WT2挖掘装置挖掘阻力的分析与计算

1　本文计算值与 CAT980S参数对比 方 法 参 数 M Bmax ( kN·m ) r 0 ( mm) r i ( mm) C F ( kN ) Z CAT 980S 39. 9 231. 5 160. 5 0. 693 97. 03 16 本文计算 40. 19 230 161 0. 70 97. 63 15. 9 　　非金属基衬片 p 0= 1. 5～2. 0MPa,选取 p 0 = 1. 6M Pa ( 4) 衬片总压紧力 F 确定 由( 6)计算 F: F = �p 0K A ( r 20- r 2i ) = 3. 14×1. 6×106×0. 72×( 0. 232 - 0. 161 2 ) = 97. 63kN ( 5) 摩擦副数 Z 的确定 由公式( 8)计算 Z: Z= MBmax�FRe = 40. 189 0. 13× 97. 93× 0. 1981 = 15. 9 　　取 Z= 16即可满足要求。 ( 6) 本文计算值与引进的 CAT 980S型湿 式制动器参数对比结果如表 1。 从对比可见, 本文计算方法获得的各参数 值与 CAT 980S湿式多片制动器参数值非常接 近。可见,本文计算方法正确,可用于轮式装载 机湿式多片制动器的国产化和系列开发。 参　考　文　献 [ 1]诸文农: 底盘设计,机械工业出版社, 1988 年 [ 2]张云龙等:湿式多片制动器对偶钢片非稳态温度场 数值计算, 吉林工大学报, 1996. 3 [ 3]张云龙等: 湿式摩擦片无因次结构参数理论最优 解,农业机械学报, 1995. 2 [ 4]张云龙等:湿式多片制动器衬片压力分布模型及性 能计算, 吉林工大学报, 1994. 1 作者地址:福建省厦门市厦禾路 668号(俞昌义) 邮政编码: 361004 吉林工业大学小街宿舍 17 栋 18 号 (诸文 农)　邮政编码: 130025 收稿日期: 1997. 2. 3 WT2 挖 掘 装 置 挖 掘 阻 力 的 分 析 与 计 算 南京建工学院机电系　　　　张元元 　　内容摘要: 由于WT2 挖掘装置作业对象特殊, 在计算其挖掘阻力,确定表示土壤硬度的系数 C 和 切削刃挤压土壤的力 D 时, 不能应用通用型挖掘机挖掘阻力计算时常用的数值。本文主要介绍了其挖 掘阻力计算时 C 与 D 的确定方法及其挖掘阻力的计算。 　　关键词: 挖掘装置　挖掘阻力 　　WT 2是台小型多功能盐田土方机械, 它集 推盐、挖掘、和耙、实压、修堰于一身。在盐场各 阶段的作业中发挥了重要的作用。它为解除盐 场工人繁重的体力劳动和推进盐场作业的机械 化作出了贡献。 WT2 小型多功能盐田土方机械的挖掘装 12 《建筑机械》1997年第9期 置,通常是在盐场收盐后修整盐池、沟、塘、堰, 为下一次产盐作准备以及在晒盐过程中护养盐 池、沟、塘和修筑堰台时作业。它的作业对象主 要是盐池、沟、塘中的淤泥和堰台边的软泥,作 业对象明确, 是盐场作业专用的挖掘装置。 由于其作业对象特殊,所以在计算挖掘阻 力时也具有特殊性, 本文主要介绍 WT 2挖掘 装置挖掘阻力的分析计算。 1　挖掘阻力的计算 在挖掘装置的设计过程中, 挖掘阻力的分 析计算是极为重要的,挖掘阻力值是设计挖掘 装置最基本的依据之一,挖掘阻力与挖掘力匹 配合理与否关系到挖掘装置设计的成败。挖掘 力与挖掘阻力配匹较理想的情况如图 1所示。 图 1 1. 挖掘阻力　2. 挖掘力 在设计时,挖掘力是在挖掘阻力值确定后, 根据 挖掘力与挖掘阻力匹配理想目标而确定的。如 挖掘阻力计算有误, 将会导致挖掘机设计的失 败。若挖掘阻力计算值大大地小于其实际挖掘 阻力值, 则以它为依据而确定的挖掘力很可能 会小于实际挖掘阻力如图 2所示。这样设计出 的挖掘机根本无法挖掘。若挖掘阻力计算值大 大地大于其实际挖掘阻力值, 挖掘力与挖掘阻 图 2 的挖掘阻力　2. 挖掘力　3. 实际的挖掘阻力 力匹配如图 3所示,这样设计出的挖掘机则浪 费了发动机的功率、各种制造材料、燃料等等, 而且其最大挖掘力根本发挥不出来。所以在挖 掘装置的设计过程中挖掘阻力的分析计算是至 关重要的。 图 3 的挖掘阻力　2. 挖掘力　3. 实际的挖掘阻力 我们在挖掘装置的设计中,常以转斗挖掘 为设计工况。转斗挖掘时,其切削阻力的切向分 力的计算公式为: W 1 = C{R[ 1 - cos max cos( max - ) ] } 1. 35 × BA ZX + D ( 1) 式中　C——表示土壤硬度的系数 R——转斗切削半径 max——挖掘过程中铲斗总转角的一半 ——铲斗瞬时转角 B——切削刃宽度影响系数 A——切削角变化影响系数 Z——带有斗齿的系数 X——斗侧壁厚度影响系数 D——切削刃挤压土壤的力 转斗挖掘装土阻力的切向分力 W �1与其切削阻 力的切向分力 W 1 相比很小, 故在挖掘阻力计 算时忽略不计, 而法向挖掘阻力 W 2 的指向可 变,数值较小,我们常取法向分力 W 2 为零来简 化计算,这样 W 1max就可看作转斗挖掘的最大阻 力,因此转斗挖掘阻力近似地用( 1)式来计算。 2　WT2挖掘装置挖掘阻力的分析与计算 WT2 小型多功能盐田土方机械与通用型 挖掘机不同,它是盐场专用机械。挖掘装置作业 对象明确,是盐场盐池中堰台边的淤泥和软泥。 在计算 WT 2挖掘装置挖掘阻力时( 1)式中的 13《建筑机械》1997年第9期 土壤硬度系数 C,与切削刃挤压土壤的力 D 的 确定由于盐场泥土的特殊性,在分析计算时,我 们没有采用通常挖掘阻力计算时常用数值,而 是用去盐场实测的方法和经验公式的计算方法 来确定这二个参数。 2. 1　土壤硬度系数 C的确定 我们用土壤硬度机到盐场实地测量 C值。 实验仪器:土壤硬度机如图 4所示。导杆有 效长 1m, 重锤重 1kg , 贯入棒长 10cm, 其截面 积 1cm2。 图 4　土壤硬度测量机 柄　2. 重锤　3. 导杆　4. 隔块　5. 贯入棒 实验方法:把土壤硬度机垂直轻放在已选 定的采样点地面上。在不施加外力的情况下,把 重锤从 1m 高处自由落下,反复多次,直至贯入 棒完全贯入土中。其敲击的次数即为该采样点 土壤的 C 值。 实验过程: � 采样母体的选择:由于土壤测量受多方 面因素的影响,特别是受土壤含水量、温度和土 壤颗粒的影响很大。我们根据WT 2挖掘装置 各工作阶段的作业情况,工作时的时节和气候、 温度情况选择采样母体。WT2挖掘装置作业的 土壤主要可分为三个大类: 第一类为盐场收盐 后盐水池、沟、塘中的淤泥; 第二类为盐场收盐 后堰台边的软泥; 第三类为盐场晒盐时堰台边 经太阳曝晒和人们踩踏的干软泥。我们认为在 这三类土壤中第三类土壤即盐场晒盐时堰台边 的干软泥其土质最硬, 阻力最大,故以它为采样 母体。 采样点的选取: 我们在采样母体中随机 地选取 10条堰,每处各选 10个采样点, 共 100 点。进行盐场土壤硬度系数 C 值的实测,得到 实测土壤硬度系数 C 值的样本集[ !]。 ! 数据处理: 计算样本集子样均值 != ∀ 100 i= 1 !i 100 经计算得盐场晒盐时堰台边干软泥土壤硬度系 数 C 值的实测样本集[ !]子样均值为: != 4. 2 取!= 5。所以,在WT 2挖掘装置挖掘阻力计算 中我们确定其土壤硬度系数 C值为: C= 5。 2. 2　切削刃挤压土壤的力 D的确定 关于切削刃挤压土壤的力 D 如何确定, 各 参考书籍说得较少。而且,都是针对通用型挖掘 机而言的, 我们无法应用其推荐值。在计算 WT2挖掘装置之挖掘阻力时,我们以铲斗刚开 始挖掘时铲斗切削刃垂直于地面破土而入那一 瞬间的挤压力为计算值。切削刃挤压土壤的力 的计算公式为: P z = 10 2 K 1K 2S ( 2) 式中　P z——铲斗斗口对地面的压力, N K 1——各因素的影响系数 K 2——地面承压系数,即单位面积土的 支承力 S——铲斗切削刃垂直于地面时, 铲斗 斗口于地面上的投影面积, cm2 WT2挖掘装置挖掘阻力计算时,切削刃挤 压土壤的力 D 的确定:取 K 1= 1. 5; K 2= 0. 3; 已知: S= 110cm2。则: P z= 102×1. 5×0. 3×110= 4950N 取 D= 5000N 3　WT2挖掘装置挖掘阻力计算算例 已知表示土壤硬度的系数 C= 5;切削刃挤 压土壤的力 D = 5000N ; 转斗切削半径 R = 60cm ; 挖掘过程中铲斗总转角 2 max= 100°; 即 max= 50°;铲斗宽度 b= 55cm; 则切削刃宽度影 响系数 B= 1+ 2. 6×b= 1+ 2. 6×0. 55= 2. 43, 即 B= 2. 43; 切削角变化影响系数 A = 1. 3; 带 有斗齿的系数 Z, 无斗齿时取, Z= 1;斗侧壁厚 度影响系数X = 1. 15。 W 1= 10C R 1 - cos max co s( max - ) 1. 35 　× BA ZX + D 4　结束语 由于WT 2小型多功能盐田土方机械其挖 14 《建筑机械》1997年第9期 W 1 ( N) = 0° 5000 = 10° 8845. 41 = 20° 12329. 38 = 30° 14637. 37 = 40° 15935. 17 = 45° 16234. 02 = 50° 16362. 74 = 55° 16234. 02 = 60° 15935. 17 = 70° 14637. 37 = 80° 12329. 38 = 90° 8845. 41 = 100° 5000 掘装置作业对象特殊,在计算其挖掘阻力,确定 表示土壤硬度的系数 C 和切削刃挤压土壤的 力 D 时,我们没有应用通用型挖掘机挖掘阻力 计算时常用的数值。本文主要介绍了WT 2挖 掘装置挖掘阻力计算时, 用盐场实测的实验方 法和经验公式计算的方法确定 C 与 D 及其挖 掘阻力的计算。该机已通过鉴定,在工业性试验 和用户试用过程中,该机挖掘装置作业性能良 好。实践表明, WT2挖掘装置挖掘阻力的计算 是正确的, C与 D 数据的确定是合理的。 作者地址: 江苏省南京市海福巷 1 号,中国人民解放军 工程兵工程学院研究生队 邮政编码: 210007 收稿日期: 1997. 2. 21 钢 丝 绳 的 可 靠 性 计 算 本钢工学院　　　　殷　宏 1　引言 钢丝绳是一种常用的起重零件, 由于它是 由钢丝捻制而成的, 内部钢丝的受力情况很复 杂,因此,迄今为止的钢丝绳选择方法仍然采用 静拉力安全系数法。然而, 在实际应用中, 经常 出现安全系数较大的钢丝绳, 其使用寿命过低 的现象。大量的试验结果表明,钢丝绳反复弯曲 和反复挤压所造成的金属疲劳是钢丝绳破坏的 主要原因。本文讨论了钢丝绳的可靠性计算,建 议在设计钢丝绳系统时进行该计算, 从而提高 所设计的钢丝绳的寿命。 2　钢丝绳的可靠性计算 关于钢丝绳的可靠性计算, 文献[ 1]中曾讨 论过以钢丝发生弯曲疲劳断裂为失效模式的可 靠性计算方法。而钢丝绳的寿命是由磨损、弯曲 疲劳、丝间捻挤及载荷状态等多种因素决定的。 实践证明,减小钢丝绳与卷筒和滑轮之间的接 触应力,能有效地降低表面钢丝的磨损,并提高 钢丝绳的寿命。本文以文献[ 2]中的接触压应力 公式为依据, 考虑了钢丝绳外层钢丝磨损和挤 压这一重要因素,并假定两种失效模式是相互 独立的,使钢丝绳的可靠性计算更为完善。 2. 1　磨损、挤压强度设计 2. 1. 1　确定均值 由文献[ 2]知,接触压应力均值为: u# = 0. 388 P - �E-∃-2 ( 1) 式中　u#——接触压应力均值, N/ mm2 P -——单位长度载荷均值, N/ mm 2 E -——折合弹性模量均值, N / mm2 ∃-——折合曲率半径均值, mm 其中　P- = 8WL- nmD - = 80Wd-1 nmD - ( 2) 式中　W——等效载荷, N (等效起重量作用时 的绳拉力) L -——钢丝绳捻距均值( L-≈10d-1) , mm 15《建筑机械》1997年第9期 CONSTRUCTION　　MACHINERY No. 9　　1997 Abstracts and Keywords Analysis and Calculation of Digging Resistance of Excavating Equipment WT2 Owing to the par ticular oper at ing object o f ex cavat ing equipment WT 2, the common data for dig ging resistance of general excavato r can� t be used when w e consider the coeff icient C of soil har dness and the fo rce D o f pr essing soil w ith cutt ing bit . T his paper mainly descr ibes the deter- mining method of C and D and analy sis calculat ion o f digg ing resistance Key words : excavating equipment　digging resistance Optimum Design of Fuzzy Reliability of Hoist Mechanism for Truck Crane Based on general optimum design and considering the random and fuzzy o f design parameter, this paper describes opt imum design of fuzzy r eliabil ity of the gear reducer fo r hoist mechanism of cr ane. It show s that fuzzy optimum design is mo re applicable than general optimum , and the de- sign resul t is more economic. Key words : gear reducer　fuzzy　reliability　optimum design Study of Dynamic Response f or trolley system of Tower Crane A dynamic mechanical model for t rolley system of tow er csane is set up. T his paper uses the method of mode analysis and obtains t ime histo ry of dynam ic response during the t ransit ion pro- cess of system. Equat ion o f max imum dynamic lo ad fo r engineering design is der iv ed. It prov ides calculat ion criterion fo r tr olley sy stem and st ructure lo ad calculat ion of tower crane. It is meaning- ful for theor g and pr act ice of dynamic design. Key words : dynamics of tower crane　trolley system　dynamic response Parameter Selection of light Duty Towed Vibraory Roller YZT06 Tow ed Vibrato ry ro ller YZT06 is a light duty vibrating compact ing machine. It is a small and light machine. T he st ructure is simple and compact . It is easy to operate and pr ice of product is low . It is par ticularly suitable to maintain the asphalt surface o f highw ay and st reet road. It can al- so build small asphalt surface or f ield. T his paper states select ion of par ameter during st ructure design. It pro ves that the parameter selection is correct through test verif icat ion. Key words : towed vibratory roller　parameter selection Study of Unstable State Steering Characteristic of Three-Track Machine A mathmat ical model o f unstable state steering characterist ic analysis o f three-track machine is set up and its solut ion is provided. T he model considers the w idth of t rack and the dev iat ion of instantaneous centr oid of t rack g round speed. It can simulate unstaable state steer ing characteris- tic of three-track machine. T aking one steering t rack o f three t rack machine as an example, this paper analyzes the changeable rule of steering t rajectory and dynamic parameter of machine under variable turning angle o f t rack. Key words : unstable state　steering　computer simulation Edited by: Editor ial Off ice o f CONST RU CT ION MACHINERY Address: 21 Fangjia Hutong, Andingmen Nei, Beijing, China Chief Editor: Zhang Shiy ing　　　　Tel: ( 010) 64019167　　　　Fax: ( 010) 64017647 General Distributor: China Internat ional Book Tr ading Corp, P . O. Box399, Beijing, China Distributing Code: M 4327　　　　ISSN1001-554X 2 《建筑机械》1997 年第 9 期