一土壤切削

1．挖掘阻力

挖掘阻力是指鏟斗在挖掘過程中所遇到的土壤阻力，通常近似的認(rèn)為它作用在斗尖上，并可依照挖掘軌跡的切線方向分解切向阻力Pt和法向阻力Pn。目前的粗略算法為：

Pt＝σbcPn＝ψPt
式中：σ為挖掘比阻力，由試驗確定；b為斗寬；c為切削厚度；ψ為系數(shù)，由試驗確定。

2．挖掘功

當(dāng)不計土壤的松散系數(shù)和鏟斗的裝滿系數(shù)時，為了在一定的挖掘行程中能裝滿鏟斗，應(yīng)有q＝bcL

式中：L為挖掘行程；q為斗容量；c為切削厚度。

所以Pt＝σ×b×c＝σq／L

即挖掘功：PtL＝σq

在挖掘過程中，Pn不做功，只有Pt做功，簡稱為挖掘功。當(dāng)挖掘?qū)ο蟮耐寥赖燃壓顽P斗容量以確定時，就可由上式來確定挖掘功PtL。

3.液壓缸所做的功

根據(jù)能量守恒定律，當(dāng)不計損失時，液壓缸在其行程上所做的功應(yīng)等于挖掘功。

即F△l≥PtL＝σ×q

式中：F為液壓缸的最大推力；△l為液壓缸的行程。

上式是選擇液壓缸缸徑的主要以據(jù)，對于反、正鏟工作裝置上式都是適用的。

4.應(yīng)用情況

若土壤等級和鏟斗容量都相同，則液壓缸所做的功也應(yīng)相同。但在選擇液壓缸的缸徑和行程上，各公司都具有自己的特點，見表1——2。

液壓缸推力大小為F＝Pa

式中：p為工作壓力；A為液壓缸面積。

液壓缸面積A大，推力F也大工作裝置受力惡劣，焊接遇到的問題也增多。若液壓缸面積A小，行程△l大，則液壓缸剛度就差，易彎曲。因此，在設(shè)計時要綜合考慮各種因素。

根據(jù)實踐經(jīng)驗，挖掘機鏟斗最小挖掘力值與鏟斗寬度有關(guān)，每米斗寬最小需10噸以上的力，鏟斗才能插入土中完成挖掘作業(yè)。

鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力和整機重量有關(guān)，而鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力也有一定的比例關(guān)系：

Fb／W＝0.53～0.65Fa／Fb＝0.73～0.85

式中：Fa為斗桿挖掘力；Fb為鏟斗挖掘力；W為整機重量。

二反鏟工作裝置的傳動計算

1.反鏟斗與液壓缸的連接方式

⑴鏟斗缸直接絞接于鏟斗上，由鏟斗，斗桿及鏟斗缸組成四連桿機構(gòu)，一般鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大，一般不采用。

反鏟斗與液壓缸的連接方式

轉(zhuǎn)角小，挖掘力大，工作力矩變化較小，多數(shù)中小機型采用此方式。日本機型中搖桿1是直的，在歐洲機型上如利勃海爾和小型挖掘機上多用彎曲的。

鏟斗轉(zhuǎn)角超前一個角度，同時也具有（b）方式的優(yōu)點。在利勃海爾早年機型上多有采用。

在油缸行程相同時，此方式轉(zhuǎn)角更大，但挖掘力小，而力矩變化較大，目前較少采用。

2.反鏟挖掘力的計算

為反鏟挖掘力計算簡圖。下面分別計算斗桿缸理論挖掘力和鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）：

斗桿缸理論挖掘力Fa可用下式計算

Fa＝Fsa／b

式中：Fa為斗桿缸理論挖掘力；Fs為斗桿缸推力；a、b為力臂值。

鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）為Fb＝Flce／dr

式中：Fb為鏟斗缸理論挖掘力；Fl為鏟斗缸推力；c、e、d、r為力臂值。

說明：如果各力臂值未知時，則可在挖掘機上進行如圖1——3所示的位置的實測或用比例作圖法求出。

反鏟裝置采用斗桿缸（或鏟斗缸）進行挖掘，所得的理論挖掘力不考慮下列因素：a.工作裝置自重和土重；b.液壓系統(tǒng)和連桿機構(gòu)的效率；c.工作液壓缸背壓。

3．反鏟斗容量的計算

反鏟斗容量的計算簡圖如1—4所示。其計算公式分別為：

1，按SAE標(biāo)準(zhǔn)的斗容量V1（安息角1／1）

V1＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／4－b13／12

2，按CECE標(biāo)準(zhǔn)的斗容量V2（安息角2／1）

V2＝F(b1＋b2)／2＋Ab12／8－b13／24

式中：A為斗開口長度；b1為前面內(nèi)寬度；b2為斗底處寬度；F為鏟斗橫截面積。

三挖掘機的穩(wěn)定性

1．適用范圍

本計算適用于帶有相應(yīng)裝備的，使用于挖掘機作業(yè)范圍內(nèi)的液壓挖掘機。本計算不適用于進行起重作業(yè)的液壓挖掘機。

2．穩(wěn)定性驗證的條件

液壓挖掘機的穩(wěn)定性（防止傾覆的安全性）是通過計算加以驗證的。這種驗證適用于挖掘機放置在水平停機面上。

3．穩(wěn)定性的計算

在計算穩(wěn)定性時要使用下列計算力值代替實際的重力值，即

K1E＝1.10Ek2N＝1.25N

式中：E為當(dāng)挖掘機處在最大作業(yè)半徑時，超出在傾覆線之外的該機作業(yè)裝置的另部件的重力；N為有效載荷（土，石方）的重力；K1為工作裝置自重系數(shù)；K2為有效載荷系數(shù)。

反鏟挖掘機為例，也適用于正鏟挖掘機。同時，適用于履帶式及輪胎式挖掘機。

穩(wěn)定性＝穩(wěn)定力矩／傾覆力矩＝(Gr••S－1.10El)／1.25Nn≥1

式中：S為傾覆線間距離；G為主機自重，G＝Gl＋Gr；D為整機自重，D＝Dl＋Dr；E為工作裝置自重，E＝D－G；l為重心間距，l＝(Dr－Gr)S／E；N為有效載荷；n為最大幅度。

四生產(chǎn)率

生產(chǎn)率是液壓挖掘機的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)之一，它表示在單位時間內(nèi)從掌子面中挖掘出并卸到運土車上或棄土堆的土方體積。通常以每小時挖多少立方米為單位，在工地上也有用臺班或晝夜挖出的土方體積來表示的。

一般有三種生產(chǎn)率的概念。

1．理論生產(chǎn)率

理論生產(chǎn)率是指一臺挖掘機在“計算條件”下連續(xù)工作一小時的生產(chǎn)率。“計算條件”可取為：

（1）司機操作熟練，充分考慮機械作單一動作時合流供油和作復(fù)合動作的可能性，如動臂生降可與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)同時進行，動臂和斗桿油缸單獨工作時可以合流供油等。

（2）選擇最經(jīng)常出現(xiàn)的工作條件和平均工作尺寸。如取最經(jīng)常挖掘的土壤作為計算土壤。對反鏟來講，取最大挖掘深度的一半作為計算挖掘深度，取裝車高度或棄土堆的平均高度作為計算用卸土高度，取90°作為轉(zhuǎn)臺單向回轉(zhuǎn)角度等。

（3）掌子面、運輸車（棄土堆）與挖掘機之間的相互位置恰當(dāng)，運輸車選擇合理，配合良好。
理論生產(chǎn)率按下式計算：

Q＝60qn（立方米／小時）

式中：Q為理論生產(chǎn)率；n為每分鐘工作循環(huán)次數(shù)的理論值；q為鏟斗幾何容量（立方米）

技術(shù)生產(chǎn)率是指機械在“給定條件”下連續(xù)工作一小時所能獲得的最大生產(chǎn)率。給定條件包括土壤情況，鏟斗裝滿情況，裝車情況等。

實際生產(chǎn)率是指機械在一段工作時間內(nèi)實際平均生產(chǎn)率。計算實際生產(chǎn)率主要考慮兩個因素，即機械利用率和司機操作熟練程度，實際生產(chǎn)率一般在實際中測定。