2017畢業(yè)論文-小型液壓挖掘機(jī)挖掘工作裝置設(shè)計(jì).doc

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1、 小型液壓挖掘機(jī)挖掘工作裝置設(shè)計(jì) 摘要 挖掘機(jī)廣泛的應(yīng)用于建筑行業(yè)，排水灌溉，采礦，清除障礙和露天開礦等各種場(chǎng)合。它對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程的質(zhì)量，加快建設(shè)的速度，提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率起到了巨大的作用。 隨著液壓傳動(dòng)的技術(shù)在工程機(jī)械上廣泛應(yīng)用，單斗液壓挖掘機(jī)也有了迅速的發(fā)展。液壓挖掘機(jī)具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、挖掘力大、操縱輕便，以及易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速和自動(dòng)控制等一系列的優(yōu)點(diǎn)。為了能滿足不同的作業(yè)要求，其工作裝置也有很多類型。例如：正鏟，反鏟，牽引繩，塔式等。在上述的工作裝置中，反鏟挖掘機(jī)應(yīng)用的最為廣泛，因而合理設(shè)計(jì)工作裝置具有十分重要的意義。 本論文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)等組成

2、的小型液壓挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下的五部分: 挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)； 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證；工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過靜強(qiáng)度與動(dòng)強(qiáng)度分析，得出了工作裝置在靜載荷下結(jié)構(gòu)是安全的。并利用同類機(jī)械的的參數(shù)做相應(yīng)的調(diào)試，得出一套較合理的參數(shù)，為后續(xù)的工作打好了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；液壓；動(dòng)臂；斗桿；鏟斗 THE DESIGN OF WORKING DEVICE OF SMALL HYDRAULIC EXCAVATOR ABSTRACT Excavators are widely used in all branches o

3、f constructions, to drain and irrigate land, extract useful minerals, the removal of obstacle and the open-cast excavation of coal and ore. They play a tremendous role in relieving labor force, ensuring project quality, accelerating the speed of construction and improving the labor productivity. Wit

4、h the great development of hydraulic technology, the single buckethydraulic excavator has been improving greatly. The hydraulic excavator is provided a great many advantages,such as light weight, small volume, compact structure, powerful dig force, easy operate, continuous variable velocity, automat

5、ic controls and so on.In order to meet the different requirements, the working device also has many types. For example: dipper shovel, pull shovel,dragline, jib crane, tower crane and so on.In the above work device, backhoe excavator is used most widely, so the rational design of work device is of g

6、reat significance. In this paper, mainly by the boom, bucket rod, bucket, excavator linkage component of small hydraulic excavator working device design. It includes the following several parts:the overall design of excavator work device; excavator working device detailed kinematics analysis; the ba

7、sic size calculation and verification of each part of Working device ; Through the static strength and dynamic strength analysis, the device under static loading structure is safe. Use the same mechanical parameters of the commissioning, to derive a set of reasonable parameters, for the follow-up wo

8、rk to lay a good foundation. KeyWord: Excavator; Hydraulic; Movable arm,Dipper,Bucket 目錄1 緒論11.1 課題設(shè)計(jì)的背景和意義11.2 挖掘機(jī)的行業(yè)現(xiàn)狀11.3 挖掘機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)21.4 工程機(jī)械的前景展望32 小型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)32.1 引言32.2 液壓挖掘機(jī)的工作原理與基本組成分析32.3 反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析52.3.1 反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)52.4 本章小結(jié)73 小型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置參數(shù)設(shè)計(jì)73.1 工作裝置的設(shè)計(jì)原則與參數(shù)說明73.1.1 反鏟工

9、作裝置的設(shè)計(jì)原則73.1.2 機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)83.2 反鏟工作裝置幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算83.2.1 鏟斗機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程83.2.2 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算過程93.2.3斗桿機(jī)構(gòu)及斗桿液壓缸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算133.2.4 鏟斗機(jī)構(gòu)及鏟斗液壓缸主要參數(shù)的設(shè)計(jì)過程153.2.5 動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算183.2.6 液壓系統(tǒng)閉鎖壓力的確定分析204 反鏟工作裝置的載荷分析計(jì)算214.1 工況分析以及確定不利工況214.2 第一種工況位置下動(dòng)臂和斗桿受力分析計(jì)算244.3 第二種工況位置下動(dòng)臂和斗桿受力分析計(jì)算284.4 第三種工況位置下動(dòng)臂和斗桿受力分析計(jì)算324.5 斗桿內(nèi)力圖分析37

10、4.6 動(dòng)臂內(nèi)力圖分析385 挖掘機(jī)工作裝置截面尺寸的設(shè)計(jì)與校核4025.1 工作裝置斗桿截面尺寸的設(shè)計(jì)與校核415.1.1 斗桿的強(qiáng)度校核415.1.2 斗桿穩(wěn)定性校核425.1.3 鉸座擠壓強(qiáng)度校核425.2 動(dòng)臂截面尺寸設(shè)計(jì)與校核435.2.1 動(dòng)臂強(qiáng)度校核445.2.2 動(dòng)臂穩(wěn)定性校核465.2.3 鉸座的擠壓強(qiáng)度校核466 結(jié)論58參考文獻(xiàn)59致謝50 1 緒論1.1 課題設(shè)計(jì)的背景和意義 總所周知，我國是一個(gè)發(fā)展中的國家，在其廣闊的土地上正在進(jìn)行著大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)，這就需要很多土石方施工機(jī)械為建設(shè)服務(wù)，而我們知道液壓挖掘機(jī)是一類最重要的土石方的施工機(jī)械。它有適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)

11、，而這是施工單位所重視的。因而，在我國存在一個(gè)巨大的液壓挖掘機(jī)的市場(chǎng)。近年來，從以下數(shù)據(jù)我們可以看出我國液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)量在不斷地增加中：1994 年時(shí)全國液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量是2010臺(tái)，1995 年是2366 臺(tái)，1996 年產(chǎn)量則達(dá)到3104 臺(tái)，1997 年是3341 臺(tái)，1998 年產(chǎn)量則達(dá)到4021 臺(tái)，而1999 年全國液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量將近6000 臺(tái)，要比1998 年增長(zhǎng)了近40%。從1994 年到1999 年這近5 年的時(shí)間里，我國液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量翻了兩番1。另外一方面，現(xiàn)在廣大的用戶，各級(jí)施工單位越來越看重液壓挖掘機(jī)在施工中的作業(yè)。用液壓挖掘機(jī)在很多場(chǎng)合來替換裝載機(jī)和推土機(jī)進(jìn)行

12、施工作業(yè)的合理性越來越明顯。因此，我們可肯定液壓挖掘機(jī)發(fā)展空間是很大的2。 我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)在不斷發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的需求量也將逐年的增長(zhǎng)。我們可以預(yù)測(cè)，今后的幾年里我國的液壓挖掘機(jī)行業(yè)將有一個(gè)很大的發(fā)展空間。國內(nèi)市場(chǎng)，主要由交通運(yùn)輸工業(yè)，能源工業(yè)，原材料工業(yè)等領(lǐng)域組成3?？茖W(xué)在不斷的發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，則對(duì)挖掘機(jī)各方面的性能要求也將不斷的提高。國內(nèi)外的各個(gè)生產(chǎn)廠家都在積極的采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)來提高其使用性能。如德國阿特拉斯公司所生產(chǎn)的挖掘機(jī)則裝有新興的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)能按照最適合其作業(yè)所要求的速度來進(jìn)行工作4。 液壓挖掘機(jī)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、工作裝置、液壓系統(tǒng)、行走裝置和電氣控

13、制等部分所組成的。其工作裝置是直接用來完成挖掘任務(wù)的裝置，它則是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分的鉸接而成。動(dòng)臂的起落、斗桿的伸縮和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)都是用往復(fù)式雙作用液壓油缸來控制的。工作裝置是其重要組成部分，直接的影響挖掘機(jī)的工作狀態(tài)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將圍繞液壓挖掘機(jī)的工作裝置來進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2 挖掘機(jī)的行業(yè)現(xiàn)狀12 自從20 世紀(jì)90 年代來，中國經(jīng)濟(jì)就快速的發(fā)展，中國的工程機(jī)械行業(yè)也步入快速的發(fā)展期。近些年來，小型的工程機(jī)械作為后起之秀，在施工作業(yè)過程1 第 頁 共50頁中，開始有部分取代了中大型機(jī)械的位置，受到了用戶的歡迎。目前，我國的小型液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)正處在高速發(fā)展的階段。隨著我國的城鎮(zhèn)化進(jìn)程向廣度

14、和深度的發(fā)展，其工程的業(yè)務(wù)量所占社會(huì)施工總量的比重也會(huì)越來越大。據(jù)估算，一臺(tái)10 噸位的小型挖掘機(jī)作業(yè)效率相當(dāng)于3050 個(gè)勞動(dòng)力，這樣就極大地降低了施工和管理的成本，使得小型挖掘機(jī)的需求量也在不斷上升。我們知道2002年的行業(yè)銷售量?jī)H有1400 多臺(tái)，而到了2006 年卻達(dá)到了1.7 萬余臺(tái)，到2007 年就已達(dá)2 萬余臺(tái)，而2008 年剛過去幾個(gè)月，就已呈現(xiàn)出長(zhǎng)足增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。許多國外的企業(yè)在中國加大投資，進(jìn)軍小挖產(chǎn)業(yè)這正是他們看好中國的工程機(jī)械市場(chǎng)具體的表現(xiàn)。從市場(chǎng)的份額來講，國內(nèi)的小型挖掘機(jī)市場(chǎng)主要還是以斗山、現(xiàn)代、小松和日立等日韓的品牌為主，約占整個(gè)行業(yè)銷量的一半以上。本土的小型挖掘機(jī)經(jīng)

15、山河智能、玉柴等供應(yīng)商多年努力，也正在逐步得擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。目前國內(nèi)小挖企業(yè)市場(chǎng)的份額每年都有大幅攀升。近幾年來，小型挖掘機(jī)的市場(chǎng)持續(xù)強(qiáng)力的增長(zhǎng)，特別在出口方面，小型挖掘機(jī)對(duì)我國的工程機(jī)械行業(yè)出口市場(chǎng)起到一定的引領(lǐng)作用。我國本土的小型挖掘機(jī)有質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，也受到了海外市場(chǎng)的青睞。2007 年我國的小型挖掘機(jī)市場(chǎng)銷量突破2 萬臺(tái)大關(guān)，其中的近20小挖銷量則是出口海外市場(chǎng)的，其中國內(nèi)有些小挖制造商的出口比例則達(dá)到40以上，以滿足海外市場(chǎng)需求。1.3 挖掘機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)5 自20 世紀(jì)后期開始，挖掘機(jī)的生產(chǎn)則向多功能化、自動(dòng)化和專用化的方向來發(fā)展。 （1）需開發(fā)多品種、多功能、高效率及高

16、質(zhì)量的挖掘機(jī)。為了滿足市政和農(nóng)田建設(shè)的需求，國外有發(fā)展了斗容量在0.25m3 以下的微型的挖掘機(jī)，最小的斗容量?jī)H為0.01m3。此外，數(shù)量最多的中、小型的挖掘機(jī)則趨向于一機(jī)多能，配備多種工作裝置除了正鏟、反鏟外，還配備起重、抓斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、振搗器、集裝叉、鉸盤及拉鏟等，以能滿足各種施工的需求。 （2）迅速的發(fā)展全液壓式的挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新其控制方式，使挖掘機(jī)能由簡(jiǎn)單的杠桿操縱而發(fā)展到液壓操縱、液壓伺服操縱、氣壓操縱和電氣控制、無線電遙控及電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)時(shí)，能采用無線電操縱，能利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器與激光導(dǎo)向相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)作業(yè)操縱完全自動(dòng)化。

17、 （3）要重視采用新的技術(shù)、新的工藝、新的結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的發(fā)展速度。如美國的林肯貝爾特公司推出的新C 系列LS-5800 型液壓挖掘機(jī)則安裝了全自動(dòng)的控制液壓系統(tǒng)，可以自動(dòng)的調(diào)節(jié)流量，能避免驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。同時(shí)還安裝了CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），這樣提高了挖掘機(jī)的作業(yè)功率，能更好地來發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司所生產(chǎn)的FJ 系列的五種新型號(hào)的挖掘機(jī)配有能與液壓回路相連接的計(jì)算機(jī)輔助功率的控制系統(tǒng)，能運(yùn)用精控模式來選擇系統(tǒng)，以減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并且延長(zhǎng)了零件的使用壽命；德國的利勃海爾公司則開發(fā)了ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可以根據(jù)作業(yè)的要求來調(diào)

18、節(jié)挖掘機(jī)作業(yè)性能，這取得高效率、低油耗的好效果。韓國的大宇公司則在DH280 型挖掘機(jī)上采用EPOS電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，來自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵吸收的功率，能使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定的轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動(dòng)機(jī)始終能以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這就既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，同時(shí)又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。美國卡特彼勒公司則在新型的B 系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新設(shè)計(jì)的3114T 型柴油機(jī)及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，來進(jìn)一步提高挖掘機(jī)作業(yè)效率和穩(wěn)定性。（4）要注意加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的工作條件。液壓挖掘機(jī)要采用帶墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)形式的駕駛室，還要安裝可以調(diào)節(jié)的彈性座椅，應(yīng)

19、用隔音措施來降低噪聲干擾。（5）更新設(shè)計(jì)的理論，提高裝置的可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命。美、英、日等國推廣采用了有限壽命設(shè)計(jì)理論，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)的理論和方法，并且將疲勞損傷累計(jì)理論、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究的方面，這促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國以提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的分析方法，并且創(chuàng)了預(yù)測(cè)產(chǎn)品失效和更新的理論。在以上基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助大量試驗(yàn)，從而縮短了新產(chǎn)品研究周期，也加速了液壓挖掘機(jī)更新和換代的進(jìn)程，并且提高了其可靠性和耐久性。6（6）進(jìn)一步改善液壓系統(tǒng)以及迅速擴(kuò)展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用

20、。由于變量系統(tǒng)在油泵工作的過程中，壓力減小時(shí)和增大流量變化時(shí)，能使液壓泵功率保持恒定，因而，中、小型的液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上的使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣中創(chuàng)造了條件。隨著用戶對(duì)挖掘機(jī)工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、可靠耐用等方面性能要求的提高，這就促使了機(jī)電一體化在液壓挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并且使其各種性能有質(zhì)的飛躍。1.4 工程機(jī)械的前景展望 挖掘機(jī)市場(chǎng)將持續(xù)呈現(xiàn)波浪型的發(fā)展。在今后的一個(gè)時(shí)期里，挖掘機(jī)市場(chǎng)火爆式的炎夏可能難以遇到，我們期待溫暖、生機(jī)勃勃的春天的到來。同時(shí)也期望挖掘機(jī)市場(chǎng)能持續(xù)、穩(wěn)定、健康的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。本次的設(shè)計(jì)我將

21、在前人已有的科技成果上努力探討新的科技方法，爭(zhēng)取做出具有特色的設(shè)計(jì)來。 2 小型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.1 引言 單斗液壓挖掘機(jī)是指一種裝有一只鏟斗并且采用液壓傳動(dòng)來進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它在建筑、水利、電力、筑路等工程以及天然氣管道和現(xiàn)代軍事工程中廣泛使用。它是挖掘機(jī)械中很重要的機(jī)種。 單斗液壓挖掘機(jī)的工作過程是用鏟斗的切削刃切削土壤并將土裝入鏟斗內(nèi)，當(dāng)斗裝滿后提升。接著回轉(zhuǎn)到卸土位置進(jìn)行卸土，當(dāng)卸空后鏟斗轉(zhuǎn)回并下降到地面上進(jìn)行下一次的挖掘。挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械則移動(dòng)一段距離，同時(shí)一邊繼續(xù)作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機(jī)是一種能夠進(jìn)行周期性作業(yè)的自行式土方機(jī)械。72.2 液壓挖掘機(jī)的

22、工作原理與基本組成分析8 為了實(shí)現(xiàn)周期性作業(yè)的要求，單斗液壓挖掘機(jī)有以下基本組成部分：工作裝置、動(dòng)力裝置、回轉(zhuǎn)裝置、傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。常用的全回轉(zhuǎn)式挖掘機(jī)，它的動(dòng)力裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分、輔助設(shè)備和駕駛室等都裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，這個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)稱上部轉(zhuǎn)臺(tái)。由此也可以講這種挖掘機(jī)主要由工作裝置、行走裝置和上部轉(zhuǎn)臺(tái)三大部分組成。挖掘機(jī)各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果是由基本性能決定的。 如圖2-1所示，它是液壓挖掘機(jī)的基本組成及傳動(dòng)示意圖。柴油機(jī)通過驅(qū)動(dòng)液壓泵，操縱分配閥，將高壓油傳送給液壓執(zhí)行元件來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。 連桿機(jī)構(gòu)原理在液壓挖掘機(jī)的工作裝置中得到了運(yùn)用，挖掘機(jī)各部

23、分運(yùn)動(dòng)是通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)的。其中臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(dòng)臂鋼的伸縮運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)臂同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。斗桿依靠斗桿鋼繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；鏟斗鉸接于斗桿的前端，它通過鏟斗缸和連桿繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在挖掘作業(yè)過程中，挖掘原理為通過接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使挖掘機(jī)的工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸，則小腔進(jìn)油使液壓缸回縮；當(dāng)動(dòng)臂下降至鏟斗接觸地面后，再操縱斗桿缸，此時(shí)液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗能夠進(jìn)行挖掘和裝載土壤的工作。當(dāng)鏟斗裝滿土壤后，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載的位置，此時(shí)再操縱鏟斗缸或著斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)卸土。當(dāng)土壤卸完后，工作裝置再回轉(zhuǎn)至挖掘位置，接著進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)

24、工作。然而由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，在實(shí)際挖掘過程中，挖掘機(jī)的反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上面所描述的過程只是指一般的理想過程。液壓挖掘機(jī)由于采用三組液壓缸使工作裝置具有了三個(gè)自由度，則鏟斗可以實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)挖掘機(jī)通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)能夠擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走裝置使挖掘空間沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而能夠滿足挖掘作業(yè)的要求。 圖2.1 液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動(dòng)示意圖 1-鏟斗2-斗桿3-動(dòng)臂4-連桿5、6、7-液壓油缸 -挖掘裝置-回轉(zhuǎn)裝置-行走裝置2.3 反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析小型

25、液壓挖掘機(jī)挖掘工作裝置是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗以及連桿機(jī)構(gòu)和各工作液壓缸組成的。工作裝置是液壓挖掘機(jī)不可缺少的一部分。在中小型液壓挖掘機(jī)中，反鏟工作裝置是運(yùn)用的最為主要的，同時(shí)它也是建筑型挖掘機(jī)的主要工作裝置。2.3.1 反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)82.3.1.1 動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式往往決定了斗桿的結(jié)構(gòu)形式。反鏟液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式。整體式動(dòng)臂可分為直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂兩種。而直動(dòng)臂構(gòu)造比較簡(jiǎn)單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī)中。采用整體式彎動(dòng)臂則有利于獲得較大的挖掘深度，適合反鏟作業(yè)要求。它是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。整體

26、式動(dòng)臂的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，剛度相同時(shí)重量較組合式動(dòng)臂要輕。它的缺點(diǎn)是能替換的工作裝置較少，通用性比較差。為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率，往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件相似的場(chǎng)合，采用整體動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。 組合式動(dòng)臂大都為彎臂形式。它的組合方式有兩類，一類是用輔助連桿連接，另一類則用螺栓連接。它的優(yōu)點(diǎn)是工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)互換工作裝置較多。它的不足是制造成本高，比整體式動(dòng)臂要重。由于本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)對(duì)挖掘深度提出具體要求，且挖掘深度給定的目標(biāo)參數(shù)比市場(chǎng)上同型號(hào)的挖掘機(jī)要大，則通過綜合考慮，我的本次設(shè)計(jì)的動(dòng)臂形式采用有利于獲

27、得較大挖掘深度的整體式彎動(dòng)臂。同時(shí)其結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，價(jià)格也相對(duì)低廉。2.3.1.2 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 挖掘機(jī)鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)效果影響非常大。鏟斗的作業(yè)對(duì)象很多，作業(yè)條件也大都不同，因此用一個(gè)鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對(duì)象和條件比較困難。為了滿足各種特定的工作情況，盡可能提高作業(yè)的效率，反鏟裝置常配有多種斗容量不同且結(jié)構(gòu)形式各異的鏟斗。目前，我國對(duì)鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或者模型試驗(yàn)的階段，還未建立較系統(tǒng)的理論。鏟斗得斗容量是本次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)參數(shù)之一。故本次設(shè)計(jì)將以斗容量為依據(jù)，以部分的經(jīng)驗(yàn)公式，反鏟斗平均斗寬的統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍作為參考，以此確定鏟斗的主要結(jié)構(gòu)參

28、數(shù)。2.3.1.3 斗桿的結(jié)構(gòu)形式斗桿有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)都采用的是整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿的長(zhǎng)度或者杠桿比時(shí)將采用更換斗桿的辦法，或在斗桿上設(shè)置24 個(gè)可供調(diào)節(jié)時(shí)選擇的和動(dòng)臂端部鉸接的孔。然而有的反鏟采用組合式斗桿，即把加長(zhǎng)桿拆去而成短斗桿。綜合考慮本次設(shè)計(jì)將采用整體式斗桿，這種形式的斗桿在市場(chǎng)上也是最為常見的。2.3.1.4 斗桿液壓缸和動(dòng)臂液壓缸的布置方案 對(duì)于斗桿液壓缸的布置，本次設(shè)計(jì)我將用以下方案。用一個(gè)斗桿液壓缸，其支座支于動(dòng)臂上方的凸緣上，其活塞桿與斗桿鉸接。 動(dòng)臂液壓缸的連接，一般有以下兩種布置方案。 第一種方案如圖2.1.a 和2.1.b 中所示，挖掘機(jī)的動(dòng)臂

29、液壓缸裝在動(dòng)臂的前下方。動(dòng)臂的下支撐點(diǎn)可以設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前，并且稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面。它也可設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的后面，用來改善轉(zhuǎn)臺(tái)的受力情況，但使用反鏟作業(yè)時(shí)動(dòng)臂支點(diǎn)靠后布置將會(huì)影響挖掘深度。因此動(dòng)臂液壓缸一般都支于轉(zhuǎn)臺(tái)前部凸緣上。動(dòng)臂液壓缸的活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)通常有兩種布置方案。一種是鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂封閉箱體下方凸緣上；另一種則是鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體中間。 第二種方案如圖2.1.c 和2.1.d中所示，動(dòng)臂液壓缸裝在動(dòng)臂的上方或者后方。這種方案的特點(diǎn)是動(dòng)臂下降的幅度比較大。在挖掘時(shí)，特別是挖掘深度較大時(shí)動(dòng)臂液壓缸往往處在受壓狀態(tài)，閉鎖能力比較強(qiáng)。盡管動(dòng)臂提升時(shí)液壓缸小腔進(jìn)油，提升力矩也一般夠用，提升

30、速度也較快。因此作為專用的反鏟裝置這種方案可取。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)中動(dòng)臂液壓缸的布置方案將是：動(dòng)臂液壓缸裝在動(dòng)臂的前下方且動(dòng)臂液壓缸支于轉(zhuǎn)臺(tái)前部的凸緣上，動(dòng)臂液壓缸活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)將設(shè)在動(dòng)臂封閉箱體下方的凸緣上。動(dòng)臂下支撐點(diǎn)設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的前面。這樣的動(dòng)臂布置方案將有利于獲得較大的挖掘深度，而動(dòng)臂液壓缸的布置也不會(huì)削弱動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通過分析選擇合適的動(dòng)臂液壓缸，動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力能保證挖掘機(jī)在主要挖掘區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)所需要的最大挖掘力，從而滿足設(shè)計(jì)的要求。 2.1 動(dòng)臂液壓缸的布置方案2.3.1.5 鏟斗液壓缸的布置方式 鏟斗液壓缸與鏟斗的連接一般有活塞桿端部與鏟斗直接連接和鏟斗

31、液壓缸通過搖桿和連桿與鏟斗相連兩種型式。第一種連接方式，鏟斗、斗桿、與鏟斗液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu)。第二種方式，它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu)。在同樣的液壓缸行程下六連桿方式能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，這樣改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。鏟斗液壓缸一般都只選用一個(gè)。因?yàn)閭鲃?dòng)比小，單個(gè)液壓缸作用力已足以保證斗齒所需要的挖掘力。7 綜上所述，本次設(shè)計(jì)中鏟斗液壓缸與鏟斗的連接將采用六連桿方式，以改善機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。同時(shí)只采用一個(gè)鏟斗液壓缸。2.4 本章小結(jié)本章首先對(duì)液壓挖掘機(jī)的整體組成及工作原理做了介紹，重點(diǎn)分析了液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)組成和工作特點(diǎn)，接著對(duì)工作裝置中的各機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇，以便于借助計(jì)算機(jī)及相

32、關(guān)資料進(jìn)行方案的比較和參數(shù)的選擇，為后面的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 3 小型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置參數(shù)設(shè)計(jì)3.1 反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)原則和參數(shù)說明8 怎樣合理設(shè)計(jì)反鏟工作裝置的問題至今尚未得到理想地解決。在以前的設(shè)計(jì)中，多按經(jīng)驗(yàn)，采取統(tǒng)計(jì)和作圖試湊這三種方法。我們現(xiàn)在采用數(shù)解分析方法，并且結(jié)合電子計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)。這樣對(duì)合理設(shè)計(jì)反鏟裝置有很大幫助。3.1.1 反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)原則 為了能合理的設(shè)計(jì)工作裝置，設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足以下要求：（1） 整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況在滿足使用要求的同時(shí)要具有一定的先進(jìn)性。（2） 主要工作尺寸及作業(yè)范圍應(yīng)能滿足使用的要求。（3）功率利用的情況要盡可能好，理論工作循環(huán)的時(shí)間

33、要盡可能短。（4）在確定鉸點(diǎn)的布置，結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸形狀時(shí)要盡可能使受力狀態(tài)有利挖掘工作。在保證反鏟裝置強(qiáng)度，剛度和連接剛性的條件下應(yīng)盡量的減輕結(jié)構(gòu)自身重量。（5）在作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)要考慮反鏟裝置的通用性。（6）在采用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)應(yīng)注意分清主次。在滿足使用要求前提下力求選擇替換的構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換裝方便。（7）為了使挖掘機(jī)運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，在運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)。保證安全可靠的同時(shí)盡可能使油缸能卸載或減載。（8）在對(duì)工作裝置油缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮三化，采用系列參數(shù)，并盡可能減少油缸零件的種類，尤其是那些易損件的種類。（9）工作裝置的裝拆和維修是難

34、以避免的，因此它的結(jié)構(gòu)形式和布置的設(shè)計(jì)要便于裝拆和維修，尤其應(yīng)便于易損壞零件的更換。（10）對(duì)于特殊使用要求應(yīng)采用合理措施。3.1.2 機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)11 機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。機(jī)構(gòu)的自身幾何參數(shù)有以下三類：第一類稱原始參數(shù)，它是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù)。在這里主要選擇的是長(zhǎng)度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類稱推倒參數(shù)，它是由第一類參數(shù)推算出來的，大多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)；第三類則是作方案分析時(shí)比較所需要的其他的特性參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的相關(guān)計(jì)算及符號(hào)見圖3.1中所示。 圖3.1 反鏟工作裝置機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖 在上圖中我們可以看出：三角形CBF和三角形C

35、DF為挖掘機(jī)的動(dòng)臂機(jī)構(gòu)，AB 為動(dòng)臂油缸。由EGFNQ組合的形狀為斗桿機(jī)構(gòu)，其中的NQ 為搖桿和DE 為斗桿油缸，五邊形MNQKH則為連桿機(jī)構(gòu)，NM和MH 為連桿。三角形QKV 為鏟斗機(jī)構(gòu)，GM是鏟斗油缸。3.2 反鏟工作裝置幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算83.2.1 鏟斗機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程 鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)是斗容量q，平均斗寬B，轉(zhuǎn)斗的挖掘半徑R和鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角2（這里的 =max）。B、R及2三者與q之間的關(guān)系為：（3-1）式中：q 斗容量，取q=0.18m3（設(shè)計(jì)的目標(biāo)參數(shù)）； 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角的一半，鏟斗在挖掘作業(yè)過程中的轉(zhuǎn)角大致在90 110范圍內(nèi)，本次設(shè)計(jì)中取2=100； B 平均

36、斗寬，設(shè)計(jì)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，及反鏟鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍，取B=0.72m Ks土壤松散系數(shù)，它的近似值取1.26 由公式（3-1）求得轉(zhuǎn)斗挖掘半徑為R=0.73m鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn)K 與Q 之間的間距（如圖3.2）的取值要適中，太大將影響鏟斗機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗機(jī)構(gòu)的剛度，一般取特性參數(shù)。故取。則一般取角。則取 圖3.2 鏟斗結(jié)構(gòu)示意圖3.2.2 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算過程3.2.2.1 動(dòng)臂、斗桿長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì) 一般取動(dòng)臂彎角，而小彎臂可取。小對(duì)增大挖掘的深度有利，但對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利。特性參數(shù)。它的大小一般?。?.11.3），這是由反鏟挖掘機(jī)以挖掘深度為主要指標(biāo)的特點(diǎn)所決定的。據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，

37、最大挖掘半徑值的大小一般與的和值很接近。其中為動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)距轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心間的距離，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值可得。因此由設(shè)計(jì)要求的,已經(jīng)確定的和,則可以按以下近似經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和值： (3-2) (3-3)其中： 最大挖掘半徑，取=5.884m（設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)）； 動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，即特性參數(shù)，參考同類機(jī)型，則取。由以上公式可求的：，3.2.2.2 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)尺寸及動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)位置設(shè)計(jì)如圖3-1，在三角形CZF中，鉸動(dòng)臂彎角取值范圍，則取。動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比,其取值范圍,則取已知,如圖3-1，在三角形CZF中由余弦定理有： (3-4) (3-5)由可將式(3-4)化為 (3-6) 又由 (3-7)由以上的式子

38、可求的：， 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比K4 要按不同情況選取，以反鏟為主的通用挖掘機(jī)要顧及其他換用裝置，要求在地面以上作業(yè)時(shí)有足夠的提升力矩。則可取的范圍為。的取值對(duì)參數(shù)特性，最大挖掘深度和最大挖高有比較大影響。加大會(huì)使減小或者使增大，這符合反鏟作業(yè)要求。用作反鏟的小型挖掘機(jī)機(jī)取。則本次設(shè)計(jì)中取，。斗桿液壓缸全縮時(shí)達(dá)到最大，其取值范圍為則取，初定。由圖3.3可得最大卸載高度的表達(dá)式為 (3-8)由圖3.4可得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為： (3-9)將（3-8）和（3-9）相加，并令 , 則可得到： (3-10) 又由特性參數(shù)： (3-11) 式中的為動(dòng)臂油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比，由于受

39、油缸穩(wěn)定條件的限制，的值一般取1.61.7，則本次設(shè)計(jì)取1.66。由 取設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)，將上述參數(shù)數(shù)值代入式（3-10），并利用試算法，可求得： , 然后由式（3-9）得為： 則求得:l5=1.309m 動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度； A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn). 圖3.5 動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸鉸點(diǎn)位置的幾何關(guān)系圖1是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上的任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻都是L1的函數(shù)。如圖3-5所示，圖中動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)

40、；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。令 = l5/ L1min, = l7/ L1min ，參考圖3.5，則由下面兩式，求和 ：min = COS-1（l72+l52- L1min2）/2l7l5 = COS-1（2+2-1）/2 max = COS-1（l72+l52- Lmax2）/2l7l5 = COS-1（2+2-2）/2 式中（圖3.5中）：可求得: = 0.392， =1.342而有+ =0.392+1.342=1.734，符合條件。則有：，通過初步作圖計(jì)算，可取DFZ = 803.2.3 斗桿機(jī)構(gòu)及斗桿液壓缸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇可按以下步驟進(jìn)行：按設(shè)計(jì)目標(biāo)要求

41、的最大挖掘力來確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。 (3-12) 則取 (3-13) 式中：P為液壓系統(tǒng)的工作壓力，取P=24.5MP 為斗桿液壓缸大腔作用面積，取，得到則由式(3-13) 得：將設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù),以及代入式 (3-12) 中可得到，取。 圖3.6 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖斗桿的擺角取值范圍為，在滿足工作范圍和運(yùn)輸要求的前提下這個(gè)值應(yīng)盡可能取小些，則本次設(shè)計(jì)選。由圖3.6，取斗桿油缸在位置O與Z的力臂，則求得： (3-14)式中： ，它的取值范圍為，取，則得到：如圖3.6，由三角形余弦定理得DF間的距離為： (3-15)由式中，則代入式 (3-15)中可得： ，斗桿上EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素，并

42、考慮到工作范圍，一般在1300 1700之間，本次設(shè)計(jì)中，取EFQ=1400。3.2.3.2 斗桿液壓缸參數(shù)的選擇計(jì)算1314由上一小節(jié)的計(jì)算過程可知，斗桿液壓缸大腔內(nèi)徑D2=100mm，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取塞桿直徑為d2=70mm，（速比），缸筒外徑D=121mm，斗桿液壓缸全縮長(zhǎng)度，全伸長(zhǎng)度。3.2.4 鏟斗機(jī)構(gòu)及鏟斗液壓缸主要參數(shù)的設(shè)計(jì)過程3.2.4.1 連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算圖3.7中，為搖臂的長(zhǎng)度，連桿的長(zhǎng)度，鏟斗的長(zhǎng)度，F(xiàn)為斗桿的下鉸點(diǎn)，G鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)，N搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)，K和Q分別為鏟斗的上下鉸點(diǎn)。作機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇時(shí)，參考圖3.7有，特性參數(shù)K2取值范圍為，故取,則可得：。參

43、考同類機(jī)型，按照成比例的方法，可求得： ,由于考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性以及構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素的影響，一般取鏟斗液壓缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比為 圖3.7 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)示意圖 圖3.8 鏟斗液壓缸全縮時(shí)鏟斗機(jī)構(gòu)位置圖 圖3.9 鏟斗液壓缸全伸時(shí)鏟斗機(jī)構(gòu)位置圖 鏟斗在挖掘過程中轉(zhuǎn)角大致為900 1000 ，即鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角為900 1000，為了能滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到1500 1800。本次設(shè)計(jì)中將取鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角為950，鏟斗總轉(zhuǎn)角取1600。當(dāng)時(shí)，斗齒尖為，可能在FQ 的延長(zhǎng)線上，或在其上側(cè)00 300的地方。為了能適應(yīng)挖掘深溝及垂直側(cè)壁的工作要

44、求，不使斗底先于斗齒接觸地面，本次設(shè)計(jì)取 時(shí)，斗齒尖在FQ 連線上側(cè)200處。 由上述已知條件為基礎(chǔ)，以的取值范圍為約束，經(jīng)過多次作圖，得到比較合理的和的值。，。并得，此時(shí)。下面對(duì)其穩(wěn)定性校核：鏟斗機(jī)構(gòu)最大理論挖掘力應(yīng)與它的最大挖掘阻力相適應(yīng)，常布置在處。本次設(shè)計(jì)中鏟斗將以200的仰角開始挖掘，取，故最大挖掘力則大致出現(xiàn)在FQ連線下側(cè)320 處，則鏟斗液壓缸的作用力應(yīng)滿足： (3-16)式中： 為最大挖掘阻力； 為鏟斗液壓缸對(duì)N 點(diǎn)的作用力臂； 為連桿HK 對(duì)N 點(diǎn)的作用力臂； 為連桿HK 對(duì)Q 點(diǎn)的作用力臂；而連桿機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比為：則取的值等于設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)鏟斗挖掘力的值，,通過作圖求得連桿機(jī)構(gòu)

45、處于圖3.10位置時(shí)的傳動(dòng)比i=0.342，從而求得,取鏟斗液壓缸大腔內(nèi)徑，則有,滿足設(shè)計(jì)要求。 圖3.10 鏟斗斗齒位于FQ 延長(zhǎng)線時(shí)鏟斗機(jī)構(gòu)位置圖如下圖3.11，當(dāng)斗齒處于FQ 延長(zhǎng)線時(shí)，鏟斗液壓缸的理論挖掘力應(yīng)不小于其最大值之70 80%。本設(shè)計(jì)中，當(dāng)斗齒處于FQ延長(zhǎng)線時(shí)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為0.321，得此位置時(shí)鏟斗液壓缸的理論挖掘力與最大值之比為：，滿足設(shè)計(jì)要求。12 圖3.11 最大挖掘力位置時(shí)鏟斗機(jī)構(gòu)位置圖3.2.4.2 鏟斗液壓缸主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算8在上一小節(jié)的計(jì)算中可知，鏟斗液壓缸大腔內(nèi)徑，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取活塞桿直徑為（速比），缸筒外徑。鏟斗液壓缸全縮長(zhǎng)度圓整后去，全伸長(zhǎng)度圓

46、整后取。對(duì)其穩(wěn)定性校核：活塞桿長(zhǎng)細(xì)比，故鏟斗活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。3.2.5 動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 動(dòng)臂液壓缸應(yīng)能保證反鏟裝置在作業(yè)過程中，任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的工作裝置到達(dá)最高和最遠(yuǎn)的位置?？蛇x用以下三個(gè)計(jì)算位置：1.在最大挖掘深處提起滿載斗(圖3.12)；2.當(dāng)最大卸載高度時(shí)提動(dòng)滿載斗(圖3.13)；3.當(dāng)最大挖掘半徑時(shí)舉起滿載斗(圖3.14)。對(duì)動(dòng)臂在轉(zhuǎn)臺(tái)上的鉸點(diǎn)C 取矩，則可以得到以上各位置下所需的動(dòng)臂液壓缸作用力： (3-17)上式中： Gi為工作裝置各構(gòu)件的重量； Gt為斗內(nèi)土重， Gt=（1.61.8）q； rt為斗內(nèi)土壤重心到C點(diǎn)的力臂； ri為各構(gòu)件重心到C點(diǎn)的力臂

47、； e1為動(dòng)臂液壓缸作用力對(duì)C點(diǎn)的力臂。對(duì)于工作裝置各構(gòu)件的重量可以參考同類機(jī)型求得，本次設(shè)計(jì)各構(gòu)件的重量取值為： 動(dòng)臂： 斗桿： 鏟斗： 動(dòng)臂缸： 斗桿缸： 鏟斗缸： 連桿機(jī)構(gòu)：斗內(nèi)土重量為圖3.12 最大挖掘深處提起滿載斗在計(jì)算位置1（圖3.12）中：， ，。將上述數(shù)據(jù)代入（3-17）中，求得： 圖3.12 最大挖掘深處提起滿載斗在計(jì)算位置2（圖3.13）中：， ，將上述數(shù)據(jù)代入（3-17）中，求得： 圖3.13最大卸載高度時(shí)提動(dòng)滿載斗在計(jì)算位置3（圖3.14）中：， ，將上述數(shù)據(jù)代入（3-17）中，求得： 圖3.14 最大挖掘半徑時(shí)舉起滿載斗由上述計(jì)算分析可見，以上三種位置以第二種位置，

48、即最大卸載高度時(shí)提動(dòng)滿載斗(圖3.13)時(shí)要求動(dòng)臂液壓缸的推力為最大。但在后續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算中會(huì)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)臂液壓缸是以挖掘機(jī)挖掘時(shí)所受到的拉力為主要依據(jù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了能保證實(shí)現(xiàn)最大挖掘力，取動(dòng)臂液壓缸大腔內(nèi)徑 D1 =140mm，此時(shí)動(dòng)臂液壓缸能實(shí)現(xiàn)的推力，遠(yuǎn)大于上述三個(gè)位置所要求的最大推力。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取活塞桿直徑d1=100mm，動(dòng)臂液壓缸的外徑為D11 =165mm。3.2.6 液壓系統(tǒng)閉鎖壓力的確定分析我們要保證挖掘機(jī)的挖掘力得到充分發(fā)揮，則需要確定合理的液壓缸閉鎖能力。挖掘機(jī)在挖掘工作范圍內(nèi)，當(dāng)工作裝置處于不同挖掘位置時(shí)，各液壓缸所受到的被動(dòng)作用力的大小是不同的，然而要全面地確定各位

49、置下液壓缸被動(dòng)作用力的大小是很繁瑣的。一般選定幾個(gè)反鏟作業(yè)的主要工況作為計(jì)算位置來計(jì)算各液壓缸應(yīng)具有的閉鎖力大小，應(yīng)使之在該工況下不會(huì)發(fā)生被動(dòng)回縮或伸長(zhǎng)現(xiàn)象，從而才能保證工作液壓缸作用力的充分發(fā)揮。15為確定各液壓缸的閉鎖壓力，本次設(shè)計(jì)中選用以下三個(gè)計(jì)算位置：(1) 動(dòng)臂處于最低的位置，斗桿呈現(xiàn)垂直狀態(tài)，轉(zhuǎn)斗挖掘，此時(shí)其作用力臂最大(2) 動(dòng)臂處于最低的位置，斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)F、斗與斗桿鉸點(diǎn)Q、斗齒尖V 三點(diǎn)共線。 (3)動(dòng)臂處于最低的位置，挖掘機(jī)挖掘深度為最大，F(xiàn)、Q、V 三點(diǎn)共線，鏟斗進(jìn)行挖掘，并要求它能克服平均挖掘阻力。在上述三個(gè)位置下，工作裝置都能正常進(jìn)行工作而不發(fā)生液壓缸在被動(dòng)伸縮時(shí)液

50、壓系統(tǒng)的閉鎖壓力，但并不能夠保證在任何工作位置下都不出現(xiàn)伸縮的現(xiàn)象。而調(diào)整限壓閥開啟壓力過高，會(huì)引起動(dòng)臂和斗桿等構(gòu)件的金屬結(jié)構(gòu)受力情況惡化，從而會(huì)導(dǎo)致這些金屬結(jié)構(gòu)的尺寸變大和重量增加，同時(shí)它還使液壓缸，液壓油管及其它液壓元件所承受的壓力增高，這樣就對(duì)元件的制造要求有了提高。其實(shí)在實(shí)際工作中上，挖掘機(jī)不會(huì)經(jīng)常處在最大挖掘阻力的條件下進(jìn)行工作，同時(shí)在整個(gè)作業(yè)范圍內(nèi)的任何位置都要實(shí)現(xiàn)最大挖掘力既是不經(jīng)濟(jì)，又是沒有必要的，有時(shí)即便遇到了很大挖掘阻力，也可以適當(dāng)減小切土的厚度，從而使挖掘阻力減小。所以合理的說法應(yīng)是要求挖掘機(jī)在主要的挖掘區(qū)內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)最大的挖掘力。此時(shí)被動(dòng)液壓缸的閉鎖壓力就必須要予以保證。

51、所謂的主要挖掘區(qū)是指用最合理和最經(jīng)常的挖掘方式來挖掘最常挖掘的區(qū)域。對(duì)于小型反鏟挖掘機(jī)來說則是指地面以下靠近機(jī)身一方的側(cè)壁或側(cè)坡，其范圍大致為地表下至，履帶支撐點(diǎn)前0.5m至的區(qū)間里。系統(tǒng)壓力不同則閉鎖壓力與工作壓力之間的比值一般也不同，其取值范圍為高壓系統(tǒng)不得超過1.25，而中高壓系統(tǒng)則可以達(dá)到1.25 以上。反鏟液壓挖掘機(jī)的閉鎖壓力一般是調(diào)定在同一壓力值上的。由設(shè)計(jì)的目標(biāo)知，本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的額定工作壓力為24.5 Mpa，則設(shè)計(jì)中定液壓系統(tǒng)的閉鎖壓力為30Mpa ，閉鎖壓力與工作壓力之間的比值為1.14，小于1.25。在下一章對(duì)工作裝置的載荷進(jìn)行分析時(shí)可以知道，以上所確定的閉鎖壓力能夠

52、保證液壓挖掘機(jī)在主要挖掘的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大挖掘力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)的最大挖掘力值高于設(shè)計(jì)目標(biāo)所要求的最大挖掘力值，符合設(shè)計(jì)要求。 4 反鏟工作裝置的載荷分析計(jì)算4.1 工況分析以及確定不利工況817反鏟挖掘機(jī)工作裝置由鏟斗、斗桿、動(dòng)臂以及連桿機(jī)構(gòu)和各種工作液壓缸組成。對(duì)于這些結(jié)構(gòu)件的分析計(jì)算，首先要確定各構(gòu)件的最不利工況所在，即在這一工況下對(duì)某一結(jié)構(gòu)件可能出現(xiàn)的最大應(yīng)力分析計(jì)算，并以這工況作為設(shè)計(jì)這個(gè)結(jié)構(gòu)件的主要依據(jù)，也就是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的計(jì)算位置選擇，計(jì)算圖式和載荷的確定問題。反鏟工作裝置的斗桿強(qiáng)度主要是由彎矩所控制的，因此其計(jì)算位置也可由反鏟工作中的挖掘阻力對(duì)斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來進(jìn)行確定。同樣反

53、鏟工作裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度計(jì)算也應(yīng)根據(jù)挖掘工作中對(duì)動(dòng)臂可能出現(xiàn)的最大載荷來進(jìn)行選定計(jì)算的位置。本次設(shè)計(jì)中選用以下的三種工況作為工作裝置載荷分析的計(jì)算位置。并取其中的第一種工況和第二種工況的斗桿作用力來分析斗桿所受的內(nèi)力，并且以此作為依據(jù)來初定斗桿的截面尺寸；取其中的第二種工況和第三種工況的動(dòng)臂作用力來分析動(dòng)臂的內(nèi)力，并且以此作為依據(jù)來初定動(dòng)臂的截面尺寸。 第一種工況（如圖4.1）條件為：（1） 動(dòng)臂位于最低（動(dòng)臂液壓缸處于全縮狀態(tài)）；（2） 斗齒尖位于斗桿鉸點(diǎn)與鏟斗和動(dòng)臂鉸點(diǎn)與斗桿連線的延長(zhǎng)線上；（3） 斗桿液壓缸作用力臂為最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角成900）； 圖4.1 第一種工況計(jì)算位置第二

54、種工況（如圖4.2）條件為：（1） 動(dòng)臂處于動(dòng)臂液壓缸對(duì)鉸點(diǎn)A 的作用力臂rBmax最大處；（2） 鏟斗處于發(fā)揮最大挖掘力的位置；（3） 斗桿液壓缸的作用力臂為最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角為90 ）； 圖4.2 第二種工況計(jì)算位置第三種工況（如圖4.3）條件為：（1） 動(dòng)臂處于最低（動(dòng)臂液壓缸全縮）；（2） 斗齒尖、鏟斗、與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)三點(diǎn)處于垂直平面內(nèi)。 圖4.3 第三種工況計(jì)算位置4.2 第一種工況位置下動(dòng)臂和斗桿受力分析計(jì)算89如圖4.1中，此時(shí)工作裝置上的作用力為：反鏟工作裝置各部分的重量（動(dòng)臂重G1、鏟斗重G3、斗桿重 G2等），作用在斗齒上的挖掘阻力（切向分力W1、法

55、向分力W2）。鏟斗在挖掘時(shí)，鏟斗液壓缸的工作力Pd能克服的切向阻力取鏟斗為隔離體，由對(duì)鉸點(diǎn)Q 的力矩平衡方程可求得: （4-1）上式中：，,則可求得其法向阻力W2決定于動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力PB，計(jì)算中可取工作裝置為隔離體，根據(jù)對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C 的力矩平衡方程可求得： （4-2）上式中：PB 為動(dòng)臂液壓缸閉鎖力； 為工作裝置各部分重量對(duì)C點(diǎn)的力矩之和；可求得：， , ，由上式發(fā)現(xiàn)，即動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力限制了鏟斗的挖掘力。令，在（4-2）反求得。1.現(xiàn)取斗桿為隔離體，對(duì)鉸點(diǎn)F 的力矩平衡方程為，可得斗桿液壓缸的作用力為。 （4-3）上式中：，,，將上述數(shù)據(jù)代入式（4-3）中，求得而斗桿液壓缸閉鎖力：，則知，能保證此挖掘力工作實(shí)現(xiàn)。 2. 現(xiàn)取鏟斗作為隔離體（圖4.4）,可得到： 圖4.4 鏟斗受力示意圖