礦用挖掘式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真【三維proe】【6張CAD圖紙及說(shuō)明書(shū)全套】【YC系列】

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[2]徐龍祥、歐陽(yáng)祖行.《機(jī)械設(shè)計(jì)》修訂第2版.南京航空航天大學(xué)，2013. [3]朱如鵬.《機(jī)械原理》.科學(xué)出版社，2013. [4]劉蘇.《現(xiàn)代工程圖學(xué)教程》.北京，科學(xué)出版社. [5]黃東勝、邱斌.《現(xiàn)代挖掘機(jī)械》.人民交通出版社，2004. [6]左健民.《液壓與氣壓傳動(dòng)》第四版.機(jī)械工業(yè)出版社. [7]范大偉、柏艷雪.《Creo Elements/Pro5.0產(chǎn)品設(shè)計(jì)與Keyshot渲染表現(xiàn)》.化學(xué)工業(yè)出版社. [8]徐灝.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》.北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [9]盧書(shū)榮、張翠華、徐學(xué)忠、江曉明.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》.西南交通大學(xué)出版社，2014. 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的方法： 2.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問(wèn)題 根據(jù)工作要求，對(duì)挖掘機(jī)的大臂、小臂和鏟斗進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制機(jī)構(gòu)零件圖，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 2.2 研究方法 （1）前期查閱和收集資料、根據(jù)原始數(shù)據(jù)選擇合理方案； （2）根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)出總圖及各部件的尺寸； （3）對(duì)挖掘機(jī)的大臂、小臂和鏟斗進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （4）繪制機(jī)構(gòu)裝配圖和零件圖； （5）Pro-E繪制三維總裝圖；并撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)）： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 上級(jí)審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目申請(qǐng)表 題目 礦用挖掘式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 申報(bào)人 萬(wàn)軼 課程組長(zhǎng) 萬(wàn)軼 專業(yè) 機(jī)電工程 地點(diǎn) 金城 題目來(lái)源 其他 類型 1、機(jī)械√ 2、機(jī)電系統(tǒng)3、電子系統(tǒng)4、軟件5、其它 詳細(xì)內(nèi)容：（300字左右） 1、內(nèi)容：礦用挖掘式裝載機(jī)主要用于各種礦山、隧道工程的碎石土料采集及輸送，它是由機(jī)械手與輸送機(jī)相接合，扒渣和輸送裝車功能合二為一，采用電動(dòng)全液壓控制系統(tǒng)的生產(chǎn)裝置。根據(jù)工作要求，對(duì)挖掘機(jī)的大臂、小臂和鏟斗進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制機(jī)構(gòu)零件圖，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 2、指導(dǎo)：前期主要是收集資料、寫(xiě)好開(kāi)題報(bào)告以及英文資料的翻譯；中期主要是設(shè)計(jì)方法、思路的引導(dǎo)，每周至少2學(xué)時(shí)，完減速器裝配圖、零件圖及運(yùn)動(dòng)仿真；后期主要是論文的規(guī)范性、完整性、正確性等方面予以指導(dǎo)。 預(yù)期完成工作量： 論文：30-35頁(yè)；機(jī)械圖紙：裝配圖0#圖紙1張，零件圖4張； 其它：Pro-E繪制三維總裝圖一個(gè) ;用Flash再現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及各零部件間的裝配過(guò)程； 系統(tǒng)軟件和支撐軟件： AutoCAD, Pro-E 選修課程： 專業(yè)課程組審查意見(jiàn)： 專業(yè)課程組長(zhǎng)： 系審批意見(jiàn)： 系主任： 號(hào) 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 礦用挖掘式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 系 部 專 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 二〇一五年六月 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信承諾書(shū) 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（題目：礦用挖掘式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 作者簽名： 年 月 日 （學(xué)號(hào)）： 礦用挖掘式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 挖掘式裝載機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的多功能的建設(shè)施工機(jī)械，作為工程機(jī)械的主力機(jī)種。挖掘式裝載機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和、電氣裝置和液壓系統(tǒng)等部分組成。 本次設(shè)計(jì)主要是關(guān)于挖掘式裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，工作機(jī)構(gòu)是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，進(jìn)行工作機(jī)構(gòu)的全面的通用性設(shè)計(jì)研究對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)挖掘式裝載機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。 本文首先，通過(guò)挖掘式裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出總體結(jié)構(gòu)方案；接著，通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析對(duì)各構(gòu)件主要尺寸進(jìn)行了計(jì)算；然后，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核并設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)；最后，通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了工作機(jī)構(gòu)裝配圖及主要零部件圖、液壓系統(tǒng)原理圖。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作與生活具有極大意義。 關(guān)鍵字：挖掘式裝載機(jī)；工作機(jī)構(gòu)；動(dòng)臂；斗桿；鏟斗 Mine mining loaders working body design Abstract Excavator is a widely versatile construction construction machinery, engineering machinery as the main aircraft. Excavators composed mainly by the engine, equipment, rotary, part running gear and electrical equipment and hydraulic systems. The design is mainly about excavator working device design, equipment is done directly mining task means comprehensive universal design research work means having great significance in promoting the development of domestic excavator. Firstly, through the excavator working device structure and principle analysis, in this analysis, based on the overall structure of the proposed scheme; then, by motion analysis of the main dimensions of each component was calculated; then, for each of the main components were designed and school nuclear and hydraulic system design; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a working device assembly drawing and main parts diagram, hydraulic system schematics. Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future of work and life of great significance. Keywords: Wheel excavator; Work equipment; Boom; Arm; Bucket 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2國(guó)內(nèi)外挖掘式裝載機(jī)研究現(xiàn)狀 1 1.3設(shè)計(jì)要求 2 1.3.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 2 第二章 工作機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 4 2.1工作機(jī)構(gòu)構(gòu)成及原理分析 4 2.2確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 5 2.2.1確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 5 2.2.2　確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式 6 2.2.3鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 6 2.3確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置 6 2.3.1動(dòng)臂油缸的布置 6 2.3.2斗桿油缸的布置 8 2.3.3鏟斗油缸的布置 8 第三章 工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及基本尺寸計(jì)算 10 3.1動(dòng)臂部分 10 3.1.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析 10 3.1.2動(dòng)臂基本尺寸計(jì)算 11 3.2斗桿部分 15 3.2.1斗桿的運(yùn)動(dòng)分析 15 3.2.2斗桿基本尺寸計(jì)算 16 3.3鏟斗部分 17 3. 3.1 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析 17 3.3.2鏟斗基本尺寸計(jì)算 21 3.4連桿、搖臂部分 21 3.5銷軸與襯套 22 第四章 工作機(jī)構(gòu)校核計(jì)算 24 4.1斗桿校核計(jì)算 24 4.2動(dòng)臂校核計(jì)算 31 第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 5. 1設(shè)計(jì)要求 33 5. 2動(dòng)力元件的選擇 33 5. 3執(zhí)行元件的選擇 34 5. 4液壓控制元件選擇 35 5. 5液壓系統(tǒng)輔助元件選擇 36 5.6液壓系統(tǒng)原理圖 36 總 結(jié) 38 參考文獻(xiàn) 39 致 謝 40 40 第一章 緒論 1.1研究背景及意義 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，在遼闊的國(guó)土上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù)，而挖掘式裝載機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械。因此，可以肯定挖掘式裝載機(jī)的發(fā)展空間很大?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，挖掘式裝載機(jī)的需求量將逐年大幅度增長(zhǎng)。今后幾年我國(guó)挖掘式裝載機(jī)行業(yè)將會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展，挖掘式裝載機(jī)的年產(chǎn)量將會(huì)以高于20％的速度增長(zhǎng)。 中國(guó)挖掘式裝載機(jī)市場(chǎng)自1997年開(kāi)始已進(jìn)入了一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期， 2001年與2000年比較，全國(guó)挖掘式裝載機(jī)的產(chǎn)、銷量分別增長(zhǎng)55％和56％。截止到2002年8月底全國(guó)挖掘式裝載機(jī)的銷量已超過(guò)13000臺(tái)，超過(guò)了2001年全年的銷售數(shù)。2003年全國(guó)挖掘式裝載機(jī)的銷售量超過(guò)18000臺(tái)。顯然，挖掘式裝載機(jī)在整個(gè)工程機(jī)械行業(yè)中是產(chǎn)、銷量增長(zhǎng)最快的機(jī)種之一。 而在挖掘式裝載機(jī)中最為重要的就是關(guān)于工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)橥诰蚴窖b載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)能夠最為明顯的體現(xiàn)機(jī)器的工作能力和工作壽命，所以設(shè)計(jì)工作可靠，性能好，成本低，效率高，維護(hù)使用方便的工作機(jī)構(gòu)就顯得格外重要。 1.2國(guó)內(nèi)外挖掘式裝載機(jī)研究現(xiàn)狀 （1）國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外挖掘式裝載機(jī)生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，液壓挖技術(shù)的不斷成熟使挖掘式裝載機(jī)得到全面的發(fā)展。德國(guó)是世界上較早開(kāi)發(fā)研制挖掘式裝載機(jī)的國(guó)家，1954年和1955年德國(guó)的德馬克和利渤海爾公司分別開(kāi)發(fā)了全挖掘式裝載機(jī)；美國(guó)是繼德國(guó)以后生產(chǎn)挖掘式裝載機(jī)歷史最長(zhǎng)、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國(guó)家；日本挖掘式裝載機(jī)制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展上起來(lái)的，其主要特點(diǎn)是在引進(jìn)、消化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)大膽創(chuàng)新發(fā)展起來(lái)的；韓國(guó)是挖掘式裝載機(jī)生產(chǎn)的后起之秀，20世紀(jì)70年代開(kāi)始引進(jìn)技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，并已擠入國(guó)際挖掘式裝載機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)之一。 20世紀(jì)60年代，挖掘式裝載機(jī)進(jìn)入成熟期，各國(guó)挖掘式裝載機(jī)制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品適應(yīng)性得到了較快的發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷得到提高，操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國(guó)卡特彼勒公司1955年以后推出的300B系列挖掘式裝載機(jī)，采用一種命名為maestro的系統(tǒng)，通過(guò)載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)與液壓泵的嚴(yán)格匹配。Maestro控制面板在機(jī)型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國(guó)現(xiàn)代公司生產(chǎn)的ROBEX450-3型挖掘式裝載機(jī)，有四種功率模式，通過(guò)集成化的電子控制系統(tǒng)自動(dòng)確定最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵的速度及液壓用液壓系統(tǒng)壓力與實(shí)際工況相適應(yīng)，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本松、日立建機(jī)、神鋼、韓國(guó)大宇重工、德國(guó)的利渤海爾、英國(guó)的JCB等到公司均得到普遍應(yīng)用，代表了當(dāng)代挖掘式裝載機(jī)的最高水平。 （2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 早在1958年國(guó)內(nèi)便開(kāi)始了挖掘式裝載機(jī)的研制開(kāi)發(fā)工作，隨后開(kāi)發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)出于受配件如發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓件及企業(yè)自身?xiàng)l件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。 到了80年代末和90年代初，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家挖掘式裝載機(jī)技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率(同一機(jī)重的挖掘式裝載機(jī)功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大作業(yè)循環(huán)時(shí)間減小，作業(yè)效率大大提高)；高可靠性和追求司機(jī)操作的舒適性。 國(guó)內(nèi)原有的數(shù)家挖掘式裝載機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠為了生存和發(fā)展，利用自身的實(shí)力和豐富的挖掘式裝載機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，紛紛在工廠的技術(shù)改造、試驗(yàn)研究、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面下大功夫。有的新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品(也包括某些已生產(chǎn)多年的老產(chǎn)品)為了提高作業(yè)的可靠性，干脆采用了進(jìn)口的液壓件和發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至于整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都按照采用國(guó)外元件來(lái)設(shè)計(jì)，這種經(jīng)過(guò)改型或新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的挖掘式裝載機(jī)其工作可靠性和作業(yè)效率得到很大的提高。這樣，引進(jìn)和消化國(guó)外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 國(guó)內(nèi)挖掘式裝載機(jī)行業(yè)近年來(lái)雖有很大發(fā)展，但與國(guó)外挖掘式裝載機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在許多不足，其原因除了國(guó)內(nèi)挖掘式裝載機(jī)加工水平落后之外，挖掘式裝載機(jī)設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比也有較大的差距，尤其是一些先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握和應(yīng)用。 1.3設(shè)計(jì)要求 1.3.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)的挖掘式裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)，選定的參數(shù)如下表： 標(biāo)配斗容量： 0.2m3 主泵最大流量： 119L/min 整車重量： 6000KG 主油路系統(tǒng)工作壓力： 24.5Mpa 發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 33.2KW 行駛(走)速度(高/低)： 28km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)品牌： YANMAR 回轉(zhuǎn)速度： 10r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)： 4TNV94L 爬坡能力： 40% 最大挖掘高度： 5326mm 尾部回轉(zhuǎn)半徑： 1602mm 最大卸載高度： 3592mm 最小離地間隙： 269mm 最大挖掘深度： 3411mm 配重離地間隙： 982mm 最大挖掘半徑： 6087mm 上車平臺(tái)寬度： 1785mm 斗桿長(zhǎng)度： 1600mm 下車平臺(tái)寬度： 2014mm 斗桿挖掘力(ISO)： 29.2kN 駕駛室總高度： 2887mm 鏟斗挖掘力(ISO)： 40.4kN 整機(jī)全長(zhǎng)： 6130mm 推土板寬度： 1944mm 整機(jī)全寬： 2014mm 推土板高度： 398mm 整機(jī)全高： 2557mm 軸距： 2100mm 第二章 工作機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2.1工作機(jī)構(gòu)構(gòu)成及原理分析 1-斗桿油缸；2- 動(dòng)臂； 3-油管； 4-動(dòng)臂油缸； 5-鏟斗； 6-斗齒； 7-側(cè)板；8-連桿； 9-曲柄： 10-鏟斗油缸； 11-斗桿. 圖2-1 工作機(jī)構(gòu)組成圖 圖2-1為挖掘式裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作機(jī)構(gòu)由鏟斗5、連桿9、斗桿11、動(dòng)臂2、相應(yīng)的三組液壓缸1, 4,10等組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作機(jī)構(gòu)繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮，動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作機(jī)構(gòu)再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)[2]。 在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，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。上述過(guò)程僅為一般的理想過(guò)程。 2.2確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 2.2.1確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 動(dòng)臂是工作機(jī)構(gòu)中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動(dòng)臂分為整體式和組合式兩類。 整體動(dòng)臂構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘式裝載機(jī)，如圖2-2所示。 圖2-2 整體動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見(jiàn)形式。整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意，有時(shí)采用三節(jié)變動(dòng)臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。 整體式變動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，風(fēng)度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作機(jī)構(gòu)少，通用性較差。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　不通用的工作機(jī)構(gòu)。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。 組合式動(dòng)臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。 組合式動(dòng)臂與整體式動(dòng)臂相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1）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。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時(shí)調(diào)整時(shí)間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時(shí)可以進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 （2）較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問(wèn)題。因此其替換工作機(jī)構(gòu)較多，替換也方便。一般情況下，下動(dòng)臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。 （3）裝車運(yùn)輸比較方便。 由于上述優(yōu)點(diǎn)，組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用挖掘式裝載機(jī)作業(yè)條件多時(shí)采用組合式動(dòng)臂較為合適。 本次設(shè)計(jì)作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動(dòng)臂。 2.2.2　確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式 斗桿也有整體式和合式兩種，大多數(shù)挖掘式裝載機(jī)都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長(zhǎng)度或杠桿時(shí)采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置2～4個(gè)可供調(diào)節(jié) 時(shí)選擇的與動(dòng)臂端部鉸接的孔。有些反鏟采用組合式斗桿。 2.2.3鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘式裝載機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求[1]： 有利于物料的自由流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 要使物料易于卸盡。 為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于4，大于50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。 綜上考慮，選用中型挖掘式裝載機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 圖2-3 鏟斗 2.3確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置 2.3.1動(dòng)臂油缸的布置 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，常見(jiàn)的有兩種具體布置方式。 ①油缸前傾布置方案，如圖2-4所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。 ②油缸后傾布置方案，如圖2-5所示，當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升到上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向后方傾斜。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸DE′、鏟斗最大挖掘高度H和地面最大挖掘半徑R相等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即＜。此外，在后傾方案中，動(dòng)臂EF部分往往比前傾方案的長(zhǎng)，因此動(dòng)臂所受彎矩也比較大。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。然而，后傾方案動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)D的距離CD雙前傾方案的大，則動(dòng)臂在上下兩極位置時(shí)，動(dòng)臂油缸的作用力臂Cp也較大。因此，在動(dòng)臂油缸作用國(guó)相同時(shí)，后傾方案得到較大的動(dòng)臂作用力矩，這量其優(yōu)點(diǎn)。 圖2-4 動(dòng)臂油缸前傾布置 圖2-5 動(dòng)臂油缸后傾布置 在布置油缸時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)的作業(yè)尺寸及動(dòng)臂舉升力的挖掘力等因素。 本設(shè)計(jì)選用動(dòng)臂油缸前傾布置方案。 2.3.2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(shí)應(yīng)該考慮下列因素。 ①保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。即油缸從最短長(zhǎng)度開(kāi)始推伸時(shí)和油缸最大伸出時(shí)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(shí)的偷稅漏稅力矩應(yīng)該足以支承滿載鏟斗和斗桿靜止不動(dòng)。油缸力臂最大時(shí)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。 ②保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取100°～130°。在斗桿油缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前壁和動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于10cm。鉸點(diǎn)位置的確定需要反復(fù)進(jìn)行。在計(jì)算中初定鉸點(diǎn)位置，如不夠合理，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改。 2.3.3鏟斗油缸的布置 確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)應(yīng)考慮以下因素。 ①保證轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)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阻力。當(dāng)鏟斗油缸作用力臂最大時(shí)，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動(dòng) ②保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°～160°，在特殊作業(yè)時(shí)可以大于180°，擺角位置可以按圖3-7布置。當(dāng)鏟斗油缸全縮時(shí)，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10°,常取15°～25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。 ③鏟斗從位置Ⅰ到位置Ⅱ時(shí)（圖2-6），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(shí)，正好斗齒挖掘力也最大。實(shí)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(dòng)作挖掘時(shí)，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I開(kāi)始挖掘。因此，目前一般取位置I至位置II的轉(zhuǎn)角為30°～50°，在這個(gè)角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過(guò)程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開(kāi)始挖掘時(shí)就有一定的挖掘力。 圖2-6 鏟斗擺角范圍 第三章 工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及基本尺寸計(jì)算 3.1動(dòng)臂部分 3.1.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析 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3-1 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖 φ1是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。如圖3-1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)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。 則有： 在三角形ABC中： L12 = l72+l52-2×COSθ1×l7×l5 θ1 = COS-1[（l72+l52- L12）/2×l7×l5] 在三角形BCF中： l222 = l72+l12-2×COSα20×l7×l1 α20 = COS-1[（l72+ l12- l222）/2×l7×l1] 由圖3-3所示的幾何關(guān)系，可得到α21的表達(dá)式： α21 =α20+α11-θ1 當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)α21為負(fù)，否則為正。 F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1×cosα21 YF = l30+l1×Sinα21 C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5×COSα11 = l30 YC = YA+l5×Sinα11 動(dòng)臂油缸的力臂e1 e1 = l5×Sin∠CAB 顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。這時(shí) L1 = Sqr（l72-l52）= l5 × Sqr（δ2-1） θ1 = cos-11/δ 3.1.2動(dòng)臂基本尺寸計(jì)算 由于鏟斗容量＝0.2m3，根據(jù)國(guó)內(nèi)外挖掘式裝載機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)類比法，選出參數(shù)機(jī)重＝6噸。 又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，參考表1-3機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表①，線尺寸參數(shù):=m 得出:最大挖掘半徑—=3.35×=5.728m； 最大挖掘深度—=2.05×=3.505m； 最大卸載高度—＝1.55×=2.65m； 據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑值一般與+ + 的和值很接近。因此由要求，已定的和可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選、： 　　　　　　　?。健? 　=K 其中：=5.728m；＝1.8； 經(jīng)計(jì)算得出：=1.759m； = =1.8×1.759=3.166m 在三角形CZF中，、和都可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選出： 其中：—?jiǎng)颖鄣膹澖?，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度， 但太小對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利，一般取120°～140°，?。?40°； —前面已算出為3.166m； —?jiǎng)颖坜D(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn)B的位置來(lái)考慮，初步設(shè)計(jì)?。?.1～1.3，?。?.2； 因此根據(jù)公式：可以算出、、 圖3-2 動(dòng)臂實(shí)際尺寸 l＝　　　　　　　　 l＝K l　　　　　　　　　　　　　　　　　　 α=∠ZCF＝arccos() 經(jīng)計(jì)算得出：ZC= =1.529m； ZF= =1.834m； =17.9° 如圖3-3所示。 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比K4按不同情況選取，專用反鏟可?。?.8；以反鏟為主的通用機(jī)，＝0.8～1.1；斗容量1m3左右的通用機(jī)，則可?。?。 本設(shè)計(jì)中?。?。 的取值對(duì)特性參數(shù)、最大挖掘深度和最大挖高有影響。 加大會(huì)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)?。?0°。 本設(shè)計(jì)中?。?0°。 斗桿液壓缸全縮時(shí)=最大（圖3-3），常選（）= 160°～180°.本設(shè)計(jì)中?。ǎ?70°。 取決于液壓缸布置形式，動(dòng)臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較 圖3-3 最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 小，可能為零。動(dòng)臂單液壓缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼加耳座上，B在Z的下面。初定∠BCZ＝5°，根據(jù)已知∠CZF＝22.1° ，解得∠BCF＝17.1°。 由圖3-3得最大卸載高度的表達(dá)式為 　 由圖3-4得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為 將這兩式相加，消去， 并令＝＋，＝+-，得到： ＋－［--A)］+［-1］=0 又特性參數(shù)： ＝ 圖3-4 最大挖掘深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 因此　　　　　?。? 　　　　　　　　=) 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(yàn)公式計(jì)算法求出，經(jīng)計(jì)算得出：＝29.6°；＝73.5°，最后由求為： ＝ ＝＝0.638m （其中：=3.166m；＝1.759m；＝97.1°； 由于履帶總高＝0.32·＝0.547，近似取=0.65m）， 然后，解下面的聯(lián)立方程，可求σ和ρ： 　　　　　=arcos()=arc() =arcos()=arc() 于是：　　　= =λx =σ· 經(jīng)計(jì)算得出：＝1.63；＝0.67；=0.952m； ＝1.52m；=1.61m 得到的結(jié)果符合下列幾何條件：+=2.36≥；|- ︳=0.96≤1 3.2斗桿部分 3.2.1斗桿的運(yùn)動(dòng)分析 如下圖3-5所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)是l2，這里只討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，即只考慮L2的影響。 D-斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F-動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)； E-斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； θ斗桿擺角. 圖3-5 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖 在三角形DEF中 L22 = l82+ l92-2×COSθ2×l8×l9 θ2 = COS-1[（L22- l82-l92）/2×l8×l9] 由上圖的幾何關(guān)系知 φ2max =θ2 max-θ2min 則斗桿的作用力臂 e2 =l9Sin∠DEF 顯然斗桿的最大作用力臂e2max = l9， 此時(shí)θ2 = COS-1（l9/l8），L2=sqr（l82-l92） 3.2.2斗桿基本尺寸計(jì)算 第一步計(jì)算斗桿挖掘阻力： 斗桿挖掘過(guò)程中，切削行程較長(zhǎng)，切土厚度在挖掘過(guò)程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過(guò)程中總轉(zhuǎn)角=50°～80°,?。?5°，在這轉(zhuǎn)角過(guò)程中，鏟斗被裝滿，這時(shí)半齒的實(shí)際行程為： 其中：—斗桿挖掘時(shí)的切削半徑，； ?。剑?.759＋0.803＝2.562m 斗桿挖掘時(shí)的切土厚度可按下式計(jì)算： ＝ 斗桿挖掘阻力為： 式中—挖掘比阻力，由表0－10①查得，＝20（III級(jí)土壤以下） 　　—土壤松散系數(shù)近似值取1.25。 　　斗桿與鏟斗和之間，為了滿足開(kāi)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150°～180°， 0.866＝ 計(jì)算得：＝＝1.137m 把、、、、代入式3-12得 ＝2.48KN 第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。 ＝m 其中：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法得出＝13.96KN 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),則 ＝ 　由圖2－7，取，求得 ＝＝1.203m （其中斗桿擺角范圍大致在105°～125°，?。?05°） ==1.588m 3.3鏟斗部分 3. 3.1 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析 鏟斗相對(duì)于XOY坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖3-5所示，G點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)Q點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，v點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N點(diǎn)為曲柄與斗桿的鉸點(diǎn)，M點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)，H點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)[1]。 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i 利用圖3-3，可以知道求得以下的參數(shù)： 在三角形HGN中 α22 = ∠HNG = COS-1[（l152+l142-L32）/2×l15×l14] α30 = ∠HGN = COS-1[（L32+ l152- l142）/2×L3×l14] α32 = ∠GMN = π - ∠MNG - ∠MGN =π -α22-α30 在三角形HNQ中 l 272 = l142 + l212 + 2×COSα23×l14×l21 ∠HNQ = COS-1[（l212+l142- l272）/2×l21×l14] 在三角形QHK中 α27 = ∠QHK= COS-1[（l292+l272-L242）/2×l29×l27] 在四邊形KHQN中 ∠NHK=∠NHQ+∠QHK 鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1 r1 = l13×Sinα32 連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2 r2 = l13×Sin ∠NHK 而由r3 = l24，r4 = l3 有[3] 連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 i =（r1×r3）/（r2×r4） 顯然3-17式中可知，i是鏟斗油缸長(zhǎng)度L3的函數(shù)，用L3min代入可得初傳動(dòng)比i0，L3max代入可得終傳動(dòng)比iz。 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角φ3 鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 φ3 =α7+α24+α26+α10 其中，在三角形NFQ中 α7 = ∠NQF= COS-1[（l212+l22- l162）/2×l21×l2] α10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。 當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度L3分別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角θ3max和θ3min，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:φ3 = θ3-θ3min 鏟斗的擺角范圍: φ3 = θ3max-θ3min 圖3-6 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 見(jiàn)圖3-7所示，斗齒尖V點(diǎn)的坐標(biāo)值XV和YV，是L1 、L2、L3的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV和YV的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下: 由F點(diǎn)知： α32= ∠CFQ= π –α3-α4-α6-θ2 在三角形CDF中：∠DCF由后面的設(shè)計(jì)確定，在∠DCF確定后則有： l82 = l62 + l12 - 2×COS∠DCF×l1×l6 l62 = l82 + l12 - 2×COSα3×l1×l8 α3 = COS-1（l82+l12–l62）/2×l1×l8 在三角形DEF中 L22 = l82 + l92 - 2×COSθ2×l8×l9 圖3-7 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖1 則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角θ2 θ2 = COS-1[（l82+l92- L22）/2×l8×l9] α4、α6在設(shè)計(jì)中確定。 由三角形CFN知： l28 = Sqr（l162 + l12 - 2×COSα32×l16×l1） 由三角形CFQ知： l23 = Sqr（l22 + l12 - 2×COSα32×l2×l1） 由Q點(diǎn)知： α35= ∠CQV= 2π–α33-α24-α10 在三角形CFQ中： l12 = l232 + l32 - 2×COSα33×l23×l3 α33 = COS-1[（l232+l32- l12）/2×l23×l3] 在三角形NHQ中： l132 = l272 + l212 - 2×COSα24×l27×l21 α24 =∠NQH=COS-1[l272+l212 -l132）/2×l27×l21] 在三角形HKQ中： l292 = l272 + l242 - 2×COSα26×l27×l24 α26 =∠HQK=COS-1[l272+l242–l292）/2×l27×l24] 在四邊形HNQK： ∠NQH =α24 +α26 α20 = ∠KQV，其在后面的設(shè)計(jì)中確定。 在列出以上的各線段的長(zhǎng)度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值。 3.3.2鏟斗基本尺寸計(jì)算 本次設(shè)計(jì)鏟斗容量初步選擇為q=0.2m3 由經(jīng)驗(yàn)公式M=2179+25147q 可以得到整體質(zhì)量大約是6 噸左右，再由P=7.7+0.0046M 可以推斷出發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P=7.1KW 當(dāng)我們得知了鏟斗的斗容量，其他的一系列數(shù)據(jù)的也可以隨之而的出來(lái)了 。 斗容量、平均斗寬，還都是有轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（這里令＝）是鏟斗的四個(gè)非常重要的主速度要參數(shù)。、及三者與之間有以下幾何關(guān)經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，可以大概得出的數(shù)據(jù)為 = 其中：—0.2m 其中：=0.2m3(已知)，鏟斗斗容量； 　 —鏟斗挖掘半徑，單位m； —鏟斗斗寬，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式反原理鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍，查表可以得到，?。?.75m； —鏟斗的挖掘裝滿的通常轉(zhuǎn)角一般都是取90°~100°，取它的具體值為95° 把各個(gè)數(shù)據(jù)代入到公式里面得到： ＝0.803m 斗齒參數(shù)的選擇 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 齒寬＝0.11=0.11×=0.064m; 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 長(zhǎng)＝0.26＝0.26×＝0.152m; 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 斗前臂與切削面的間隙取=0.7=0.0448m 又由于鏟斗寬度B=0.75m,齒寬與齒距之和為0.064+0.18=0.244m ==3.07 因此鏟斗裝有3個(gè)齒 3.4連桿、搖臂部分 從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置的角度對(duì)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(shí)都不會(huì)被破壞，即保證△、△及四邊形在任何瞬間皆成立。根據(jù)鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)的要求，借助電子計(jì)算機(jī)選出可行的方案： 0.27m；0.156m；0.195m；0.312m；0.3m 3.5銷軸與襯套 （1）銷軸的設(shè)計(jì) 由于銷軸與襯套的配合間隙較小，故以剪應(yīng)力強(qiáng)度作為銷軸的基本尺寸的設(shè)計(jì)，抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度用于校核用。由有： 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)以所有工況中銷軸所受到的剪應(yīng)力最大值對(duì)銷軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，銷軸所選用的材料為40CrMnMo，其耐磨，在熱處理后有著良好的綜合機(jī)械性能。由于銷軸在重載的較惡劣工況中工作，故選擇。代入式6-1有： 動(dòng)臂各銷軸的尺寸： 斗桿各銷軸的尺寸： （2）銷軸用螺栓的設(shè)計(jì)： 螺栓選用的直徑由銷軸的直徑不同分別選擇兩種系列的螺栓[5]。 （3）襯套的設(shè)計(jì)： 為使襯套耐磨、減震與潤(rùn)滑性能好，選擇襯套的材料為銅基合金 襯套的厚度選擇為5mm，與銷軸和圓筒分別采用間隙和過(guò)盈配合，如圖3-9。則各銷軸的尺寸為： 3-9 襯套 動(dòng)臂各襯套的尺寸： 斗桿各襯套的尺寸： 第四章 工作機(jī)構(gòu)校核計(jì)算 4.1斗桿校核計(jì)算 挖掘裝置的斗桿（尤以標(biāo)準(zhǔn)和加長(zhǎng)斗桿）強(qiáng)度主要為彎矩所控制，故其計(jì)算位置可根據(jù)反鏟工作中挖掘阻力對(duì)斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來(lái)確定。根據(jù)斗桿工作情況的手試驗(yàn)說(shuō)明，斗桿危險(xiǎn)斷面最大應(yīng)力發(fā)生在采用轉(zhuǎn)斗挖掘的工況下。其計(jì)算位置可按以下條件確定： 按反鏟裝置作用力分析的電算結(jié)果選定。 近似計(jì)算時(shí)，一般取以下兩個(gè)位置： 計(jì)算位置I（圖4－1），條件為： 1）動(dòng)臂位于最低（動(dòng)臂液壓缸全縮）； 2）斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角為90°）； 3）斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上； 4）側(cè)齒遇障礙作用有橫向力。 這時(shí)，工作機(jī)構(gòu)上的作用力有工作機(jī)構(gòu)各部分的重量（鏟斗重，斗桿重和動(dòng)臂重），作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力（包括切向力為，法向分力和側(cè)向力）。 鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗液壓缸工作力所能克服的切向阻力可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)的力矩平衡方程＝0求得 式中：—由圖4－1畫(huà)圖得，＝0.766m； 　　　—由圖4－1畫(huà)圖得，＝0.3m； 圖4-1 斗桿計(jì)算位置I —由圖4－1畫(huà)圖得，＝0.423m； —由圖4－1畫(huà)圖得，＝0.268m； —由圖4－1畫(huà)圖得，＝0.142m； 把、、、代入式5－1得： 求得：＝41.718kN 法向阻力決定于動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力，可取工作機(jī)構(gòu)為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)的力矩平衡方程＝0求得： 式中：—?jiǎng)颖垡簤焊椎拈]鎖力，＝286kN； 　　　—工作機(jī)構(gòu)各部分重量對(duì)點(diǎn)的力矩之和，相應(yīng)的力臂值由圖4－1確定為： 　　　—由圖4－1畫(huà)圖得，＝1.36m； 　　　—由圖4－1畫(huà)圖得，＝1.99m； 　　　—由圖4－1畫(huà)圖得，＝1.1m； —由圖4－1畫(huà)圖得，＝0.325m； —由圖4－1畫(huà)圖得，＝3.16m； —由圖4－1畫(huà)圖得，＝2.05m； 把、、、、、代入式5－2得： =4.15kN 取斗桿（帶斗）為隔離體，列出對(duì)鉸點(diǎn)力矩平衡方程＝0，可求得斗桿液壓缸作用力（被動(dòng)狀態(tài)）。一般情況下，此力與其閉鎖力值（按該液壓缸閉鎖壓力決定）相近。 式中： —由CAD做圖得，=0.46m； 　　　　—由CAD做圖得，=1.56m； 　　　　—由CAD做圖得，=0.766m； 　　　　—由CAD做圖得，=1.39m； 　　　　—由CAD做圖得，=0.49m； 把、、、、代入式5－3得： 　　 ＝0.46[41.718(1.56+0.766)+0.86×1.39＋2.23×0.49] 　　　解得：＝45.69kN 鏟斗邊齒遇障礙時(shí)，橫向挖掘阻力由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器承受，此力的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩，其值為： 式中：—橫向阻力與回轉(zhuǎn)中心間的距離, 由CAD做圖得，=1.28m； 　　　—回轉(zhuǎn)平臺(tái)制動(dòng)器可承受的最大力矩，＝4925.3N·m。 把、代入上式得： =3.848kN 計(jì)算位置II（圖4－2），條件為： 動(dòng)臂位于動(dòng)臂液壓缸對(duì)鉸點(diǎn)有最大作用力臂處； 斗桿液壓缸作用力臂最大； 鏟斗斗齒尖位于、兩鉸點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上，或鏟斗位于發(fā)揮最大挖掘力位置（圖4－2中II位置）；正常挖掘，即挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗，無(wú)側(cè)向力作用。 圖4-2 斗桿計(jì)算位置II 此時(shí)工作機(jī)構(gòu)上的作用力僅為工作機(jī)構(gòu)的自重及斗齒上的作用力及。 作用力的分析方法同上。 切向阻力：　　 法向阻力： 橫向挖掘阻力：　 通過(guò)CAD畫(huà)圖得： —由圖4－2畫(huà)圖得，＝0.423m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝0.29m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝0.14m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝1.52m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝2.225m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝1.36m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝0.56m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝2.8m； —由圖4－2畫(huà)圖得，＝0.45m； —由圖4－2畫(huà)圖得，=0.46m； —由圖4－2畫(huà)圖得，=1.56m； —由圖4－2畫(huà)圖得，=0.77m； —由圖4－2畫(huà)圖得，=1.39m； —由圖4－2畫(huà)圖得，=0.49m； —由圖4－2畫(huà)圖得，=1.22m； 通過(guò)計(jì)算得出： ＝63.51kN；　?。?.45kN；　?。?.037kN； 根據(jù)以上位置的斗桿作用力分析，便可作出斗桿的內(nèi)力圖。對(duì)于計(jì)算位置I，斗桿內(nèi)力圖包括斗桿軸向力，斗桿平面內(nèi)、外的彎矩、和剪力、，以及扭矩；對(duì)于計(jì)算位置II或II′，斗桿內(nèi)力側(cè)僅有，、。 斗桿受載荷最嚴(yán)重的那一側(cè)，危險(xiǎn)斷面為m-m。作用在這個(gè)截面中心上載荷有： 圖4-3 斗桿受力圖 力可對(duì)斗齒取力矩平衡方程式來(lái)解得： = =2.87kN 垂直平面內(nèi)的彎矩（y-z平面內(nèi)） = =81.35kN 通過(guò)斗桿中心垂直于yz平面的xz平面中的彎矩為： ==0.8kN·m 沿斗桿軸向拉力為： 　　　　　 ==39.25kN 這樣斗桿危險(xiǎn)斷面上正應(yīng)力為： 　　　　　 ==83Mpa< 式中：—許用應(yīng)力，?。?.85； 　　　—斗桿梁的斷面積。 斗桿還應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面上的內(nèi)力進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，其應(yīng)力值為： 式中：—截面對(duì)x-x軸、y-y軸的抗彎斷面系數(shù)； —斗桿梁橫斷面的毛面積； —中心壓桿許用應(yīng)力折減系數(shù)，可根據(jù)斗桿梁的細(xì)長(zhǎng)比來(lái)定。 按下式求出： ＝==3.34 上式中用下式求出 ＝==527 式中：　—斗桿的計(jì)算長(zhǎng)度； 　　　　—計(jì)算截面的最小回轉(zhuǎn)半徑； 　　　　—計(jì)算截面的最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 因此斗齒截面上的應(yīng)力： σ＝82.45Mpa≤ 對(duì)于承受扭力的單梁方型斷面斗桿，還要計(jì)算其扭力矩： 　　　　　　　 =63.51×0.4＋4.037×0.18=26.13kN·m 其扭曲應(yīng)力為： 　　　　　　　 ==120.97Mpa≤ 式中：、—單梁方型斷面相應(yīng)邊壁厚中心線距； 　　　　　　—最薄處的壁厚。 經(jīng)驗(yàn)算，該斗桿符合要求。 4.2動(dòng)臂校核計(jì)算 反鏟裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度計(jì)算同樣應(yīng)按挖掘工作中對(duì)動(dòng)臂可能出現(xiàn)的最大載荷選定計(jì)算位置。除按電算結(jié)果進(jìn)行選擇外，一般近似計(jì)算可采用以下計(jì)算位置： 動(dòng)臂計(jì)算位置I，條件為： 動(dòng)臂位于最低（動(dòng)臂液壓缸全縮）； 斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)三點(diǎn)位 將支座點(diǎn)產(chǎn)總反力銨兩支座三個(gè)座標(biāo)方向分解。支座總反力分解為和并平均分配作用于兩支座。橫向力引起動(dòng)臂的彎矩和扭矩可用支座反力和的形式來(lái)代替： 　　　　　　　 　　　　　　　 式中：—支座處的橫向彎矩； —支座處的扭矩（即）； 由于動(dòng)臂支座內(nèi)的側(cè)向間隙，橫向力可能同其中一個(gè)分支座（左邊或右邊的）來(lái)承受。這樣，距動(dòng)臂支座的截面的內(nèi)力可按下列各式求得： 垂直平面內(nèi)的彎矩： 橫向彎矩：　　　　 軸向力：　　　　　 整體彎曲動(dòng)臂對(duì)彎曲部分的斷面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮按曲梁進(jìn)行驗(yàn)算，即在彎曲平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算： 式中：　—斷面積； 　　　　—斷面彎曲處的曲率半徑； 　　　　—重心至計(jì)算點(diǎn)的距離，該點(diǎn)在曲率中心與斷面重心之間為負(fù)，反之為正；、 　　　　—斷面形狀及曲梁曲率有關(guān)系數(shù)； ＝(積分范圍由斷面中心軸至最邊緣點(diǎn))對(duì)簡(jiǎn)單的幾何圖形（矩形圓形等）為無(wú)窮級(jí)數(shù)，可以近似計(jì)算之，一般用替代，則； 動(dòng)臂計(jì)算位置II，條件為： 動(dòng)臂位于動(dòng)臂液壓缸作用力臂最大值處（）； 斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部軸部夾角90°時(shí)）； 鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進(jìn)行正常挖掘。 此位置相當(dāng)于斗計(jì)算位置II′，工作機(jī)構(gòu)上的作用力亦相同。 動(dòng)臂的內(nèi)力圖，包括軸向力N，動(dòng)臂平面內(nèi)的彎矩，剪力；平面外的彎矩，剪力和扭矩。 第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5. 1設(shè)計(jì)要求 （1）確保礦業(yè)機(jī)械臂和鏟斗桿運(yùn)動(dòng)可以獨(dú)立操作,也可以互相結(jié)合。 （2）確保挖掘式裝載機(jī)操作和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以成為你個(gè)人作品和混合作用,它可以提高挖掘式裝載機(jī)的工作效率 （3）左右輪可以有不同的速度,所以你可以使挖掘式裝載機(jī)行走和更靈活的方式 （4）確保安全可靠的挖掘式裝載機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組織必須有安全防護(hù)措施,如:完善旋轉(zhuǎn)機(jī)制可以可靠制動(dòng)。 5. 2動(dòng)力元件的選擇 動(dòng)力元件通常起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不可以缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為向系統(tǒng)提供一定流量和壓力的動(dòng)力元件。液壓泵將原動(dòng)機(jī)或者內(nèi)燃機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成工作 液體的壓力能。是一種有用的能量轉(zhuǎn)換裝置。提供我們選擇的有齒輪泵，葉片泵，柱塞泵，下面我們來(lái)看下面的表格5-1可以得出挖掘式裝載機(jī)的工作環(huán)境比較惡劣，所以對(duì)油的污染性不需要很敏感。雖然效率沒(méi)有其他的高，但是從成本上的和工作特點(diǎn)的方面看，我們還是選擇齒輪泵作為我們的動(dòng)力元件，動(dòng)力元件的設(shè)計(jì)，是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，整個(gè)液壓系統(tǒng)都靠這個(gè)動(dòng)力元件來(lái)提供運(yùn)行的動(dòng)力，沒(méi)有他液壓系統(tǒng)沒(méi)法運(yùn)作，其他的選擇關(guān)系參考表格。 表5-1 性能 外嚙合齒輪泵 雙作用葉片泵 限壓式變量葉片泵 徑向柱塞泵 軸向柱塞泵 螺桿泵 輸出壓力 低壓 中壓 中壓 高壓 高壓 低壓 流量調(diào)節(jié) 不能 不能 能 能 能 不能 效率 低 較高 較高 高 高 較高 輸出流量脈動(dòng) 很大 很小 一般 一幫 一般 最小 自吸特性 好 較差 較差 差 差 好 對(duì)油的污染敏感性 不敏感 較敏感 較敏感 很敏感 很敏感 不敏感 噪聲 大 小 較大 大 大 最小 （1）油泵的選擇 油泵功率：=63.13 （馬力） （3-1） 式中，——油泵的最大工作壓力（Kg/cm2）； ——油泵的流量（L/min）； ——油泵的總效率，取為0.88； R——變量系數(shù)，取為2.5。 查相關(guān)資料，主油泵采用埋油斜軸式軸向柱塞雙向變量泵, 參數(shù)如下： 表5-2主油泵相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 公稱排量 mL/r 額定壓力 Mpa 額定轉(zhuǎn)速r/min ZB-125,125EV 125 25 2200 控制油路采用齒輪泵CB-B20,參數(shù)如下： 表5-3 齒輪泵CB-B20相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 公稱排量mL/r 額定壓力MPa 額定轉(zhuǎn)速r/min 驅(qū)動(dòng)功率KW 重量Kg 容積效率 CB-B20 20 2.5 1450 1.02 5.4 >90 （2）發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 由于變量系統(tǒng)油泵經(jīng)常在滿載或超載情況下工作，功率利用系數(shù)比較高，為了保證功率儲(chǔ)備，同時(shí)考慮到輔助設(shè)備的動(dòng)力消耗，取發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 33.2KW 查相關(guān)資料，采用YANMAR：4TNV94L型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 5. 3執(zhí)行元件的選擇 液壓執(zhí)行元件，本次設(shè)計(jì)必須用到的是動(dòng)臂液壓缸，鏟斗液壓桿，斗桿液壓桿，和2個(gè)行走馬達(dá)以及一個(gè)回轉(zhuǎn)馬達(dá)。 液壓馬達(dá)按照額定的轉(zhuǎn)速可以分為高速和低速兩大類，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的高速液壓馬達(dá)，而低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)，高速的液壓馬達(dá)通常有齒輪式，螺桿式，葉片式，等它的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，方便啟動(dòng)和制動(dòng)，而這是挖掘式裝載機(jī)所必須具備的一個(gè)特質(zhì)，所以我們這次的液壓馬達(dá)選擇為高速液壓馬達(dá)，初步選為齒輪式 圖5-1 液壓缸作用力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系圖 下面可通過(guò)以下公式估算的液壓缸作用力 f2=6.55M F=0.75f2 f1=0.75F 式中 F—— 鏟斗油缸的作用力，KN； f1——斗桿油缸的作用力，KN； f2——?jiǎng)颖塾透最~作用力，KN； M——整機(jī)質(zhì)量，t。 通過(guò)計(jì)算我們可以得出f2=39.3KN F=29.4KN f1=22.1KN。 因此：動(dòng)臂油缸、鏟斗和斗桿油缸均為單缸，缸徑均為125mm。 回轉(zhuǎn)馬達(dá)和行走馬達(dá)（在上述設(shè)計(jì)中已選定）型號(hào)均為GQM16-1600。 5. 4液壓控制元件選擇 控制元件通常是用來(lái)控制液體的流動(dòng)方向，壓力的高低和流量大小進(jìn)行預(yù)期的控制。因此，液壓控制閥是直接影響液壓系統(tǒng)工作過(guò)程和工作特性的重要元件。本次液壓設(shè)計(jì)也有用到單向閥，溢流閥，換向閥，等等。 單向閥：是用來(lái)控制油液的單向流動(dòng)，他的性能的要求是：正向的流動(dòng)阻力損失小，反向的時(shí)候密封性好，而且動(dòng)作靈敏。 溢流閥：溢流閥的主要的作用是對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)幾乎所有的液壓系統(tǒng)里面都必須有溢流閥，它的性能的好和壞直接影響著液壓系統(tǒng)的正常工作。 液壓系統(tǒng)對(duì)溢流閥性能的要求： （1）定位的精度高； （2）靈敏度要高； （3）工作平穩(wěn)； （4）密封性好。 所以，本次設(shè)計(jì)決定在液壓缸面前都并聯(lián)一個(gè)溢流閥來(lái)控制流量的大小。 換向閥：利用閥芯對(duì)閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？梢允沟糜吐方油?。關(guān)斷或者改變油流的方向。從而來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)和啟動(dòng)，