4.1稳定性的概念 图5-1 纵向挖掘 前倾线为P1P2，后倾覆线为P3P4 图5-2 横向挖掘 前倾线为P2P4，后倾覆线为P1P3 倾覆线：从理论上看，倾覆线是指整机在发生倾覆的临界状态时，围绕其转动的一条假想的直线。对于履带式挖掘机，根据工作装置与履带的相对位置分为横向和纵向两种情况进行确定，如图5-1、5-2所示。为便于观察，两图的俯视图斗省去了平台和工作装置。参照图5-1，纵向挖掘是指工作装置平行于履带行走方向的方式，这时的倾覆线取为驱动轮或导向轮的中心在地面上投影的连线即履带的接地长度，如图5-1中的虚线P1P2和P3P4，在该图的主视图分别用一个小三角的上顶点标记。横向挖掘如图5-2所示，是指工作装置所在平面垂直于履带行走方向的方式，为安全起见，这时的倾覆线取为两侧履带中心对称平面的距离即履带中心距，如图5-2中的虚线P2P4和P1P3，相应地在主视图中用一个小三角的上顶点标记，图中的符号I、J分别表示前后倾覆线的中点。 稳定力矩：对应于不同的倾覆趋势和倾覆线，是指阻止整机发生倾覆的所有力矩之和。 倾覆力矩：对应于不同的倾覆趋势和倾覆线，是指是整机发生倾覆的所有力矩之和。 稳定系数K：用来量化挖掘机稳定性的参数，是指挖掘机在特定工况下对倾覆线的稳定力矩M1与倾覆力矩M2之比，其值应大于1才稳定，对稳定系数的计算通常应考虑风载和坡度的影响，后文将详细介绍。 §4.2稳定系数的计算及稳定性工况的选择 图5-3 稳定系数计算简图 α 对稳定系数的计算，传统的方法是首先选定一种工况，根据该选定的工况采用数学中的解析方法计算，但这不便于从全局的观点全盘考虑整机的稳定性，为此，本文选择数学中的矢量分析手段，从全局的观点出发，建立任意姿态时的稳定系数计算公式。当任选一个工况及油缸长度和坡度参数时，可以利用计算机很快获得相应的稳定系数，结果也十分精确。以下是具体过程。 一.建立坐标系 建立如图5-3所示的空间直角坐标系，其中，坐标原点为回转中心线与停机面的交点，z轴垂直水平面向上为正、y轴水平向前、x轴垂直于yz平面。各部件所受重力及重心位置标示于图中。 二.影响稳定性的因素及其数学表达 如图5-3所示，挖掘机在空间的姿态受以下六个几何参数的影响即铲斗油缸长度、斗杆油缸长度、动臂油缸长度、转台回转角、机身侧倾角和前后倾角。挖掘机的稳定性除受上述几何参数影响外，还有各部件重量Gi（i=1~11）、挖掘阻力FW、行驶时的起、制动加速度、转台的起、制动加速度及机身迎风面积和风载W等。动态稳定性所受影响因素则更多，不仅涉及到上述参数，还受动力源及传动系统加载特性、司机操纵的熟练程度等因素有关。限于本书的篇幅和作者的水平，本书只讨论一般意义上的整机稳定性，而不涉及到其动态稳定性。以下分别阐述各影响因素的意义。 1．坡度：坡度影响着整机的姿态，是影响稳定性的主要因素之一，它主要受作业场地的限制。 2．各部件的重量及重心位置矢量 各部件的重量和重心位置由设计人员通过分析计算或估计给出。各部件的重量标记为Gi（i=1，2,…,11）,依次表示下部车架及行走部分、回转平台、动臂油缸、动臂、斗杆油缸、斗杆、铲斗油缸、摇臂、连杆、铲斗及物料的重量，如图5-3所示。各部件重心位置在坐标系xyz下的矢量标记定义如下。 1）下部车架及行走部分的重心位置矢量为 ，该重心位置除与自身结构有关外主要取决于停机面的坡度，因此它是停机面坡度的函数，其中，?x、?y、?z分别为停机面法向量与x、y、z坐标轴的夹角。 2）上部转台（除第1部分和工作装置外）的重心位置矢量,，其中，?为转台转角。 3）动臂油缸重心位置矢量：，其中l1为动臂油缸长度。 4）动臂重心位置矢量：。 5）斗杆油缸重心位置矢量：，其中