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液压挖掘机的工作原理及生产率 液压挖掘机工作原理分三个方面说明即土壤切削，整机稳定性及液压系统与液压元件 的工作原理。关于液压系统与液压元件在以后的章节中说明。 一 土壤切削 1．挖掘阻力 挖掘阻力是指铲斗在挖掘过程中所遇到的土壤阻力，通常近似的认为它作用在斗尖上， 并可依照挖掘轨迹的切线方向分解切向阻力 Pt 和法向阻力 Pn 。目前的粗略算法为： Pt ＝σbc Pn＝ψPt 式中： σ 为挖掘比阻力，由试验确定； b 为斗宽；c 为切削厚度； ψ 为系数，由试验确 定。 2 ．挖掘功 当不计土壤的松散系数和铲斗的装满系数时，为了在一定的挖掘行程中能装满铲斗，应 有 q ＝bcL 式中： L 为挖掘行程；q 为斗容量；c 为切削厚度。 所以 Pt ＝σ×b×c＝σ q ／L 即挖掘功 ： Pt L ＝σq 在挖掘过程中， Pn 不做功，只有 Pt 做功，简称为挖掘功。当挖掘对象的土壤等级和铲 斗容量以确定时，就可由上式来确定挖掘功 PtL。 3. 液压缸所做的功 根据能量守恒定律，当不计损失时，液压缸在其行程上所做的功应等于挖掘功。 即 F l ≥PtL＝σ×q 式中： F 为液压缸的最大推力；l 为液压缸的行程。 上式是选择液压缸缸径的主要以据，对于反﹑正铲工作装置上式都是适用的。 4. 应用情况 若土壤等级和铲斗容量都相同，则液压缸所做的功也应相同。但在选择液压缸的缸径和 行程上，各公司都具有自己的特点，见表 1——2。 液压缸推力大小为 F ＝Pa 式中： p 为工作压力；A 为液压缸面积。 表 1——2 缸径与行程比较表 公司名称 液压缸面积 A 液压缸行程 l 德马可 大 小 Komatsu 小 大 利勃海尔 中 中 液压缸面积 A 大，推力 F 也大工作装置受力恶劣，焊接遇到的问题也增多。若液压缸面 积 A 小，行程 l 大，则液压缸刚度就差，易弯曲。因此，在设计时要综合考虑各种因素。 根据实践经验，挖掘机铲斗最小挖掘力值与铲斗宽度有关，每米斗宽最小需 10 吨以上 的力，铲斗才能插入土中完成挖掘作业。 铲斗挖掘力与斗杆挖掘力和整机重量有关，而铲斗挖掘力与斗杆挖掘力也有一定的比例 关系： Fb ／W ＝0.53～0.65 Fa ／Fb＝0.73～ 0.85 式中： Fa 为斗杆挖掘力； Fb 为铲斗挖掘力；W 为整机重量。 二 反铲工作装置的传动计算 1. 反铲斗与液压缸的连接方式 见图 1--2 ⑴ 图 1——2 （a ）所示，铲斗缸直接绞接于铲斗上，由铲斗，斗杆及铲斗缸组成四连杆机 构，一般铲斗转角较小，工作力矩变化较大，一般不采用。 图 1——2 反铲斗与液压缸的连接方式 ⑵图 1—2 （b ）转角小，挖掘力大，工作力矩变化较小，多数中小机型采用此方式。日 本机型中摇杆 1 是直的，在欧洲机型上如利勃海尔和小型挖掘机上多用弯曲的。 ⑶图 1—2 （c ）铲斗转角超前一个角度，同时也具有（b ）方式的优点。在利勃海尔早年 机型上多有采用。 ⑷图 1—2 （d ）在油缸行程相同时，此方式转角更大，但挖掘力小，而力矩变化较大， 目前较少采用。 2. 反铲挖掘力的计算 图 1——3 为反铲挖掘力计算简图。下面分别计算斗杆缸理论挖掘力和铲斗缸理论挖掘 力（破碎力）： 斗杆缸理论挖掘力 Fa 可用下式计算 图 1——3 反铲挖掘力的计算简图 Fa ＝Fsa ／b 式中： Fa 为斗杆缸理论挖掘力； Fs 为斗杆缸推力；a 、b 为力臂值。 铲斗缸理论挖掘力（破碎力）为 Fb ＝Fl ce ／d r 式中