一种新型的挖掘机辅爪装置.pdf

一种新型的挖掘机辅爪装置，涉及挖掘机铲斗工具的技术领域，设置在挖掘机的悬臂(8)上，其辅爪装置与铲斗(9)构成夹钳，包括：爪子(2)前后夹板(7，6)；其前夹板(7)与后夹板(6)通过螺栓(4)固定在挖掘机的长臂(8)上，前夹板(7)，后夹板(6)的下面设置有防止夹板沿斜面下滑的前，后挡块(5)；后夹板(6)通过螺栓(4)固定连接辅爪。其辅爪呈弧线型是由两根爪子(1)通过若干个支撑板(2)链接构成，本实用新型能在挖掘机铲料时候挡住物料使其不能向后移动，而且这种装置能够被挖掘机随身携带，实现了对树枝石方的抓运。

1.  一种新型的挖掘机辅爪装置，其特征在于：所述辅爪装置设置在挖掘机的悬臂(8)上，其辅爪装置与铲斗(9)构成夹钳，包括：爪子(2)前后夹板(7，6)；其前夹板(7)与后夹板(6)通过螺栓(4)固定在挖掘机的长臂(8)上，前夹板(7)，后夹板(6)的下面设置有防止夹板沿斜面下滑的前，后挡块(5)；  后夹板(6)通过螺栓(4)固定连接辅爪。

2.  根据权利要求1所述新型的挖掘机辅爪装置，其特征在于：其辅爪呈弧线型是由两根爪子(1)通过若干个支撑板(2)链接构成，其辅爪上端通过螺栓(3)固定在后夹板上。

3.  根据权利要求2所述新型的挖掘机辅爪装置，其特征在于：其爪子(1)采用流线型结构，上部设置有连接后夹板(6)的若干个连接孔；中部设置有连接支撑板(2)的螺栓孔。

4.  根据权利要求1所述新型的挖掘机辅爪装置，其特征在于：其前夹板(7)呈矩形设置有防止夹板水平方向移动的有卡槽；卡槽两侧的前夹板(7)设置有若干个连接孔。

5.  根据权利要求1所述新型的挖掘机辅爪装置，其特征在于：后夹板(6)一面设置有防止夹板水平方向移动的卡槽，卡槽两侧的后夹板(6)上设置有若干个连接孔；后夹板(6)另一面设置有两个立槽，两个立槽斜板上设置有连接辅爪的若干个连接孔。

一种新型的挖掘机辅爪装置
技术领域：
本实用新型涉及挖掘机铲斗工具的技术领域，尤其适用于挖掘机铲斗悬臂上安装的一种新型的挖掘机辅爪装置。
背景技术：
目前，随着治黄事业的不断进步，传统人工抢险作业方式已不能满足现代化治黄工作的迫切需求，自1995年大型机械设备装备到各个专业抢险队伍以来，机械设备在抗洪抢险中扮演着越来越重要的角色，人机配合大大提高了抗洪抢险的效率和水平。
挖掘机对土料、沙石等散状材料的铲运、装卸和轻度的开挖具有很高的效率，广泛应用于铁路、建筑、水电、矿山等建设工程。但是黄河抢险中常用人工来来进行柳桔料和石料的抢险作业，速度慢、效率低和不安全系数大的问题，我局尝试想用挖掘机来代替人工作业，克服挖掘机的在黄河抢险中的弊端。但是，在现有技术状况下还存在一些问题：挖掘机挖土和铲运树枝、石笼的工况是不一样的，抓铅丝石笼总被铲力推动后移，抓软料又因挖斗窄、物料长很难掌握平衡。挖掘机在抓抛铅丝笼及柳桔料方面还存在着效率不高、需要人工辅助及不安全因素，并容易对坝面造成破坏。
发明内容：
为克服现有技术采用挖掘机抓硬物料总被铲力推动后移，抓软料又因挖斗窄、物料长很难掌握平衡的问题，本实用新型提供一种新型的挖掘机辅爪装置；能在挖掘机铲料时候挡住物料使其不能向后移动，而且这种装置能够被挖掘机随身携带，实现了对树枝石方的抓运。
为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：
所述新型的挖掘机辅爪装置，设置在挖掘机的悬臂上，其辅爪装置与铲斗构成夹钳，包括：爪子前后夹板；其前夹板与后夹板通过螺栓固定在挖掘机的长臂上，前夹板，后夹板的下面设置有防止夹板沿斜面下滑的前，后挡块；后夹板通过螺栓固定连接辅爪。
所述新型的挖掘机辅爪装置，其辅爪呈弧线型是由两根爪子通过若干个支撑板链接构成，其辅爪上端通过螺栓固定在后夹板上。
所述新型的挖掘机辅爪装置，其爪子采用流线型结构，上部设置有连接后夹板的若干个连接孔；中部设置有连接支撑板的螺栓孔。
所述新型的挖掘机辅爪装置，其前夹板呈矩形设置有防止夹板水平方向移动的有卡槽；卡槽两侧的前夹板设置有若干个连接孔。
所述新型的挖掘机辅爪装置，后夹板一面设置有防止夹板水平方向移动的有卡槽，卡槽两侧的前夹板设置有若干个连接孔；后夹板另一面设置有两个立槽，两个立槽斜板上设置有连接辅爪的若干个连接孔。
由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：
该新型的挖掘机辅爪装置，通过对挖掘机铲运土方动作的反复观察研究，而研制出一种非常实用的新型产品。对挖掘机的抓物功能进行了拓展，它可以联接在挖掘机的悬臂上，通过伸出的长爪，与铲斗形成夹钳之势，能在挖掘机铲料时候挡住物料使其不能向后移动，把“挖”的动作变为“抓”的动作，实现了对树枝石方的抓运，充分发挥了大型机具在防洪抢险中的功效，发挥其“好、快、省”的特点，而且能够被挖掘机随身携带。
由于挖掘机在黄河防汛抢险中的运用越来越广泛，为此，该新型的挖掘机铺爪装置，对现有的挖掘机进行改造，彻底改变了人工辅助作业的方式，其优越性如下：
(一)增加了挖掘机的抓抛功能。改制后的挖掘机在不破坏原有结构和不增加外界动力的情况下，保留了原来所有功能，增加了抓物和抛物功能。
(二)辅爪装置实现了一机多用。改制后的挖掘机，既可代替抛石机工作，又可代替传统人工柳桔料作业，具有快捷高效功能。伸展长臂可以将铅丝笼、柳桔料准确、稳定地抛入需要地点。
(三)辅爪装置彻底改变了人机混合作业的局面，增加了安全生产系数。在实际运用中，机械作业全面代替了人工作业，节约了大量人力、物力，加快了速度，提高了效率，保证了工作面完整不被破坏。消除了人机混合抢险、施工等现象，摆脱了作业人工辅助等不安全因素应进行具体描述。
挖掘机辅爪装置发明以后，该装置进行过多次试验和实战应用，发现该装置对抓运柳石枕或石料均有非常令人满意的效果。近两年的抢险中，我局利用安装了辅爪的挖掘机向河坝根基抛柳石枕和铅丝笼，提高了抢险速度。根据抢险情况，大致进行了经济效益测算：抛铅丝笼，原来12分钟抛笼1个，每台班抛40个笼，现在4分钟抛笼1个，每台班抛笼120个，每台班油耗为133.6升，每升柴油价格为4.8元，每个铅丝笼装3方石料，每方石笼需0.7个工日，每个工日按保守计算为20元，原来每5分钟装抛软料1次，改制后，每1分钟装抛软料1次。
由此推算：
1.1每天多抛折算为民工工资：20元/工*0.7工/方*3方/笼*80笼＝3360元/台班。半年节约资金：3360*30*6＝604800元。
1.2节约油料(抛笼)：133.6*3＝400.8元。半年节约400.8*30*6＝72144元；
1.3节约油料(抛软料)：133.6*5＝668元；半年节约668*30*6＝120240元。辅爪装置年产生经济效益：797184元。
根据以上应用情况和和理论计算，大家一致认为，安装了辅爪的挖掘机比抛石机的工作效率更高。较购买一套可伸缩的抛石机，大概节约十多万元资金，而我局研制的辅爪装置，成本只有三千多元。
附图所示：
图1是挖掘机辅爪装置的主视图；
图2是挖掘机辅爪装置的侧视图；
图3是辅爪装置的前夹板结构主视图；
图4是辅爪装置的后夹板结构主视图；
图5是辅爪装置的后夹板结构俯视图；
图6是挖掘机辅爪装置的工作示意图；
图中：1-爪子；2-支撑板；3-螺栓螺母垫圈；4-螺栓；5-前后挡块；6-后夹板；7-前夹板；8-悬臂；9-铲斗。
具体实施方式一：
如1、2、3、4、5、6图所示：该新型的挖掘机辅爪装置，设置在挖掘机的悬臂(8)上，其辅爪装置与铲斗(9)构成夹钳，包括：爪子(2)前后夹板(7，6)；其前夹板(7)与后夹板(6)通过螺栓(4)固定在挖掘机的长臂(8)上，前夹板(7)，后夹板(6)的下面设置有防止夹板沿斜面下滑的前，后挡块(5)；后夹板(6)通过螺栓(4)固定连接辅爪。其辅爪呈弧线型是由两根爪子(1)通过若干个支撑板(2)链接构成，其辅爪上端通过螺栓(3)固定在后夹板上。其爪子(1)采用流线型结构，上部设置有连接后夹板(6)的若干个连接孔；中部设置有连接支撑板(2)的螺栓孔。其前夹板(7)呈矩形设置有防止夹板水平方向移动的有卡槽；卡槽两侧的前夹板(7)设置有若干个连接孔。后夹板(6)一面设置有防止夹板水平方向移动的卡槽，卡槽两侧的后夹板(6)上设置有若干个连接孔；后夹板(6)另一面设置有两个立槽，两个立槽斜板上设置有连接辅爪的若干个连接孔。
该新型的挖掘机辅爪装置的基本结构由两个爪子、支撑板、前夹板、后夹板、前后挡块和一些紧固件组成(如图1所示)。前夹板和后夹板通过6条高强度螺栓夹住挖掘机的长臂，由于挖掘机的长臂有一定的斜角，螺栓两端均有方型斜垫片。前后夹板的下面紧贴前后挡块，防止夹板沿斜面下滑，斜面和挡块共同限位，使前后夹板不会上下移动。两个爪子夹在后夹板的两个槽子内，也有6条螺栓将其联接。在两个爪子之间还有三块支撑板联接，将两个爪子联为一体，提高整体刚性。
该新型的挖掘机辅爪装置爪子是挖掘机辅爪装置的核心部件，它采用流线型结构，弧线的半径和圆心的位置都经过精心设计，而且不同的圆弧段之间均为光滑过度，因此外观非常漂亮，同时又避免了应力集中，提高了机械韧性。钢板1是它的主体部分，上面有5个等距的φ32的光孔，选择不同的孔进行联接，可以改变爪子的上下位置；钢板2作用有3点：(一)增强爪子的刚型和强度；(二)增大爪子工作面的面积，提高抓物的稳定性；(三)上面加工有螺栓孔，通过支撑板将两个爪子联接起来。
该新型的挖掘机辅爪装置前夹板和后夹板是辅爪装置的辅助部分，两者通过长螺栓夹住挖掘机的长臂。前夹板和后夹板均设有270mm宽的卡槽，防止夹板水平方向移动。后夹板设计有22mm宽的槽子，20mm厚的爪子可轻松放入，然后由紧固件固定。前夹板和后夹板均采用20mm厚的钢板焊接而成，其设计图如下。
该新型的挖掘机辅爪装置挖掘机辅爪装置采用的螺栓全部为8.8级强度螺栓。特别是前后夹板用的超长螺栓，市面没有出售，只好外委特殊订货。长螺栓用的方斜垫片，是根据挖掘机长臂的斜度自行设计。其它紧固件均采购标准件。
该新型的挖掘机辅爪装置的工况分析，辅爪在抓物体的时候，需要与铲斗配合产生一个夹力，这时候受力最大。等抓起物体以后，铲斗处于下位，爪子处于上位，这时爪子基本不受力或受力很小。
该新型的挖掘机辅爪装置的机械强度分析
1爪子机械强度分析：假定单只爪子在夹紧物体时所受的反作用力为P，到最近把合螺栓的距离为1.5米(与实际情况非常接近)，那么螺孔处所受的弯矩为
M＝1.5P
螺孔处材料的抗弯模量为
W=b(H2-h2)6H=0.02×(0.133-0.0323)6×0.032=225.44×10-6]]>米³
式中W-截面的抗弯模量；
b-截面的宽度；
H-截面的长度；
h-螺孔的直径。
爪子的材质为Q235-A，我们取许用应力[σ]＝100MPa，那么由
σ=MW=1.5PW≤[σ]]]>
可得
P≤[σ]W1.5=100×225.441.5=15KN]]>
螺栓孔的位置是爪子最薄弱的地方，上式所算即为爪子的允许承载能力，两只爪子受力均匀的话，可以允许30KN的夹紧力，如果偏载的话，许用夹紧力更小一些。挖掘机的操作人员应避免使夹紧力超过许用载荷。
2爪子把合螺栓的强度分析：当爪子的夹紧力达到15KN时，按照静力平衡关系(为简化计算，忽略中间螺栓的影响)，下面的螺栓将受到90KN的剪力，其剪应力为
τ=QA=Qπd24=900003.14×3024=127.4MPa]]>
式中τ-螺栓受的剪应力；
Q-螺栓受的剪力；
d-螺栓的直径。
螺栓受的挤压应力为
σjy=Qdl=9000030×20=150MPa]]>
式中σ_jy-螺栓受的挤压应力；
l-挤压面的长度，即爪子的厚度。
以上所算应力对于8.8级的螺栓来说是非常安全的。
3前后夹板联接螺栓的工作情况：前后夹板联接螺栓在工作时常受到工作拉力，在装配时要设法控制预紧力。根据文献的推荐，前后夹板单根螺栓的预紧力为
Qp=0.6σSA1=0.5σSπd124=0.5×640×3.14×22.824=130KN]]>
式中Q_p-螺栓联接的预紧力；
σ_S-螺栓材料的屈服极限；
A₁-螺栓危险剖面的面积；
d₁-螺纹的小径。
螺栓的拧紧力矩为
T≈0.2Q_pd＝0.2×130000×0.024＝624N·m
知道了拧紧力矩，就可以通过控制拧紧力矩的大小来控制螺栓预紧力的大小。
根据前面对爪子的受力分析，又根据夹板螺栓的分布，可以断定螺栓的工作拉力不会超过90KN。又螺栓相对于挖掘机长臂的相对刚度比较小，可以断定螺栓的总拉力
Q<Qp+CbCb+Cm<130+0.5×90=175KN]]>
式中Q-螺栓总拉力；
-螺栓的相对刚度，因为C_b＜C_m，所以CbCb+Cm<0.5.]]>
因此，螺栓危险剖面的最大拉应力为
σmax=Qπdd12=1750003.144×22.82=428MPa]]>
其安全系数为
n=σSσmax=640428=1.5]]>
由于以上采取了保守计算，实际的安全系数还要更高，可见螺栓是安全的。