平地機(jī)松土器油缸受力簡(jiǎn)析

黃健勇 秦宇

【摘 要】平地機(jī)附屬工作裝置松土器通常用來疏松堅(jiān)硬土壤，破碎路面或者裂巖。松土器的結(jié)構(gòu)型式有單連桿式和雙連桿式兩種。雙連桿式松土器一般為平行四邊行機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是松土齒在不同的切土深度時(shí)切削角不變，對(duì)松土有利。此外，雙連桿同時(shí)承載，能改善松土齒架的受力情況。本文將針對(duì)雙連桿式結(jié)構(gòu)的松土器進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)受力分析，驗(yàn)證松土器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足使用要求。

【關(guān)鍵詞】平地機(jī) 松土器 雙連桿 平行四邊形 切削角

平地機(jī)是一種以鏟土刮刀為主、配有其它多種輔助作業(yè)裝置，進(jìn)行土石方的切削、刮送和整平作業(yè)的工程機(jī)械。它配有系列輔助工作裝置，如松土耙、推土板、松土器、推雪鏟等，適應(yīng)不同的工況作業(yè)需求。其中松土器通常用來疏松堅(jiān)硬土壤，破碎路面或者裂巖。它通常預(yù)留有較多的松土齒安裝孔：疏松較硬土壤時(shí)插入較少松土齒（通常為3～5個(gè)齒）；疏松不太硬的土壤時(shí)可插入較多的松土齒（通常為5～9個(gè)齒）。

松土器一般有單連桿式和雙連桿式兩種結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示。

圖1 單連桿松土器 圖2 雙連桿松土器

雙連桿式松土器一般為平行四邊形機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是松土齒在不同的切土深度時(shí)切削角不變（切削角一般為40°～50°），對(duì)松土有利。此外，雙連桿同時(shí)承載，能改善松土齒架的受力情況。而單連桿式松土器由于其連桿長(zhǎng)度有限，松土齒在不同的切土深度時(shí)松土角度變化較大。

雙連桿式松土器對(duì)比單連桿式松土器有著諸多優(yōu)點(diǎn)，本文主要對(duì)雙連桿式松土器靜止頂起整車狀態(tài)時(shí)的油缸力進(jìn)行了分析。

我們采用正算法，一步步推導(dǎo)求出我們需要的油缸力，便于我們選擇合適的油缸。經(jīng)過分析，我們給定松土器下挖力的最小指標(biāo)F缸。當(dāng)松土器機(jī)構(gòu)下挖直到克服整車重量，把平地機(jī)后驅(qū)動(dòng)輪頂起脫離地面，此狀態(tài)下油缸所需要具備的力為我們的目標(biāo)指標(biāo)，此力我們記為F缸max。這個(gè)臨界的靜定狀態(tài)就是我們下文分析求解力時(shí)畫出受力簡(jiǎn)圖的狀態(tài)。我們選擇配置雙連桿松土器的180馬力段平地機(jī)作為研究對(duì)象。

1求解整機(jī)的重心位置L0

當(dāng)整機(jī)靜置于地面時(shí)，作出平地機(jī)整機(jī)的受力簡(jiǎn)圖如圖3。

3松土器系統(tǒng)對(duì)后車架連接鉸點(diǎn)的力的求解

3.1整機(jī)被頂起臨界狀態(tài)時(shí)的松土器狀態(tài)圖

通過分析，我們可以畫出整車被頂起時(shí)松土器平行四邊形雙連桿機(jī)構(gòu)的狀態(tài)圖，如圖6所示。

圖6 松土器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2臨界狀態(tài)時(shí)的受力簡(jiǎn)圖

根據(jù)圖6狀態(tài)圖，可以畫出受力簡(jiǎn)圖7。我們把松土器系統(tǒng)作為一個(gè)整體，分析固定鉸點(diǎn)A、G處鉸點(diǎn)A受到的桿AC的力及鉸點(diǎn)G受到的桿GD的力，此時(shí)，系統(tǒng)的外力F支為已知（各力臂以鉸點(diǎn)A為原點(diǎn)作出）。

5油缸力最大狀態(tài)的判定

5.1有桿腔進(jìn)油狀態(tài)

通過對(duì)松土器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖6的分析，我們可以看出：

當(dāng)松土器油缸在有桿腔進(jìn)油時(shí)，松土器機(jī)構(gòu)執(zhí)行提升動(dòng)作，此時(shí)，油缸力只需要克服松土器和自重即可，此時(shí)的油缸力自然不可能是需要的最大力。

5.2無桿腔進(jìn)油狀態(tài)

我們作出下挖到最深時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖9所示，假定靜止下挖，整車不驅(qū)動(dòng)。

圖9 松土器極限狀態(tài)受力簡(jiǎn)圖

當(dāng)油缸在無桿腔進(jìn)油時(shí)，松土器機(jī)構(gòu)執(zhí)行下挖動(dòng)作，直至將整車后驅(qū)動(dòng)輪高高頂起。從剛被頂起到被高高頂起的過程中，地面給松土齒接地點(diǎn)處的支反力F支 不變化。而油缸力F缸與豎直方向的夾角β卻逐漸減小，F(xiàn)缸在豎直方向的分力F缸×Cosβ越來越大，所以，要克服相同的整車重量，夾角β越小，F(xiàn)缸則越小。故當(dāng)處于頂起臨界狀態(tài)，夾角β最大時(shí)，F(xiàn)缸則最大。

因此，我們從等式（6）、（7）、（8）中所求得的油缸力F缸即為我們需要給定的下挖力的最小指標(biāo)F缸max=232.74KN。

最后，理論計(jì)算值轉(zhuǎn)化為實(shí)際需求值時(shí)，我們需要乘以安全系數(shù)，最終確定松土器油缸所必需的最大油缸力。

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作者簡(jiǎn)介：黃健勇（1976—），男，廣西桂林人，從事平地機(jī)傳動(dòng)件開發(fā)設(shè)計(jì)方向研究；秦宇（1981—），男，廣西玉林人，從事平地機(jī)結(jié)構(gòu)件開發(fā)設(shè)計(jì)方向研究。