反鏟液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計計算

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1、X x 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計( (論文論文) )題目題目：反鏟液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計計算反鏟液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計計算教學(xué)單位：教學(xué)單位： 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 專專 業(yè)：業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化機(jī)械設(shè)計制造及其自動化學(xué)學(xué) 號：號： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 姓姓 名：名： x x x x xxxx 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王王 儉儉 20112011 年年 6 6 月月摘摘 要要液壓挖掘機(jī)的主要特點(diǎn)為：能大范圍的無級調(diào)速，較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操作省力，易實現(xiàn)

2、自動化控制，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。本次設(shè)計的主要參數(shù)是斗容量 0.2m3,它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計中，采用了履帶式行走機(jī)構(gòu)，來滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動控制而使整機(jī)性能得以改善。與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，其挖掘力提高到 23 倍，整機(jī)質(zhì)量約為 5 噸，挖掘力約為 30kN，最大卸載高度約為 2.5m，最大挖掘深度 4.5m，最大挖掘半徑約為 5.5m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：反鏟 液壓挖掘機(jī) 工作機(jī)構(gòu) ABSTRAC

3、T The main characteristics of hydraulic excavator are for : it is continuously viable and the scope of the speed-control is large , can obtain a lower stable rotational speed, when it moves quickly, the hydraulic parts will produce small inertia, the function of acceleration is good, and may make th

4、e high-speed reversion, the transmission steady, the structure is simple, it may absorb attacks and vibrates, the operation is easy, and it is easy to realize the automated control and the standardization, the serialization and the generalization.The main parameter of this design is a scoop and its

5、capacity is 0.2m3, it belongs to the medium-sized hydraulic excavator. The paper mainly designed the excavator，work installment.In the design, the hydraulic excavator used marching walked the installment to satisfied the request. The upside swivel table is the entire rotation, so it can work in a gr

6、eater scope. And because of using the hydraulic transmission makes the performance of entire machine improve. Compared with the mechanical excavator, the strength of the hydraulic excavation enhances to 2 3 times, the weight of entire machine is about 5 tons, the excavation strength is about 30kN, t

7、he maximum unloading height is about 2. 5m, and the maximum digging depth is 4.5m, the largest radius excavation is about 5.5m. Thus we can see the ability of the machine has a very big improvement. Not only the strength is big, but also the weight is light, the transmission is steady, the work effi

8、ciency is high and the structure is compact.Key word：Anti shovel Hydraulic pressure excavator Excavation organization目目 錄錄摘 要.IABSTRACT.II1 緒論.11.1 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型.11.1.1 液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn).11.1.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及其主要特點(diǎn).21.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況.31.2.1 國外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.31.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況.41.3 小型液壓挖掘機(jī)發(fā)展趨勢.41.4 反鏟挖掘機(jī)構(gòu)的工作原理.5

9、1.5 本次設(shè)計主要內(nèi)容.62 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計分析.72.1 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計方案分析.72.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計方案分析.72.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程簡介.72.2.2 液壓系統(tǒng)工作要求.82.2.2 液壓系統(tǒng)的基本要求.83 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算.103.1 動臂、斗桿、鏟斗結(jié)構(gòu)形式的確定.103.1.1 動臂結(jié)構(gòu)形式的確定.103.1.2 斗桿結(jié)構(gòu)形式的確定.103.1.3 鏟斗結(jié)構(gòu)形式和斗齒的裝配.113.1.4 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式.123.2 動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置.133.2.1 動臂油缸的布置.133.2.2 斗桿油缸的布置.143.2.3 鏟斗油缸的布置.143.3

10、 動臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇.153.3.1 反鏟機(jī)構(gòu)總體方案的確定.153.3.2 機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的確定.163.3.3 鏟斗參數(shù)的確定.183.3.4 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇.213.3.5 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇.253.3.6 連桿和搖臂參數(shù)的選擇.27總 結(jié).28致 謝.29參考文獻(xiàn).30附錄(圖)1 緒論緒論液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦

11、及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。在建筑工程中，可用來挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作機(jī)構(gòu)后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。在水利施工中，可用來開挖水庫、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道等。在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的

12、一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘級土壤埋，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300400個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。1.1 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型1.1.1 液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動機(jī)構(gòu)而使其在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面與機(jī)械傳動的單斗挖掘機(jī)相比具有很多特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)綜合敘述如下：1.技術(shù)性能提高，工作機(jī)構(gòu)品種擴(kuò)大.單斗液壓

13、挖掘機(jī)與同級機(jī)重的機(jī)械挖掘機(jī)相比挖掘力約提高一倍，液壓挖掘機(jī)最大挖掘力可達(dá)機(jī)重的1/2，而機(jī)械挖掘機(jī)只達(dá)機(jī)重的1/4. 因此在整機(jī)參數(shù)不變下，可加大鏟斗容量。提高生產(chǎn)率.抓斗可以強(qiáng)制切土和閉斗，使切土力和閉斗力都提高。液壓挖掘機(jī)的行走力和牽引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械挖掘機(jī)，爬披能力都大為提高，還可換裝加寬履帶，使機(jī)械接地比壓大大降低（甚至10kPa) 。2.簡化結(jié)構(gòu)、減少易損件。采用液壓傳動后省去了機(jī)械挖掘機(jī)復(fù)雜的中間傳動零部件，簡化結(jié)構(gòu)并減少易損件。由于傳動機(jī)構(gòu)緊湊，重量減少導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺、底架等結(jié)構(gòu)件的尺寸和重量都相應(yīng)降低，故同級液壓挖掘機(jī)可比機(jī)械挖掘機(jī)總重量減輕30-40 %。3.傳動性能改善，工作平穩(wěn)

14、、安全可靠。采用液壓傳動后能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大（最高與最低速度之比可達(dá)1000:1)，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，液壓元件的運(yùn)動慣性較小并可作高速反轉(zhuǎn)，因此在挖掘機(jī)工作中換向頻繁的情況下動作平穩(wěn)、沖擊很小，而且液壓油還能吸收部分沖擊能量減少機(jī)械的沖擊、振動。 4.機(jī)構(gòu)布置合理緊湊.由于液壓傳動采用油管連接，各機(jī)構(gòu)部件之間相互位置可不受傳動關(guān)系的影響限制，布置可較靈活。5.操作簡便、靈活.液壓傳動比機(jī)械傳動操作輕便而靈活，采用先導(dǎo)閥后，操作桿數(shù)大為減少，主操作手柄為2個，故操作輕便司機(jī)的勞動強(qiáng)度大為減輕，駕駛室與機(jī)棚完全隔開，噪音減小、視野良好，振動減徑，改善了司機(jī)的工作條件。6.易實現(xiàn)“三化” 、

15、提高質(zhì)量。液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。便于組織專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。液壓挖掘機(jī)的主要缺點(diǎn)是：1.對液壓元件加工精度要求高，要求嚴(yán)格，制造較為困難。使用中系統(tǒng)出現(xiàn)故障，現(xiàn)場進(jìn)行排除較困難，維修條件和修理調(diào)整的技術(shù)都要求較高。2.液壓油的粘度受溫度影響較大，總效率較低，同時液壓系統(tǒng)容易漏油，摻入空氣后產(chǎn)生噪音和振動，動作不穩(wěn)，并對液壓元件產(chǎn)生腐蝕作用。1.1.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及其主要特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)的基本類型及其主要特點(diǎn)單斗液壓挖掘機(jī)可按用途及其主要機(jī)構(gòu)的特征進(jìn)行分類。按液壓挖掘機(jī)主要用途及工作機(jī)構(gòu)的不同分為通用型和專用型兩種。中小型挖掘機(jī)大多數(shù)為通用型，以挖

16、掘土攘容重18000N，1m3 為標(biāo)準(zhǔn)反鏟斗的主要機(jī)構(gòu)外，還配有道于挖掘各種輕重土質(zhì)和挖掘幅度的反鏟、正鏟、抓斗、起重等多種機(jī)構(gòu)而大型液壓挖掘機(jī)則以礦用正鏟為主要機(jī)構(gòu)外，一般亦配有挖掘輕重土、各種挖掘幅度的正、反鏟等機(jī)構(gòu)。主要用于礦山采掘和裝載、稱采礦或礦用型。按工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不同分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)，常用者均為鉸接式，伸縮臂式挖掘機(jī)因可用于平整清理場地等作業(yè)，所以有挖掘平地機(jī)之稱。按行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式等種。履帶式因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比應(yīng)。輪式挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動性好、

17、可在城市道路邊行，故近年來在中小型挖掘機(jī)中發(fā)展較快。汽車式、懸掛式是以汽車及拖拉機(jī)為基礎(chǔ)機(jī)械裝設(shè)挖掘或裝載工作機(jī)構(gòu)的小型挖掘機(jī).適用于城建小量土方工程及農(nóng)村建筑.拖式則沒有行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)移時由牽引車牽引，主要優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單、成本低。按回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)角的不同，液壓挖掘機(jī)有全回轉(zhuǎn)和半回轉(zhuǎn)兩類.大部分液壓挖掘機(jī)是全回轉(zhuǎn)式的，小型液壓挖掘機(jī)如懸掛式等工作機(jī)構(gòu)僅能作1800 左右的回轉(zhuǎn)，為半回轉(zhuǎn)式。液壓挖掘機(jī)按主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動又分為全液壓式與半液壓式兩種。兩者區(qū)別在于半液壓傳動挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動，少數(shù)挖掘機(jī)僅工作機(jī)構(gòu)采用液壓傳動，如大裂礦用挖掘機(jī)等。目前國產(chǎn)輪胎式液壓挖掘機(jī)多采用半壓

18、式。1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況1.2.1 國外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢第一臺手動挖掘機(jī)問世至今已有 130 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動半回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20 世紀(jì) 40 年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，20 世紀(jì) 50 年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從 20

19、世紀(jì) 60 年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。從 20 世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從 1954 年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺斗容量為 1m3 的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。 新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián) 20 世紀(jì) 3040 年代的W501、W502、W1001、W1002 等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開始了我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需

20、要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。到 20 世紀(jì) 80 年代末，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有 30 多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá) 40 余種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有 0.12.5 m3等 12 個等級、20 多種型號，還生產(chǎn) 0.5-4m3以及大型礦用 10m3、12m3機(jī)械傳動單斗挖掘機(jī)，1m3隧道挖掘機(jī)，4m3長臂挖掘機(jī)，1000m3h 的排土機(jī)等，還開發(fā)了斗容量 0.25m3的船用液壓挖掘機(jī)，斗容量0.4m3、0.6m3、0.8m3的水陸兩用挖掘機(jī)等。 業(yè)內(nèi)人士指出，我國單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；斗容量宜控制在0.115 m3；而對于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝配精度要求高

21、，施工現(xiàn)場維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運(yùn)用電液控制技術(shù)，以實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操作的自動化。1.3 小型液壓挖掘機(jī)發(fā)展趨勢小型液壓挖掘機(jī)發(fā)展趨勢 小型挖掘機(jī)的技術(shù)發(fā)展順應(yīng)全球多樣化施工現(xiàn)場的需求，經(jīng)歷了三十多年的歷史演變過程，經(jīng)歷不斷的改進(jìn)，在技術(shù)性能，作業(yè)功能，作業(yè)效率，安全，環(huán)保，節(jié)能和維護(hù)保養(yǎng)等方面有了大幅度提高，形成了比較一致的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)規(guī)范。主要體現(xiàn)在一下幾個方面：1.無尾回轉(zhuǎn)和動臂偏轉(zhuǎn)技術(shù) 作為小挖基本概念的動臂偏轉(zhuǎn)和無尾回轉(zhuǎn)功能與 20 世紀(jì) 90 年代中后期面向世界推出，無尾回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使其在狹窄的地帶作業(yè)時無需擔(dān)心尾部的碰撞。其設(shè)計難點(diǎn)在于回轉(zhuǎn)平臺的總體布置

22、，以及整機(jī)穩(wěn)定性的解決。 2.新型液壓控制技術(shù) 新型液壓控制技術(shù)具有作業(yè)效率高，操作性能好，具有良好經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境適應(yīng)性，可進(jìn)行高效率，強(qiáng)有力的作業(yè)。新的液壓系統(tǒng)不受負(fù)荷大小的影響，完全根據(jù)操作桿的幅度分配所需液壓油的流量，完全柑橘操作人員的意圖輕松完成作業(yè)。3.安全性能 設(shè)備的安全性能給操作者提供安心作業(yè)的環(huán)境，提高操作人員的安全性。小型挖掘機(jī)的安全性主要體現(xiàn)在駕駛室的設(shè)計上，在駕駛室的使用中，應(yīng)滿足一下性能要求：可滿足必須的能量吸收；可滿足必須的抗載荷；成員安全區(qū)域足夠大。4.環(huán)保技術(shù) 主要體現(xiàn)在高功率，低油耗，清潔排放發(fā)動機(jī)的應(yīng)用上。新型發(fā)動機(jī)同時降低了震動和噪聲，有易于環(huán)境保護(hù)和操作人員

23、的健康。5.人機(jī)工程技術(shù) 司機(jī)室符合人機(jī)工程徐原理，內(nèi)部寬敞，造型美觀，操作方便，省力，儀表顯示直觀準(zhǔn)確，能給駕駛員提供一種舒適的操作環(huán)境，充分減輕駕駛員的疲勞。1.4 反鏟挖掘機(jī)構(gòu)的工作原理反鏟挖掘機(jī)構(gòu)的工作原理反鏟工作機(jī)構(gòu)是液壓挖掘機(jī)的一種主要工作機(jī)構(gòu)，如圖 11 所示液壓反鏟工作機(jī)構(gòu)一般由動臂 1、動臂液壓缸 2、斗桿液壓缸 3、斗桿 4、鏟斗液壓缸 5、鏟斗 6、連桿 7 和搖桿 8 等組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。動臂 1 的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸 2 來支承動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角

24、，實現(xiàn)動臂的升降。斗桿 4 鉸接于動臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸 5 控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。鏟斗 6 則鉸接于斗桿4 的末端，通過鏟斗液壓缸 5 的伸縮來使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機(jī)構(gòu)（即連桿 7 和搖桿 8）與鏟斗連接。液壓挖掘機(jī)反鏟工作機(jī)構(gòu)主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作機(jī)構(gòu)開

25、始下一次作業(yè)循環(huán)。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作機(jī)構(gòu)的挖掘位置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機(jī)的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。在實際工作中，熟練的液壓挖掘機(jī)人員可根據(jù)實際情況，合理操作各個液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合工作，實現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動臂和斗桿同時工作；當(dāng)挖掘基坑底時，挖掘行程將結(jié)束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過

26、程中調(diào)整切削角時，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作。圖 1-1 整體式彎動臂1.5 本次設(shè)計主要內(nèi)容本次設(shè)計主要內(nèi)容本次設(shè)計斗容量為 0.2m3,全液壓履帶式挖掘機(jī)，由于履帶式液壓挖掘機(jī)因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。見表 1-1。表 1-1 本次設(shè)計的挖掘機(jī)主要參數(shù)鏟斗容量最大挖掘深度最大挖掘半徑最大挖掘高度最大挖掘力整機(jī)質(zhì)量0.20(3m )4.50 (m)5.50(m)2.50(m)30.0(KN)約 5 噸 2 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計分析工作機(jī)構(gòu)設(shè)計分析2.1 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計方案工作機(jī)構(gòu)設(shè)計方案分析分析設(shè)計合理的工作機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足下列要

27、求：主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計通用反鏟機(jī)構(gòu)時要考慮與同類型、同等級機(jī)器相比的先進(jìn)性?？紤]國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具有一定的先進(jìn)性。功率利用情況盡可能好，理論工作時間盡可能短。確定鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度、剛度和連接剛性的條件意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡單，換裝方便。運(yùn)輸或停放時工作機(jī)構(gòu)應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時應(yīng)考慮工作機(jī)構(gòu)的通用性。采

28、用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時要注缸卸載或減載。工作機(jī)構(gòu)液壓缸設(shè)計應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式和布置使于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。要采取合理措施來滿足特殊使用要求。2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計方案液壓系統(tǒng)設(shè)計方案分析分析按照挖掘機(jī)各個機(jī)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)連接起來的組合體叫做挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機(jī)的機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實現(xiàn)各種動作。2.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程簡介簡介液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括

29、下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走，以及其它輔助動作，除輔助動作不需要功率驅(qū)動外，其它都是挖掘機(jī)的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。由于挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項特殊要求：實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化。因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化。為了充分利用發(fā)動機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作同時進(jìn)行，叫做復(fù)合動作，這兩項要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。2.2.2 液壓系統(tǒng)工作要求液壓系統(tǒng)工作要求液壓挖掘機(jī)的動作復(fù)雜，機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地

30、理條件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，對其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的作業(yè)動作要求如下。保證液壓挖掘機(jī)動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動作，也可以相互配合實現(xiàn)復(fù)合動作。保證工作機(jī)構(gòu)的動作與回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)動作既能單獨(dú)動作，又能作復(fù)合動作，以提高液壓挖掘機(jī)的作業(yè)效率。履帶式液壓挖掘機(jī)的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動，使挖掘機(jī)行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的機(jī)動性。保證液壓挖掘機(jī)工作安全可靠，對各機(jī)構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護(hù)措施。例如，對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而下降過快；防止機(jī)器下坡行駛時超速

31、溜坡等。2.2.2 液壓系統(tǒng)的基本要求液壓系統(tǒng)的基本要求根據(jù)液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動作和環(huán)境特點(diǎn)，對液壓系統(tǒng)提出如下要求。液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動機(jī)的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。液壓系統(tǒng)和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動沖擊作用下，應(yīng)具有足夠的可靠性。選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。由于液壓挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵機(jī)構(gòu)。在必要時采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操作機(jī)構(gòu)，提高液壓挖掘機(jī)操作的舒適性，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。在液壓系統(tǒng)中采用先進(jìn)的自動控制技術(shù)，提高液壓挖掘機(jī)的技術(shù)性

32、能指標(biāo)，使液壓挖掘機(jī)具有節(jié)能、高效和自動適應(yīng)負(fù)載變化的特點(diǎn)。3 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算3.1 動臂、斗桿、鏟斗結(jié)構(gòu)形式動臂、斗桿、鏟斗結(jié)構(gòu)形式的確定的確定3.1.1 動臂結(jié)構(gòu)形式動臂結(jié)構(gòu)形式的確定的確定動臂是反鏟工作機(jī)構(gòu)的主要部件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往取決與動臂的機(jī)構(gòu)形式。目前采用得多的是整體式動臂，組合式動臂用在作業(yè)工況復(fù)雜、多變的場合，現(xiàn)一般作為特殊配置。如圖 3-1、3-2 所示。整體式動臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，輕巧，質(zhì)量輕而剛度大。其缺點(diǎn)是更換的工作機(jī)構(gòu)少，通用性較差。多用于長期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)上。整體式動臂又可分為直動臂和彎動臂兩種。其中的直動臂結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、制造方便

33、，主要用于懸掛式液壓挖掘機(jī)，但它不能使挖掘機(jī)獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機(jī)；彎動臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，與同長度的直動臂相比，可以使挖掘機(jī)有較大的挖掘深度，但降低了卸土高度，這正符合挖掘機(jī)反鏟作業(yè)的要求。經(jīng)比較，選擇整體彎動臂。圖 3-1 整體直動臂 圖 3-2 整體彎動臂3.1.2 斗桿結(jié)構(gòu)形式的確定斗桿結(jié)構(gòu)形式的確定斗桿也有整體式和組合式兩種，大多挖掘機(jī)都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長度或杠桿比時采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)計 2-4 個可供調(diào)節(jié)的孔。經(jīng)比較，選擇整體式斗桿。如圖 3-3、3-4 所示 圖3-3 整體式斗桿 圖3-4 組合式斗桿3.1.3 鏟斗結(jié)構(gòu)形式

34、和斗齒的鏟斗結(jié)構(gòu)形式和斗齒的裝配裝配基本要求1)鏟斗的縱向剖面形狀應(yīng)適應(yīng)挖掘過程各種物料在斗中運(yùn)動規(guī)律，有利于物料的流動，使裝土阻力最小，有利于將鏟斗充滿。2)裝設(shè)斗齒，以增大鏟斗對挖掘物料的線比壓，斗齒及斗形參數(shù)具有較小的單位切削阻力，便于切入及破碎土壤。斗齒應(yīng)耐磨、易于更換。3)為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，斗寬與物料直徑之比應(yīng)大于 4：1。4)物料易于卸凈，縮短卸載時間，并提高鏟斗有效容積。反鏟用的鏟斗形狀、尺寸與其作業(yè)對象有很大關(guān)系。為了滿足各種挖掘作業(yè)的需要，在同一臺挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗，圖 3-5、圖 3-6 分別為反鏟用鏟斗的基本形式和常用形式。鏟斗的斗齒采用裝配式，其

35、形式有橡膠卡銷式和螺栓連接式，如圖 3-7 所示,經(jīng)比較，選擇 a 安裝形式圖 3-5 反鏟用鏟斗基本形式圖 3-6 反鏟用鏟斗常用結(jié)構(gòu)圖 3-7 斗齒安裝形式3.1.4 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式鏟斗與液壓缸連接的結(jié)構(gòu)型式有四連桿機(jī)構(gòu)和六連桿機(jī)構(gòu)，如圖 3-8 所示。其中的四連桿機(jī)構(gòu)方式是鏟斗直接鉸接于液壓缸，使鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大；六連桿機(jī)構(gòu)連接方式的特點(diǎn)是，在液壓缸活塞桿行程相同條件下，鏟斗可獲得較大轉(zhuǎn)角，并改善機(jī)構(gòu)的傳動特性。圖 3-8a 為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu).圖 3-8 b 中鏟斗液壓缸通過搖抨 1 和連桿 2 與鏟斗相

36、連，與斗桿組成六連桿機(jī)構(gòu).圖 3-8d 與圖 3-8b 類似，區(qū)別在于前者液壓缸與活塞桿端鉸接于搖桿兩端之間.經(jīng)比較：選用 b 結(jié)構(gòu)。雖然.六連抨中方式 b 和 d 在液壓缸行程相同時，后者能得到更大的鏟斗轉(zhuǎn)角，但其鏟斗挖掘力的平均值較小。鏟斗液壓缸一般都只有一個，因為傳動比小，單油缸作用力足以保證斗齒所需作用力。圖3-8 鏟斗的連接形式3.2 動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置3.2.1 動臂油缸的布置動臂油缸的布置動臂液壓缸的連接，一般有兩種布置方褒. 第一種如圖 3-9a 和 b 所示，動臂液壓缸裝于動臂的前下方，動臂下支承點(diǎn)(即與轉(zhuǎn)臺的鉸點(diǎn)可以設(shè)在轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心

37、之前。 ，并稍高于轉(zhuǎn)臺平面，也可以設(shè)置在轉(zhuǎn)臺之后，改善受力狀況。a圖中，鉸點(diǎn)設(shè)在動臂箱體下方的凸緣上，b圖中，設(shè)在動臂箱體中間，鉸點(diǎn)布置a不削弱動臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但影響動臂下降幅度，b則與之相反，但對動臂雙液壓缸則較合適。C和d動臂、動臂液壓缸位于動臂的上方或后方，有的稱之為“懸掛式液壓缸” 。由此，選定方案a為動臂油缸的布置方案。圖3-9 動臂油缸的布置3.2.2 斗桿油缸的布置斗桿油缸的布置確定斗桿油缸鉸點(diǎn)、行程及斗桿力臂比時應(yīng)該考慮下列因素。保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。即油缸從最短長度開始推伸時和油缸最大伸出時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的偷稅漏稅力矩應(yīng)該足以支承滿

38、載鏟斗和斗桿靜止不動。油缸力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘范圍可以取得越小一些。保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取 100130。在斗桿油缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之間的距離應(yīng)大于 10cm。一般來說，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小一些。鉸點(diǎn)位置的確定需要反復(fù)進(jìn)行。在計算中初定鉸點(diǎn)位置，如不夠合理，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改。反鏟斗桿油缸的布置如圖 3-10 所示。圖3-10 斗桿油缸的布置3.2.3 鏟斗油缸的布置鏟斗油缸的布置確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)應(yīng)考慮以下因素。保證轉(zhuǎn)斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘

39、阻力。當(dāng)鏟斗油缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140160，在特殊作業(yè)時可以大于180，擺角位置可以按圖3-12布置。當(dāng)鏟斗油缸全縮時，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10,常取1525，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。鏟斗從位置到位置時（圖3-11） ，鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗齒最大切削角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時，正好斗齒挖掘力也最大。實際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。在許多情況下，特別是進(jìn)行復(fù)合動作挖掘時，鏟斗的切削轉(zhuǎn)角一般都小于100，而且鏟斗也不一定都在初始位置開始挖掘。因

40、此，目前一般取位置至位置的轉(zhuǎn)角為3050，在這個角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開始挖掘時就有一定的挖掘力圖 3-11 鏟斗擺角范圍3.3 動臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇動臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇3.3.1 反鏟機(jī)構(gòu)總體方案的反鏟機(jī)構(gòu)總體方案的確定確定反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作機(jī)構(gòu)是通用或是專用的。以反鏟為主的通用機(jī)構(gòu)應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它機(jī)構(gòu)的性能。專用機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時照顧其它條件下性能。反鏟機(jī)構(gòu)總體方案的選擇包括以下方面：1.動臂及動臂液壓缸的布置確定

41、用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式或整體式動臂的形狀。確定動臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。前面已確定采用整體式動臂，動臂液壓缸的布置為下置式。2.斗桿及斗桿液壓缸的布置確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點(diǎn)調(diào)節(jié)。圖3-6鏟斗擺角范圍45140501525前面已確定采用整體式桿。3.確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)=。1K21ll對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)2 時， （有反鏟取3）稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng)1.5 葉屬于短動臂長斗桿1K1K1K方案。在 1.52 之間稱為中間比例方案。1K要求適用性較強(qiáng)

42、而又無配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的反鏟常取中間比例方案。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時，不同的配置或鉸點(diǎn)連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對象明確的條件下采用整體式動臂和斗桿固定鉸接，值由作業(yè)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，1K愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看大宜用于斗桿挖掘為主，因其剛度較易保證。而1K1K值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主。1K本設(shè)計采用中間比例方案,取1.8。1K4.確定配套鏟斗的種類、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動比是否需要調(diào)節(jié)。5.根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸

43、缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動幅度等因素一般取1.61.7，個別情況下因動臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求1可以取1.75，而取1.61.7，1.61.7。1233.3.2 機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的確定機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的確定機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)有三類，第一類是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性的必要參數(shù)，稱原始參數(shù)，本次設(shè)計主要選擇長度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類是由第一類參數(shù)推算出來的參數(shù)，稱推導(dǎo)參數(shù)，多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)；第三類是作方案分析比較所需要的其它特性參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算圖式及有關(guān)符號于圖 3-12 所示。反鏟機(jī)構(gòu)各部分原始參數(shù)、推導(dǎo)參數(shù)和部分特性參數(shù)見表 3-1 所示

44、。圖 3-12 反鏟機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的計算簡圖表 3-1 反鏟機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)表機(jī)構(gòu)組成鏟斗斗桿動臂機(jī)體參數(shù)分類符號意義原始參數(shù)l3=QV,l12=MHl13=MN,l14=HNl24=QK,l25=KVl29=KHl2=FQ,l9=EFl10=FG,l11=EGl15=GN,l16=FNl21=NQl1=CF,l6=CDl7=CB,l8=DFl22=BFl4=CP,l5=CAl17=CI,l19=CTl30=CS,l38=JTl39=JI推導(dǎo)參數(shù)9NMH10KQV4EFG5GNF6GFN7NQF8NFQ2BCF3DFC11CAP9TCPK2=,l392llK2=,l34142ll1CZF=57ll特

45、性參數(shù)K2=,l3324llK1=21ll11備注l 斗2桿長l1動臂長1動臂彎角懸掛式 11ACU各液壓缸運(yùn)動參數(shù)的意義見表 3-23.3.3 鏟斗參數(shù)的鏟斗參數(shù)的確定確定a.鏟斗主要參數(shù)的選擇斗容量、平均斗寬，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（這里令qBR2）是鏟斗的四個主要參數(shù)。、及三者與之間有以下幾何關(guān)系（圖 3-maxRB2q13）. = (3-1)qSKBR)2sin2(212其中：0.2m 其中：=0.2m3(已知)，鏟斗斗容量；鏟斗挖掘半徑，單位qqRm；鏟斗斗寬，根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計值和推薦范圍，查表，取0.75m； BB2鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取90100，取951.658

46、rad 22max圖38鏟斗主參數(shù)示意圖把、代入式(3-1)得：qB20.20.75（1.658sin95）212RSK 解得：0.803mR圖 3-13 鏟斗主要參數(shù)示意圖鏟斗上兩個鉸點(diǎn)與的間距（圖 3-12）太大將影響鏟斗傳動特性，太小則影響KQ24l鏟斗結(jié)構(gòu)剛度，一般取特性=0.30.38,取0.340.34，=0.803m,2k324ll2k324llR得出=0.273m。當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時取較小值，取=95115，取24l2kKQV10=105。KQV表 3-2 鏟工作液壓缸運(yùn)動參數(shù)表參 數(shù) 意 義瞬時力臂瞬時長度全縮力臂全縮長度全縮力臂全伸長度特性參數(shù)液壓缸種類參 數(shù) 符 號動臂液壓缸1

47、1Le101minLeze11maxL=min11maxLL斗桿液壓缸22Le202minLeze22maxL=min22maxLL鏟斗液壓缸33Leze22minLze33maxL=min33LLmanb.斗形尺寸計算根據(jù)鏟斗主要參數(shù)可進(jìn)一步設(shè)計計算斗形其尺寸，如圖 3-14 所示。圖中三角形為等腰三角形，段為直線，弧段為拋物線。點(diǎn)至直線的距離為，拋OGEOAABAEBH物線定點(diǎn)高度為，一般取。斗尖角取值范圍一般為 2030，斗側(cè)壁角為LHL取 3050，包角取 108。常見鏟斗斗形參數(shù)參考表 3-1。改變?nèi)切蔚男蜲EG狀可以獲得不同的形狀的斗形。斗形尺寸根據(jù)比擬法=0.75m(已知)、=

48、0.803m(已知), 得出：bDR=0.294m;=0.534m;=0.87;1x2x3x=0.7324m;=0.0706m;Rm=40; =23; =108=0.56m.HL圖 3-14 反鏟鏟斗計算尺寸Oy=ax2+bx+c)l圖39反鏟鏟斗計算尺寸c.初選斗齒的幾何形狀鏟斗的幾何形狀應(yīng)對挖掘比阻力達(dá)到最小值。鏟斗及切削時的主要參數(shù)，如圖 3-15所示，圖中鏟斗容量 q、長度 L、寬度 B、高度 H、切削角 、刃角 和后角 等參數(shù)的選擇都對挖掘比阻力有直接影響。斗齒在鏟斗上的布置（齒寬和齒距）也是一個重要參數(shù)為使斗側(cè)壁不參與切削，鏟斗應(yīng)裝有側(cè)齒。一般齒寬0.11=0.11=0.064m;

49、bq32 . 0齒長 0.260.260.152m;lq32 . 0斗前臂與切削面的間隙取=0.7=0.0448mfb又由于鏟斗寬度 B=0.75m,齒寬與齒距之和為 0.064+0.18=0.24=3.07 因此鏟斗裝有 3 個齒。baB244. 075. 0另外齒尖應(yīng)保持銳利，否則挖掘阻力將急劇增加。新鑄（或鍛）的齒只有一個小的圓弧尖連續(xù)工作后，齒尖將逐漸磨損，并變鈍。通常，挖掘級土壤，齒尖顯著磨鈍后，挖掘阻用將增加 50100%。因此，為避免這種超載挖掘，應(yīng)及時更換或在齒刃口上堆焊硬質(zhì)合金層。斗齒做成楔入式或組合式，以便快速更換和修補(bǔ)。切削角對切削阻力影響也很大。通常，挖級土?xí)r，斗切削角

50、為 2035（較大值適用于硬土，小值適用于一般土） ，常用切削角為30，本次設(shè)計取30，后角不應(yīng)小于 5，刃角取 25。l圖310鏟斗的基本參數(shù)圖 3-15 鏟斗的基本參數(shù)3.3.4 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇由于鏟斗容量0.2m3,根據(jù)國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通過類比法，選出參q數(shù)機(jī)重5 噸。G又根據(jù)經(jīng)驗公式計算法，機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù):=mLiLik3G得出:最大挖掘半徑=3.35=5.728m；R135最大挖掘深度=3.05=4.505m；Hmax135最大卸載高度1.55=2.65m；Hmax335據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑值一般與+ + 的和值很接近。因此由要求，已R

51、1l1l2l3R1定的和可按下列經(jīng)驗公式初選、：3l1Kl1l2 （3-l1311KLR2）=Kl1l22其中：=5.728m；1.8；R11K經(jīng)計算得出：=1.759m；l2= =1.81.759=3.166ml11Kl2在三角形 CZF 中，、和都可以根據(jù)經(jīng)驗初選出：1l13K其中：動臂的彎角，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，但太小對1結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利，一般取 120140，取140；1前面已算出為 3.166m；l1動臂轉(zhuǎn)折處的長度比，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn) B 的位置來考慮，初3KZCZF步設(shè)計取1.11.3，取1.2；3K3K因此根據(jù)公式：可以算出、41l42l39l411

52、3231cos21KKllK l 42341（3-3）=ZCFarccos()39142241212422lllll經(jīng)計算得出：ZC= =1.529m；41lZF= =1.834m； 42l =17.939如圖 3-16 所示。動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比 K4按不同情況選取，專用反鏟可取0.8；以4K反鏟為主的通用機(jī)，0.81.1；斗容量 1m3左右的通用機(jī)，則可取1。4K4K本設(shè)計中取1。4K的取值對特性參數(shù)、最大挖掘深度和最大挖高有影響。加大114KHmax1Hmax2會使減小或使增大，這下符合反鏟作業(yè)要求，因此基本用作反鏟的小型機(jī)取11Hmax160。11本設(shè)計中取70。11斗桿液壓

53、缸全縮時=最大（圖 3-12） ，常選 （）=CFQ832832max160180.本設(shè)計中?。ǎ?70。832max取決于液壓缸布置形式， （圖 3-16） ，動臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能BCZ為零。動臂單液壓缸在動臂上的鉸點(diǎn)一般置于動臂下翼加耳座上，B 在 Z 的下面。初定BCZ5，根據(jù)已知CZF22.1 ，解得BCF17.1。由圖 3-17 得最大卸載高度的表達(dá)式為 ）211max11115Amax3sin(sinYHll （3-4）32118max1max322)180sin(ll由圖 3-18 得最大挖掘深度絕對值的表達(dá)式為 （3-5）AYllllH1152min111123m

54、ax1sin)sin(將這兩式相加，消去，5l并令，+-，得到：A112BA8max32 - -A)Hmax1Hmax3l1)sin(max1Asin(min1 +-1=0 （3-6）2l)Bsin(max1又特性參數(shù)： （3-7）4Kmin11max1sinsin因此 sinmin114max1sinK=) （3-8）cosmin12124max12sin(1K將上式代入式（3-6）則得到一元函數(shù) f()=0。式中和已根據(jù)經(jīng)驗max1Hmax1Hmax3公式計算法求出，經(jīng)計算得出：29.6；73.5min1max1最后由式（3-5）求為5l0.638m （3-9）5l11max1min112

55、3sin)sin(HYAlllA（ 其中：=3.166m；1.759m；97.1；由于履帶總高1l2lA0.320.547，近似取=0.65m）35AY然后，解下面的聯(lián)立方程，可求 和 ： =arcos()=arc()min1572min125272 llLll2122 =arcos()=arc() （3-10）max1572max125272 llLll2222于是： = min1L5l=x max1Lmin1L（3-11）=1Lmin1L經(jīng)計算得出：1.63；0.67；=0.952m；1.52m；=1.61mmin1Lmax1L7l得到的結(jié)果符合下列幾何條件：+=2.36；|- =0.96

56、1圖 3-16 動臂實際尺寸圖 3-17 最大卸載高度時動臂機(jī)構(gòu)計算簡圖5B17.9140ZCF圖311動臂實際尺寸圖313最大挖掘深度時動臂機(jī)構(gòu)計算簡圖112111圖312最大卸載高度時動臂機(jī)構(gòu)計算簡圖1112328XYO圖 3-18 最大挖掘深度時動臂機(jī)構(gòu)計算簡圖3.3.5 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇第一步計算斗桿挖掘阻力：斗桿挖掘過程中，切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角=5080,取65，在這轉(zhuǎn)角過程中，鏟斗被裝滿，這時半gg齒的實際行程為：grs601745. 0其中：斗桿挖掘時的切削半徑，；6r6rFV取1.7590.8032.562

57、mmaxFV32ll 斗桿挖掘時的切土厚度可按下式計算：ghSgBSKqh SgBKrq601745. 0斗桿挖掘阻力為： (3-12)sgggKrqKBhKW600101745. 0式中挖掘比阻力，由表查得，20（級土壤以下）0K0K土壤松散系數(shù)近似值取 1.25。sK斗桿與鏟斗和之間，為了滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的2l3lminFV總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150180， 322min2322230cosllFVll 0.866803. 0759. 12803. 0759. 12min22FV計算得：1.137mmin6rminFV把、代入式 3-12 得0Kqmin6rgsK 2

58、.48KN3max11025. 165137. 101745. 02 . 020gW第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。 m232max9max2)(PllPleG455. 096.13803. 0759. 148. 2）（其中：根據(jù)經(jīng)驗公式計算法得出13.96KN2P斗桿液壓缸初始力臂與最大力臂之比是斗桿擺角的余弦函數(shù)。設(shè)20emax2emax2,則zee2209max29max2202cosllee2cosmax2由圖 3-13，取，求得zee220 1.203m12sin22max29min2lL16 . 15 .52sin455. 02（其中斗桿擺角范圍大致在 105125，取105）

59、 max2 )2cos(2max29min2292min28lLlLl =）2105cos(455. 02455. 0203. 122 =1.588m3.3.6 連桿和搖臂參數(shù)的選擇連桿和搖臂參數(shù)的選擇從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置的角度對鏟斗機(jī)構(gòu)的要求考慮，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在全行程中任一瞬間時都不會被破壞，即保證、及四邊形在任3lGFNGNMHNQK何瞬間皆成立。根據(jù)鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)的要求，借助電子計算機(jī)選出可行的方案：0.27m；0.156m；0.195m；0.312m；0.3mQNMHNMHKHN總總 結(jié)結(jié)本次設(shè)計將理論與實際結(jié)合在一起，即總結(jié)了大學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又給我們提供了應(yīng)用所學(xué)知識

60、和查閱有關(guān)資料的能力，是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的檢驗和完善。本次畢業(yè)設(shè)計，將機(jī)械、液壓結(jié)合在一起，突出體現(xiàn)了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展方向，同時，各學(xué)科的交叉與綜合顯得相當(dāng)明顯，這也是多學(xué)科發(fā)展的方向。本次設(shè)計的液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計過程中運(yùn)用 AutoCAD制圖設(shè)計，使計算更準(zhǔn)確，設(shè)計更合理，充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代設(shè)計的優(yōu)越性。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)會了如何查閱資料，如何應(yīng)用已學(xué)的知識，深刻體會了所學(xué)知識的重要性，以及使所學(xué)知識聯(lián)系起來成為一個系統(tǒng)的整體的必要性，逐漸形成一套自己提出問題、分析問題、最后解決問題的整套思路。這些寶貴財富都會使自己在將來的學(xué)習(xí)和工作中受益匪淺。由于所學(xué)知識有限，實際

61、經(jīng)驗缺乏，因此，畢業(yè)設(shè)計中難免存在缺陷與不足，懇請各位老師及評閱者批評指正，將在今后的學(xué)習(xí)和工作中進(jìn)行彌補(bǔ)。致致 謝謝本課題是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，在學(xué)習(xí)上導(dǎo)師給予我許多關(guān)懷和幫助。在導(dǎo)師的指導(dǎo)和培養(yǎng)下，本人獨(dú)立思考與解決實際問題的能力明顯有了很大的提高。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、一絲不茍的作風(fēng)使我受益非淺；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，從而使設(shè)計在原有能力上更合理、更完美。在論文完成之際謹(jǐn)向辛勤培養(yǎng)自己的導(dǎo)師致以深深的敬意和衷心的感謝。在課題進(jìn)展中，還得到了許多可敬的師長、同學(xué)、朋友的指導(dǎo)和幫助，在些，一并表示表示誠摯的謝意。特別感謝我的父母，他們多年來對我的學(xué)

62、業(yè)提供了物質(zhì)資助和精神支持，使我順利完成學(xué)業(yè)。最后衷心感謝百忙之中抽出時間評閱論文和參加答辯的各位老師。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 曹善華，余涵.單斗液壓挖掘機(jī)M.北京：中國建筑工業(yè)出版社，19802 孔德文，趙克利.液壓挖掘機(jī)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20073 高衡，張全根.液壓挖掘機(jī)M.北京：中國建筑工業(yè)出版社，19814 徐福祥，劉安心，黎宏.液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的軌跡實現(xiàn)研究J. 機(jī)械制造與自動化，2009 年 04 期5 楊瑩，陳進(jìn)，張石強(qiáng); 白玉琳.正鏟液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計J. 工程機(jī)械，2008 年 07 期6 黃駿.反鏟履帶挖掘機(jī)初期設(shè)計時主要參數(shù)選擇的幾個要點(diǎn)J. 現(xiàn)代機(jī)械，

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