平地機松土器油缸受力簡析

黃健勇 秦宇

【摘 要】平地機附屬工作裝置松土器通常用來疏松堅硬土壤，破碎路面或者裂巖。松土器的結構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構，其優點是松土齒在不同的切土深度時切削角不變，對松土有利。此外，雙連桿同時承載，能改善松土齒架的受力情況。本文將針對雙連桿式結構的松土器進行簡單的結構受力分析，驗證松土器結構設計能夠滿足使用要求。

【關鍵詞】平地機 松土器 雙連桿 平行四邊形 切削角

平地機是一種以鏟土刮刀為主、配有其它多種輔助作業裝置，進行土石方的切削、刮送和整平作業的工程機械。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，適應不同的工況作業需求。其中松土器通常用來疏松堅硬土壤，破碎路面或者裂巖。它通常預留有較多的松土齒安裝孔：疏松較硬土壤時插入較少松土齒（通常為3～5個齒）；疏松不太硬的土壤時可插入較多的松土齒（通常為5～9個齒）。

松土器一般有單連桿式和雙連桿式兩種結構，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構，其優點是松土齒在不同的切土深度時切削角不變（切削角一般為40°～50°），對松土有利。此外，雙連桿同時承載，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度有限，松土齒在不同的切土深度時松土角度變化較大。

雙連桿式松土器對比單連桿式松土器有著諸多優點，本文主要對雙連桿式松土器靜止頂起整車狀態時的油缸力進行了分析。

我們采用正算法，一步步推導求出我們需要的油缸力，便于我們選擇合適的油缸。經過分析，我們給定松土器下挖力的最小指標F缸。當松土器機構下挖直到克服整車重量，把平地機后驅動輪頂起脫離地面，此狀態下油缸所需要具備的力為我們的目標指標，此力我們記為F缸max。這個臨界的靜定狀態就是我們下文分析求解力時畫出受力簡圖的狀態。我們選擇配置雙連桿松土器的180馬力段平地機作為研究對象。

1求解整機的重心位置L0

當整機靜置于地面時，作出平地機整機的受力簡圖如圖3。

3松土器系統對后車架連接鉸點的力的求解

3.1整機被頂起臨界狀態時的松土器狀態圖

通過分析，我們可以畫出整車被頂起時松土器平行四邊形雙連桿機構的狀態圖，如圖6所示。

圖6 松土器結構示意圖

3.2臨界狀態時的受力簡圖

根據圖6狀態圖，可以畫出受力簡圖7。我們把松土器系統作為一個整體，分析固定鉸點A、G處鉸點A受到的桿AC的力及鉸點G受到的桿GD的力，此時，系統的外力F支為已知（各力臂以鉸點A為原點作出）。

5油缸力最大狀態的判定

5.1有桿腔進油狀態

通過對松土器機構運動狀態圖6的分析，我們可以看出：

當松土器油缸在有桿腔進油時，松土器機構執行提升動作，此時，油缸力只需要克服松土器和自重即可，此時的油缸力自然不可能是需要的最大力。

5.2無桿腔進油狀態

我們作出下挖到最深時的機構簡圖，如圖9所示，假定靜止下挖，整車不驅動。

圖9 松土器極限狀態受力簡圖

當油缸在無桿腔進油時，松土器機構執行下挖動作，直至將整車后驅動輪高高頂起。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缸則越小。故當處于頂起臨界狀態，夾角β最大時，F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F缸max=232.74KN。

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

參考文獻：

[1] 毛謙德，李振清.《袖珍機械設計手冊》.機械工業出版社，2001年2月 第2版.

[2] 戴強民.《公路施工機械》.人民交通出版社，2001年5月 第1版.

[3] 鄭忠敏.《公路施工機械化與管理》.人民交通出版社，2003年9月 第1版.

[4] 吳宗澤.《機械結構設計》.機械工業出版社，1988年9月 第1版.

[5] 余恒睦.《工程機械》.高等學校教材，1989年5月 第1版.

作者簡介：黃健勇（1976—），男，廣西桂林人，從事平地機傳動件開發設計方向研究；秦宇（1981—），男，廣西玉林人，從事平地機結構件開發設計方向研究。