平地机松土器油缸受力简析

黄健勇 秦宇

【摘 要】平地机附属工作装置松土器通常用来疏松坚硬土壤，破碎路面或者裂岩。松土器的结构型式有单连杆式和双连杆式两种。双连杆式松土器一般为平行四边行机构，其优点是松土齿在不同的切土深度时切削角不变，对松土有利。此外，双连杆同时承载，能改善松土齿架的受力情况。本文将针对双连杆式结构的松土器进行简单的结构受力分析，验证松土器结构设计能够满足使用要求。

【关键词】平地机 松土器 双连杆 平行四边形 切削角

平地机是一种以铲土刮刀为主、配有其它多种辅助作业装置，进行土石方的切削、刮送和整平作业的工程机械。它配有系列辅助工作装置，如松土耙、推土板、松土器、推雪铲等，适应不同的工况作业需求。其中松土器通常用来疏松坚硬土壤，破碎路面或者裂岩。它通常预留有较多的松土齿安装孔：疏松较硬土壤时插入较少松土齿（通常为3～5个齿）；疏松不太硬的土壤时可插入较多的松土齿（通常为5～9个齿）。

松土器一般有单连杆式和双连杆式两种结构，如图1、图2所示。

图1 单连杆松土器 图2 双连杆松土器

双连杆式松土器一般为平行四边形机构，其优点是松土齿在不同的切土深度时切削角不变（切削角一般为40°～50°），对松土有利。此外，双连杆同时承载，能改善松土齿架的受力情况。而单连杆式松土器由于其连杆长度有限，松土齿在不同的切土深度时松土角度变化较大。

双连杆式松土器对比单连杆式松土器有着诸多优点，本文主要对双连杆式松土器静止顶起整车状态时的油缸力进行了分析。

我们采用正算法，一步步推导求出我们需要的油缸力，便于我们选择合适的油缸。经过分析，我们给定松土器下挖力的最小指标F缸。当松土器机构下挖直到克服整车重量，把平地机后驱动轮顶起脱离地面，此状态下油缸所需要具备的力为我们的目标指标，此力我們记为F缸max。这个临界的静定状态就是我们下文分析求解力时画出受力简图的状态。我们选择配置双连杆松土器的180马力段平地机作为研究对象。

1求解整机的重心位置L0

当整机静置于地面时，作出平地机整机的受力简图如图3。

3松土器系统对后车架连接铰点的力的求解

3.1整机被顶起临界状态时的松土器状态图

通过分析，我们可以画出整车被顶起时松土器平行四边形双连杆机构的状态图，如图6所示。

图6 松土器结构示意图

3.2临界状态时的受力简图

根据图6状态图，可以画出受力简图7。我们把松土器系统作为一个整体，分析固定铰点A、G处铰点A受到的杆AC的力及铰点G受到的杆GD的力，此时，系统的外力F支为已知（各力臂以铰点A为原点作出）。

5油缸力最大状态的判定

5.1有杆腔进油状态

通过对松土器机构运动状态图6的分析，我们可以看出：

当松土器油缸在有杆腔进油时，松土器机构执行提升动作，此时，油缸力只需要克服松土器和自重即可，此时的油缸力自然不可能是需要的最大力。

5.2无杆腔进油状态

我们作出下挖到最深时的机构简图，如图9所示，假定静止下挖，整车不驱动。

图9 松土器极限状态受力简图

当油缸在无杆腔进油时，松土器机构执行下挖动作，直至将整车后驱动轮高高顶起。从刚被顶起到被高高顶起的过程中，地面给松土齿接地点处的支反力F支 不变化。而油缸力F缸与竖直方向的夹角β却逐渐减小，F缸在竖直方向的分力F缸×Cosβ越来越大，所以，要克服相同的整车重量，夹角β越小，F缸则越小。故当处于顶起临界状态，夹角β最大时，F缸则最大。

因此，我们从等式（6）、（7）、（8）中所求得的油缸力F缸即为我们需要给定的下挖力的最小指标F缸max=232.74KN。

最后，理论计算值转化为实际需求值时，我们需要乘以安全系数，最终确定松土器油缸所必需的最大油缸力。

参考文献：

[1] 毛谦德，李振清.《袖珍机械设计手册》.机械工业出版社，2001年2月 第2版.

[2] 戴强民.《公路施工机械》.人民交通出版社，2001年5月 第1版.

[3] 郑忠敏.《公路施工机械化与管理》.人民交通出版社，2003年9月 第1版.

[4] 吴宗泽.《机械结构设计》.机械工业出版社，1988年9月 第1版.

[5] 余恒睦.《工程机械》.高等学校教材，1989年5月 第1版.

作者简介：黄健勇（1976—），男，广西桂林人，从事平地机传动件开发设计方向研究；秦宇（1981—），男，广西玉林人，从事平地机结构件开发设计方向研究。