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拖拉机后部挖掘机具摆臂设计 摘要：本文通过对拖拉机后挖掘机具的研究，通过严密的计算方法，设计一种有较好的安全性和稳定性的拖拉机后挖掘机具，希望可以在提高挖掘机具反铲挖掘装置性能方面提供一些具有实践性意义的思路。 关键词：拖拉机后挖掘机具；反铲挖掘装置；机械 1.绪论 1.1拖拉机后挖掘机具概述 近些年，我国的农村经济得到了长足的发展，农民的生活水平也相应地得到了提升，农用拖拉机的需求量也越来越多。 在拖拉机上安装上后挖掘机具后，可以用于园林养护、农田水利建设、基坑开挖与回填等多个领域。拖拉机后挖掘机具在工作时，通常不能进行侧移，而是利用回转支承，挖掘工作装置可以180°回转。拖拉机后挖掘机具通常采用蛙腿式支撑作为支腿，蛙腿式支撑具有较好的稳定性，有助于提升拖拉机后挖掘机具的挖掘能力。动臂悬挂系统在后挖掘机具中也较为常见，使用动臂悬挂系统，动臂油缸和动臂间，只需要很小的距离，就可以形成很大的动臂转角。在拖拉机后挖掘机具上，一般会安装座椅，以便后挖掘机具的操作者可以直接看到挖掘对象。 1.2拖拉机后挖掘机具分类 按照拖拉机与后挖掘机具的连接方式进行分类，可以分为：1.后悬挂安装式；2.固定安装式。在拖拉机的后悬挂杆件上安装后挖掘机具，这种方式即是后悬挂安装式，这种安装方式的优势在于：后挖掘机具拆卸方便，运输便利。但是，选用后悬挂安装式时，为了避免拖拉机提升器在进行挖掘工作时提升臂向上运动，需要增加限位装置。采用固定安装式时，后挖掘机具被固定在拖拉机上，这种连接方式稳定性较好，但拆卸麻烦。 按照后挖掘机具的动力取入方式进行分类，可以分为：1.后挖掘机具由拖拉机的液压输出驱动作业；2.后挖掘机具由拖拉机后动力输出轴驱动作业。采用拖拉机液压输出驱动时，拖拉机提升器的液压输出口直接连着后挖掘机具的液压进油口，后挖掘机具用的是拖拉机的液压过滤系统，因此需要经常清洗拖拉机的液压系统。采用拖拉机后动力输出轴驱动时，后挖掘机具通常自带液压过滤系统，使用时更方便一些。 2.后挖掘机具挖掘装置的设计 2.1工作装置结构与机具工作特点 本质上，拖拉机后挖掘机具中的反铲工作装置是平面连杆机构，在结构上，它使用的是铰销连接，反铲工作装置在工作时，各种操作是利用液压缸的伸缩运动完成的，液压缸的运动与配合，也决定了反铲工作装置的挖掘轨迹。 在实际作业中，主要使用到的作业方式有以下三种：1. 铲斗油缸挖掘；2. 斗杆油缸挖掘；3. 动臂油缸挖掘。其中，使用铲斗油缸挖掘时，则以斗杆与铲斗的铰点为中心，挖掘轨迹是以此中心为圆心的特定半径的圆弧线。以这种作业方式进行挖掘时，挖掘行程短，要想让铲斗尽可能地装满土壤，必须得保障较大的挖掘力，以便在挖掘土壤时有大一些的厚度。因此，在挖掘装置中，使用铲斗油缸挖掘时，斗齿的设计挖掘力是最大的。使用斗杆油缸挖掘时，则以斗杆与动臂的铰点为中心，挖掘轨迹是以此中心为圆心的特定半径的圆弧线。此种作业方式的挖掘行程较长，即使工作环境中的土质坚硬，也能在铲斗中装满土壤，通常，斗杆油缸挖掘在小型挖掘机具的实际工作中使用较多。使用动臂油缸挖掘时，拖拉机后挖掘机具的挖掘形成和挖掘半径达到最大，以动臂的下铰接点为中心，挖掘轨迹是以此中心为圆心的特定半径的圆弧线，这种作业方式工作耗时长，且机具的挖掘力不能得到有效发挥，在实际工作中使用较少。 图2-2挖掘装置结构简图 2.3.2斗杆机构设计分析 在设计斗杆机构时，需要对下列因素进行考虑： 1.在设计时，需要确保斗杆机构能产生足够的斗齿挖掘力。 2.需要保证斗杆机构的闭锁能力符合一定要求，以便充分发挥铲斗的挖掘力。 3.斗杆摆角应该被控制在一定范围内，通常，如果是通用式挖掘装置，斗杆摆角应在100°至120°之间。 2.3.3铲斗连杆机构设计分析 在本次设计中，使用四连杆机构作为反铲铲斗机构。在设计时，需要注意下列要素： 1.在进行挖掘工作时，铲斗的转角应控制在90°至110°之间，但考虑到运输状况和后续的机具卸载，铲斗的总转角应控制在150°至180°之间。 2.预估铲斗在实际工作中可能遇到的最大挖掘阻力，以此为依据设计铲斗理论上最大挖掘力。通常，在一半转角行程的地方，土壤厚度最大，铲斗碰到的挖掘阻力也达到最大。 3.出于铲斗连杆机构的稳定性考虑，铲斗液压缸的伸缩比应选取1.45至1.65之间的数值。 2.3.4计算挖掘阻力 在实际挖掘工作中，斗杆挖掘、转斗挖掘以及复合挖掘都较为常见。如果土质松软，使用转斗挖掘较多，如果土质坚硬，则使用斗杆挖掘较多。 计算铲斗挖掘阻力，其切向分力的计算公式为： 图2-4铲斗液压缸简图 当采用转斗挖掘时，其液压缸的理论挖掘力计算公式为： 符合要求。 综上所述，本次设计基本满足实际工作需求。 参考文献: [1]周进. 拖拉机后挖掘装置设计及优化仿真[D].山东大学,2009. [2]孙旭亮,翁志煌,杨琳. 后挖掘机具摆臂机构的设计[J]. 农业开发与装备,2014(03):52. [3]马治宁. 单斗液压挖掘机工作装置疲劳寿命分析研究[D].太原科技大学,2017. 本文来源：https://www.dywdw.cn/77e5cb3851d380eb6294dd88d0d233d4b14e3feb.html
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2022-04-18
