挖掘机铝制动臂和小臂设计
摘要
这项工作的目的是研究挖掘机的动臂和小臂，以用另外的材料代替通常所用的材料。特别是本研究希望用铝合金代替钢合金。这一变化减轻了动臂的部件，允许增加斗的承载能力，因此可以提高挖掘机的生产率。
为了这个目的，许多不同的负载条件下以原有的挖掘机进行了数值模拟，以估计安全系数和各构件的变形能力和灵活性。这些参数被用来设计新的臂。
已分析挖掘机由三个元素组成，负荷条件假设，为了评估压力，5（用液压缸的最大负荷从旋转轴提升最大和最小距离，旋转挖掘机动臂并与障碍物碰撞，等）。
至于为了保持原有价值的安全系数和变形能力，动臂的新几何涉及了尺寸的增加，所以明度不是唯一与材料密度相关的。
铝臂的最终几何形状的重量是1080公斤，而钢臂之一是2050公斤，因此它有可能增加容量从1立方米的铲斗到1.35立方米。
根据铝臂的制造周期与新销，价格提高了约2.500-3.000euro;，这个方面我们可以认为每小时生产率提高约35%。
关键词：提升设备；挖掘机；铝合金设计
1、简介
在这项工作中检查的挖掘机是一个典型的机器代表，如图1所示。它由三个不同的臂组成，功率为110千瓦，额定重量约21.500公斤。本机主要用于民用和工业领域的物料移动和搬运。图1显示了机器的主要尺寸。
由于机器每小时产量与斗容量相关，这项工作的主要目的是减轻臂以允许使用与原来的相比更大的斗。显然研究行动关注手臂而不是机器的基础（履带车），为了不在机器的稳定性上让步。
这项工作分为不同的步骤。第一步是评价手臂的每个组件的尺寸；第二步关注机械CAD模型的生成和主要负荷条件下应力或变形为主的各组成部分的评价。第三步是估计和原机的刚度安全因素（这些值被用来执行一个新的代替钢合金的铝合金组件设计）。根据经典力学理论设计臂的截面，并借助CAD模型和有限元分析验证。下一步是引脚亮度和新斗，在减少重量的基础上挑选。最后一步关注该操作的经济性。
2、负载条件
在五种不同的负载条件下进行检查以建立挖掘机臂各部件的应力条件。
第一负载条件涉及平操作，它允许从旋转轴的最大和最小距离开始斗的操作。斗与表面的距离不随着旋转平移变化（图2）。此操作的主要参数是：总长度= 7000毫米，时间= 4秒和与运动方向相反的载荷是13 kN。
第二和第三负载条件相似。第二是从旋转轴用最小距离最大负荷提升操作，图3a（总长度= 4300毫米，时间为7 s，力为20 kN）。第三负载条件是从旋转轴在最大距离时提升操作，图3B（总长度= 4150毫米，时间为4 s，力为20 kN）。
第四负载条件是在垂直方向上对臂轴正常运行。此负载条件是更重要的，为了评估对最大液压扭矩的基础上组件的扭转行为。假定斗的距离是4米，最大垂直力为20 kN（图4）。
最后的负载条件检查是一个特殊的部件。在这种情况下，施加在挖掘机臂各部件的力是拉伸和压缩的液压缸产生的最大力（举升缸fcompression 390 kN，ftension 200 kN；定位气缸fcompression 560 kN，ftension 350 kN；熔缸fcompression 455 kN，ftension 210 kN和铲斗缸fcompression 330 KN，ftensionl 180 kN）。
图5显示了挖掘机臂的部件和每个部件的名称。
在每个负载条件下使用的数据已被收购，通过测量的几何形状和两者的挖掘机的负载图，而每次操作的持续时间和工作距离已通过实验测试获得。
3、关于原始几何力学行为的评价
在进行上述操作后，每一个负载条件已在一个软件程序中实现，以给挖掘机臂的每个组件获得力（包括惯性等）。被使用的软件名称是Mecad（已由机械工业部布雷西亚大学工程开发）。这个程序可以提供挖掘机臂基础上每一个点的运动学和动力学信息（在任何运动的时间）。
例如图6显示了第一元素中的力。
下一步关注每个组件以既有应力状态的有限元分析（和相关的安全系数）和臂的变形。第一个结果表明，相同的元素提出了一个非常高的本地化区域的应力值。例如，在板的接合区中，将液压缸的销紧固到主体结构上。这些观察可以通过局部设计提高构件，例如应力系数的降低。图7显示了应力状态。
在优化每个组成部分的安全系数后，与材料的屈服应力比较，约为2.5。已被认为是用来使臂的材料为合金钢S355 JO EN 10025。
4、部件初步设计的标准
与不同材料的臂的新几何的评价进行了研究，以获得与原始几何至少相同的安全系数和变形能力。为此，各成分进行了研究，特别是每个小组的理论研究应用不同的行动能力的面板（见图8）。
第一步是选择相同的安全系数都为原始几何（合金钢）和新的几何（铝合金）[ 1，5 ]。
4.1、轴向力
在这种情况下，轴向应力明显是 因此厚度和面板的高度之间的关系为：
如果有屈曲现象，临界应力是：
当 代表面板刚度是，在这种情况下，面板的几何尺寸之间的关系是：
如果只有平面的厚度可以改变，表达式就变成：
4.2、弯矩
这个动作引起的应力是：
所以厚度之间的关系是：
在屈曲现象的情况下，临界应力：
其中一个是最大拉应力和最大压应力之间的比例；在这种情况下，面板的几何尺寸之间的关系是负载上述条件相同。
4.3。剪切载荷
面板的最大剪应力为：s
因此，厚度和面板高度之间的关系是：
如果我们假定剪切屈服应力和屈服应力的比对不同的材料是相同的，最终的关系与在轴向载荷的几何尺寸的关系。
如果存在屈曲现象，临界应力为：
因此，面板的几何尺寸之间的相关性是：
如果高度B不改变关系：
4.4、弯曲
评价板弯曲的经典关系是：
其中m是时刻，J是横截面的惯性矩，与面板的地理度量尺寸相关的关系是：
5、手臂的最终几何形状
在关系基础上的钢合金板和铝合金板的几何之间，每个手臂的组件已经开发出一种新的横截面。有了这个横截面（图9），它已经数值模拟手臂的整个元素。随之而来的步骤是进行有限元分析为了验证安全系数与构件的灵活性对于原始价值。这最后的操作已反复迭代，直到目标已经实现。该部分提出了在约50%重量的减少最终的几何图形。
对于最新的臂选择铝合金6061 T6。这种选择采用的标准是机械性能（特别是屈服应力）和成本。表1显示了钢和铝合金的力学性能。
其他重要的元素是连接它们之间的手臂和这些与液压缸的销。
这些组件与臂的重量比较小的重量；但为了减少重量可以提高这些组件。
主销有一个80毫米直径和材料是一个高电阻钢合金：长度从720毫米变化到180毫米和重量从10公斤到35公斤。优化可以从两方面进行：首先是用铝合金和执行一个空心[6,7]二。第一选择是不可能的，因为在这种情况子啊，销的直径是非常大的，冰洁中来ing的减少很小（这些选项会产生很多技术问题）。如果我们使用空心圆形截面的销，在销的总重量上会有一个明显的减小。新的几何形状由评估最大弯曲和剪切载荷的销和使用的安全系数得到。特别是最后的外径，大销是110毫米，内径约为75毫米：在这种情况下，销的重量变化由8千克到25千克。
图10显示了不同重量对臂部件的两种解答。
6、斗容量
在上述的解决方案中，为了减少臂的重量，可能去增加斗的容量或臂的单个部件的长度。斗的新能力会考虑液压系统不改变，因此，作为代替，液压缸的最大负载和塔的最大转矩与原来的几何相同的。另一个重要的变量选择是塔的总转动惯量（斗到旋转轴的最大距离，这个变量与原来的解决方案比是不变的）。这个值，明显与速度相关，或者说装配旋转速度由臂和斗决定。
这些约束可能增加斗的容量从1到1.35立方米。1立方米斗的重量大概是760千克。如果我们假定材料密度为1500KG/M3，在原始几何中被移动的总重量为2150KG，在优化几何中最终重量是2800KG。表2比较了原始和最终几何的总重量。
7、结论
这项工作表明以减轻挖掘机及增加斗容量为目标的研究的结果。特别是第一步涉及不同负载条件下挖掘机几何的研究。这些结果（用理论公式）可以用来设计新的挖掘机几何，用吕合计代替钢合金。
至于原始几何的优化结果是一个轻了50%的臂。优化销的重量可以增加斗的容量从1M3到1.35M3，因此增加了挖掘机每小时的工作率。我们认为该过程可以扩展到其他元素如重量不可忽略的液压缸，等。
如果我们考虑经济方面，成本增加约2.000-3500可以接受，如果我们考虑到臂的总重减少50%，斗的容量增加30%。我们认为这些结果可以被不同类型的挖掘机接受。
减少液压系统的改进设计
摘要：通过齿轮的关闭机制，水平垂直可转换轧机难以分离的问题的分析，有时会自动脱离 工作中，其结合套磨损严重等问题，结合液压系统，找出了问题产生的原因，并对轧机液压系统进行了改进，实践结果表明 问题明显改善，维修工时和备件成本降低，生产效率提高。
关键词：精轧机，齿轮关闭机构，液压系统
1、引言
冶金工业是工业部门的重要原料，它不仅为国民经济各部门提供金属材料，也是经济发展的物质基础。 冶金机械设备大而且重，工作环境恶劣，以及自动化和精度要求很高。液压技术的特点是它所需要的。因此，液压技术在冶金工业中占有重要的地位，随着自动控制技术的广泛应用和发展，计算机技术 技术、微电子技术、可靠性技术、制造工艺技术、新技术和新材料，液压技术也得到了长久以来的进展。但是 液压系统是一个复杂的多部件组合，其性能不仅关系到单个系统的性能的组成部分，也关系到系统设计的合理性和各要素的综合特点。
2、问题与分析
一个公司棒材生产线有六个卧式立式可转换米尔斯轧机，如图1所示的轧机驱动图，功率通过10电机和9齿轮关闭机构，8伞齿轮箱、6传动轴、4减速箱、3花键驱动轴，最后到工作辊。轧机机架5完成水平垂直转换和锁紧功能的组合 两翻转液压缸7和两锁液压缸作用，实现轧机平面和垂直的工作流程如下：翻转气缸延伸→缸锁紧→齿轮关闭油缸锁；相反，齿轮关闭油缸缸脱开→锁柱脱开→转向缸再叫。
齿轮减速机构经常出现生产中的跟踪问题：
在垂直滚动的过程中，齿轮的封闭机构的自动释放的时候，导致电力中断，轧机堆钢和自动
在轧机工作辊更换过程中从垂直到平坦，齿轮关闭机构—机构往往不开放，需要手工工艺—
维修延误原因。
这个月的大修过程中，发现的齿轮脱套机构磨损的结合套严重，支撑轴承损坏严重且频繁更换。
现场调查发现，在工作中过程中，齿轮的关闭机制存在周期性轴向窜滚动。在两路口经常出现自动释放钢，这是第一钢刚刚推出和第二钢进入。因此齿轮关闭机制—以滚动作用站立周期力，尤指在两个钢的交界处，力突变将发现，导致它自动脱离.其次，在齿轮关闭机构的情况下—机制也不开，往往需要启动翻转系统使滚动厂周转钢瓶用油，然后脱离。通过分析，最主要的原因可以概括为以下几—低点：在工作中，磨坊水槽使齿轮—合闸机构应力变大，则突破力不足，无法打开—产生振动力，使齿轮的关闭机构承受轴向振动力轴向运动自动脱离翻车、锁闭和拆卸系统示意图—关于轧机关闭如图2所示。
结合液压系统原理图2，可能的原因这个轧机沉和齿轮在轴向运动中的运动如下。
1）有一个平衡阀—10液压控制单向阀与11液压翻转油缸在翻车系统中的应用轧钢厂。
平衡工作原理阀门类似内部放电单向硒—顺序阀有泄漏阀内结构—是的，那么很难保持轧机站起来—很长一段时间的权利，从而导致轧机下沉。
2）轧机锁紧系统。理论上，锁紧系统可以保持的轧机位置。图2显示了轧机锁系统类似于压力保持电路和气缸盖是斜楔结构，随着外部的变化—力，锁气缸头将有一定的收缩，使轧机下沉与旋转气缸缸头位置的变化.
图2原液压原理图系统
3）齿轮关闭系统。由于锁环是依靠浅谈液压缸的液压油油缸密封保持液压缸固定。如果有其他液压元件可能泄漏从液压控制阀和—在锁相环的液压缸，然后轻微泄漏的组件可能会导致失败在16者之间有一个单向节流阀液压控制单向阀和13齿轮缸在齿轮关闭系统的锁圈中该系统工作时间长，所以锁很容易使失败，并使气缸在时间分开两钢转让。
3、改进计划
鉴于上述原因，液压系统进行了改进，如图3所示。
首先，在调节油路中调节液控单向阀和平衡阀位置时，液体控制单向阀尽量靠近工作缸，并减少 漏油量。
第二，靠近锁柱位置增加原锁系统液控单向阀。为了增加锁系统的气缸位置不变。同时，用4/3路方向阀替换4 / 2-路方向阀的4通换向阀，单向节流阀取消，由于框架锁紧油缸的工作速度不需要调整。
第三，在齿轮关闭系统中调整两种截止阀和液压系统位置，减少油泄露。同时取消单项节流阀，因为齿轮关闭圆柱速度不需要调整。
4、结论
在改进的系统，首先，对液压控制阀的位置是相反的系统调整和齿轮的关闭系统，然后减少石油泄漏的密封性， 保证了锁紧回路；其次，在轧机的锁紧系统中，增加了液压控制单向阀，保证了锁缸的位置；到目前为止，在生产实验中已证明系统运行良好。
一种优化液压挖掘机效率和生产率的生态方法
摘要
化石燃料和臭氧层的枯竭几十年来一直是全球关注的问题。国际标准化组织公布了地球移动机器可持续发展标准 或行业提供信息，以满足客户的利益，在他们的建设项目。此外，急剧上升的能源价格和金融机构的崩溃 ENT年引发了提高个人能源效率的需求。原设备制造商的地球移动机器必须解决可持续发展的要求，以及剩余 竞争力，他们的目标是通过提高机器效率，采用先进的
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