YW0.2型小型液压挖掘机工作机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 摘 要 挖掘机广泛的应用于建筑行业，排水灌溉，采矿，清除障碍和露天开矿等各种场合。它对减轻繁重的体力劳动，保证工程的质量，加快建设的速度，提高劳动的生产率起到了巨大的作用。 随着液压传动的技术在工程机械上广泛应用，单斗液压挖掘机也有了迅速的发展。液压挖掘机具有质量轻、体积小、结构紧凑、挖掘力大、操纵轻便，以及易实现无级变速和自动控制等一系列的优点。为了能满足不同的作业要求，其工作装置也有很多类型。例如：正铲，反铲，牵引绳，塔式等。在上述的工作装置中，反铲挖掘机应用的最为广泛，因而合理设计 工作装置具有十分重要的意义。 本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构等组成的小型液压挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下的五部分 : 挖掘机工作装置的总体设计； 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析；工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证；工作装置主要部件的结构设计。通过静强度与动强度分析，得出了工作装置在静载荷下结构是安全的。并利用同类机械的的参数做相应的调试，得出一套较合理的参数，为后续的工作打好了基础。 关键词 ：挖掘机；液压；动臂；斗杆；铲斗 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 in of to of of a in of of is a as so to so is so of is of In by of It of ; is of to a of to a 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 目录 1 绪论 . 1 斗液压挖掘机的种类特点 . 1 斗挖掘机的主要用途是 . 2 掘机的发展概况 . 2 外挖掘机研究现状与发展动态 . 3 课题的研究目的及意义 . 5 要研究对象及内容 . 6 2 单斗液压挖掘机反铲装置的运动学分析 . 7 斗液压挖掘机反铲装置的结构及工作特点 . 7 斗液压挖掘机反铲装置的工作特点 . 7 臂挖掘 . 7 杆挖掘 . 7 斗挖掘 . 8 铲装置的设计原则 . 9 铲装置的方案选择 . 10 铲装置各机构的运动分析 . 11 臂机构的运动分析 . 12 杆的运动分析 . 15 3 挖掘阻力 . 16 掘阻力的分析 . 16 斗挖掘阻力的分析 . 16 杆挖掘阻力的分析 . 18 掘的概念 . 19 掘力的计算 . 20 4 铲斗及单斗液压挖掘机反铲装置各机构尺寸的确定 . 32 . 33 l 与 2l 的选择 . 33 1l 与 42l 的计算 . 34 . 34 臂基本参数的校核 . 36 . 37 铲斗及铲斗连杆机构受力分析 . 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 斗杆及斗杆机构的 受力分析 . 40 臂及动臂机构的受力分析 . 43 . 45 杆内应力校核 . 45 臂的强度校核 . 47 5 总 结 . 50 6 参考文献 . 51 7 致 谢 . 52 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 1 绪论 斗液压挖掘机的种类特点 挖掘机是用来进行土、石方开挖的一种工程机械，按作业的特点分为周期性作业式和连续性作业式两种，前者为单斗挖掘机，后者为多斗挖掘机。由于单斗挖掘机是挖掘机械的一个主要机种，也是各类工程施工中普遍采用的机械，可以挖掘 此，我会对单斗挖掘机进行设计 单斗挖掘机可以按以下几个方面来分类： 动式、内燃机式、复合驱动式等； 液压传动式、全液压传动式； 胎式、汽车式； 360）和非全回式（ 270）； 挖掘机的类代号用字母 参数为整机的机重。如 示机重为 10t 的履带式液压挖掘机。不同厂家，挖掘机的代号表示方法各不相同。如图 1图 1械式单斗挖掘机工作装置主要型式 图 1斗液压挖掘机工作装 a）正铲； b）反铲； c）拉铲； d）抓斗 置主要形式 a)反铲； b）正铲 ; c)抓斗； d)起重 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 斗挖掘机的主要用途是 在筑路工程中用来开挖堑壕，在建筑工程中用来开挖基础，在水利工程中用来开挖沟渠 、运河和疏通河道，在采石场。露天采矿等工程中用于矿石的剥离和挖掘等；此外可对碎石、煤等松散物 料进行装载作业；更换工作装置后还可进行起重、浇筑、安装、打桩、拔桩等工作。 随着我国经济建设的迅猛发展特别是国家加大公路、铁路 、 住宅和水利设施的投资，挖掘机越来越显示出在国民经济建设中的巨大作用。 单斗挖掘机工作装置主要有正铲、反铲、拉铲和抓斗等形式他们都属于循环作业式机械。每一个工作循环包括挖掘、回转、卸料、和返回四个过程。 日常生活中最常用的是反铲工作装置，所以此次的设计任务是对挖掘机的反铲工作装置进行研究、设计。 掘机的发展概况 挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏 浚工作。随着工业发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断地发展改进 ,但它的基本工作原理至今未变。动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机发展的以下几个阶段： 1、蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到广泛应用，大约经历了 100 年。当时主要用于开 挖运河和修建铁路。结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。 2、挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液 压传动，并且由半液压发展到全液压传动。产量日益增长，六十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总产量的 15%，发展到七十年代初期占总产量 90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎己全部采用液压传动。与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。大型矿用挖掘机在基本传动型式不变的情况下，其工作 装置也改为液压驱动。 3、控制方式的不断革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工 现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。 我国挖掘机生产起步于 60年代，第一代产品为机械式挖掘机。进入 70年代，开始研制液压挖掘机，并形成了系列产品，标志着我国挖掘机行业已经形成。80年代中期，随着我国改革开放的深入和国民经济的发展，我国一些大型挖掘买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 机企业分别引进了德国利渤海尔、德马克等公司的先进制造技术，使我国的挖掘机在技术水平、产品质量和生产管理上都有了很大的提高。涌现出诸如长江挖掘机厂、抚顺挖掘机厂、上海建筑机械制造厂、合肥矿山机器厂、北京建筑机械厂和贵阳矿山机器厂等一批实力较强的骨干企业， 为我国挖掘机产品的生产和发展奠定了坚实的基础，也为我国的经济建设做出了不可磨灭的贡献。 进入 90年代，挖掘机市场需求迅速扩大，一些企业纷纷看好这一市场，挖掘机行业如雨后春笋，新企业不断涌现，一些原本生产其它工程机械的企业，也纷纷加入到 挖掘机 行业。国外一些大公司也把目光瞄准了中国市场，短短的几年内，先后有日本、韩国、德国等十余家公司与中国企业进行了合资，还有的在中国独资办企业生产挖掘机，使得我国从原有的六大骨干厂，一下猛增到44家 。企业性质由原来的单一国有企业，变成了国有、合资、独资、股份制、乡镇集体等多种形式。 目前，摆在挖掘机行业面前的是挑战和机遇并存。今后几年中国经济的快速增长，无疑会给工程机械行业的发展带来无限商机，挖掘机是工程机械的主要产品之一，许多工程都离不开挖掘机械的参与。据中国机电报报道， “ 九五 ”期间国家计划新建铁路 6000多公里，增建复线 3000多公里，电气化改造 4000多公里，到 2000年铁路运营将达到 均每年投入资金 500亿元。 “ 九五 ” 期间还将投资 5500亿元，新建公路 11万公里，其中高速公路 6000公里；港口将新建万吨以上的舶位 100个，新增吞吐能力 2百多万吨；同时还要大力发展原油、天然气管道建设；在能源工业方面，将新建 20座大型水电站，若干大型露天煤矿，石油的开采也逐步加大；另外，冶金、矿山的开采， “ 九五 ” 期间要新建 9座大型露天铁矿；还有农田水利工程，改造黄河流域 10大水系，南水北调、疏竣河道，特别是 98年遭受特大洪水灾害后，对堤坝、围堰的整修、加固、和综合治理工作将会加大力度。所有这些领域的巨大发展都需要大量的挖掘机械，为我国挖掘机械的发展提供了广阔前景。预计近几年国内市场每年需求挖掘机 12000此，要使挖掘机的产量满足市场需求，只有把产品质量搞上去，提高产品的可靠性，切实做好售后服务，才能在竞争中立于不败之地，在 市 场上占有重大份额。 外挖掘机研究现状与发展动态 挖掘机在技术发展的阶段上经历了三次飞跃。第一次是柴油机的出现，使挖掘机有了较理想的动力装置；第二次是液压技术的广泛应用，使挖掘机有了较理想的控制系统；第三次是机电液一体化、智能化技术的应用，使挖掘机面貌焕然一新。挖掘机具有挖掘、装载、卸载和整机移动等功能，可连续高效地工作。据统计，各种土方作业中约有 65%土方量是由挖掘机来完成的。从 20 世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。主要发展方向是采用遥控及微机控制的自动化技术，整个买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 机组具有以下主要特点：功率增大；独立作业性强；配件标准化；能降低噪声、振动。同时，随着计算机技术和数值分析方法的发展，有限元方法在机械结构分析中得到广泛应用，取得了令人瞩目的成果。有限元分析法已成为现代机械产品设计的一个重要工具。资料文献检索发现，国外不论在挖掘机的整机还是部件的设计上都有比较成熟的技术。国外挖掘机生产企业，利用有限元 与优化设计相结合进行结构的形状优化。它使液压挖掘机的设计从经验的、静止的、随意性较大的传统设计逐步发展到自动化程度高，设计周期短，设计方案优越，计算精度高的现代化设计。我国从 1958 年开始研制液压挖掘机，逐步形成了中小型液压挖掘机系列。然而在液压挖掘机机电一体化进程中，我国远远落后于技术先进国家。我国液压挖掘机工业在 1983年以后采用引进技术进行生产的方法，加快了液压挖掘机的发展，这种引进技术的方式，是在较高的起点上，在较短的时间内，用较少的资金提高技术水平，促进技术进步的捷径。计算机技术在液压挖掘机产品 开发、研制中的作用愈来愈大。但是由于受客观条件的限制，在产品设计制造中大多采用传统的方法和理论。引进挖掘机技术时，只注意了整机技术，将有限元分析方法应用到挖掘机动臂结构动态设计、分析及优化还不是很多，往往都是静态分析，特别是通过完整的试验进行验证就更少。现在国内外正在通过动力学研究的设法提高产品的设计质量，以求在根本上保证产品的动强度和可靠性，另外振动和噪声被认为是工程机械作业时的两大公害，随着动臂强度要求越来越高，机械重量如何减轻也显得越来越重要，因此对挖掘机动臂进行结构的动态分析、试验验证以及进一步优化 ，显得越来越迫切。挖掘机的有限元分析是伴随着有限元理论和有限元软件的广泛应用而迅速发展起来的，特别是自 20 世纪八十年代以来，随着国外几种商用有限元软件进入我国，挖掘机有限元分析的研究己初具规模。在众多有限元软件中，比较可靠的有国外的 ，国内真正通用的还几乎没有，所能做到的只是一些用于某种单元或是某个机构的有限元分析。目前，利用有限元软件对挖掘机进行分析，其所做的工作可以归纳为以下几个方面： 1、工作装置的运动分析 对工作装置的运动分析，关系到挖掘机的力学 分析，是其它分析与设计 (如控制 )的基础。这方面的研究成果很多，理论基础也比较成熟。 2、有限元的分析 自国外几家大型有限元软件在我国投放以来，有限元分析在很多领域得到应用。其中有很多是挖掘机的有限元分析。一般来说，这类分析主要集中在对某些部件的研究上。对整体机构进行有限元分析既可以提高我国设计能力和设计水平，反过来又可以利用有限元分析来解决挖掘机在使用中出现的问题。 总之，由于有限元单元法在我国应用比较晚，且主要集中在力学领域，因此对挖掘机的有限元分析还存在一定的局限性。可以预见，随着大型和超大型挖掘机的不 断涌现，合理地设计各构件更加重要。同 析软件相比，绝大部分有限元分析软件 (如 析软件 )的几何建模功能比较弱，这买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 些有限元软件通常通过 式或者 S T 式进行数据交换，而这样做最大的弊端在于容易造成数据的丢失，因此常常需要花费 大量的时间与精力进行几何模型的修补工作。而利用 行分析，恰好可以克服上述缺点， 为 Pr o/成模块，是设计机构运动和进行有限元 计算强有力的工具。且实践证明 其分析的结果也较精确，完全可以满足工程设计的需要。 课题的研究目的及意义 中国国土面积大，各项建设事业正处于蓬勃发展过程中，对挖掘机的需求量大。世界上工业发达国家著名的挖掘机制造商几乎全部进入中国，不少国有和民营企业也看好中国的挖掘机市场，纷纷进入挖掘机行业，进行挖掘机产品的生产和开发，而且产品的产量随着市场的需求量的提高而不断增长。中国已成为世界最大的挖掘机市场，正在成为世界挖掘机的制造中心。但是必须注意， 中国目前虽然已成为挖掘机需求和生产的大国，但决不是强国。国际水平的研发中心不在中国，挖掘 机关键配套零部件也不在中国。在挖掘机关键的核心技术研究与掌握方面，国内企业与国外企业差距很大，特别是国内企业在挖掘机的基础理论研究方面投入的人力、财力严重不足。这些年来，我们取得了长足的进步，大大缩小了与国外先进技术的差距，但如果今后技术创新 (包括设计技术和制造技术等方面上稍有懈怠，与国外先进技术的差距 仍然会拉大，因此可以说今后国内挖掘机企业的任务仍然十分艰巨。由于历史的原因，原本的国有挖掘机企业因为人才流失，资金不足，技术不高，造成自主研发能力不高，设计方法落后；而改革开放后的合资企业和外资企业，只是根 据国外的设计图纸进行批量生产，基本不进行设计，所以中国的挖掘机设计手段比较落后，常常凭借经验进行设计制造，造成生产的挖掘机存在一些缺陷，在三包期间常出现故障，做不到等寿命设计，对厂商和买家造成不小的经济损失。以往液压挖掘机的新产品开发过程是前期设计完成后，进行样机试制，然后经过现场挖掘试验或强度测试，若发现问题改进再试验再修改，复修改直到满足设计要求后，再批量投产。这种开发过程的周期长、风险大、成本高、上市慢，限制了企业的市场竞争力。目前国内企业在设计挖掘机时仍以测绘类比为主，强度计算仍采用材料力学方 法，对挖掘机结构件应力分布情况缺乏定量的了解。并且，挖掘机作业外载荷又复杂多变，传统的材料力学方法难以满足设计上的需要。所以非常有必要将现代设计方法和有限元方法应用于挖掘机工作装置的结构设计和性能分析，以提高挖掘机工作装置的可靠性，对结构进行优化、减轻工作装置重量、提高工作效率、减少能耗，从而提高挖掘机生产企业的设计水平和自主开发能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 要研究对象及内容 1、根据液压挖掘机的工作条件及设计参数要求，参考挖掘机的设计资料及国内外各液压挖掘机生产厂家的产品，选定液压挖掘机反铲装置的设计方案。 2、在了 解液压挖掘机反铲装置工作原理和方案选择的基础上，用几何法分别对动臂、机构、斗杆机构和铲斗机构做动力学分析。 3、在定性分析的基础上，用解析法对反铲装置各机构的尺寸作了定量计算，为作图提供了尺寸依据，也为进一步用计算机编程及计算机辅助设计提供了数学模型。 4、对反铲装置的挖掘力及挖掘阻力进行了分析计算，并着重分析计算了挖掘机复合挖掘时最大挖掘力实现的各种限制条件。 5、对各机构的杆件及铰点进行了受力分析。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 2 单斗液压挖掘机反铲装置的运动学分析 斗液压挖掘机反铲装置的结构及工作特点 反铲的工作 过程： （ 1）先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上（ I）。 （ 2）将铲斗向着挖掘机方向拉动，于是他就在动臂和铲斗等重力以及牵引索的拉力作用下完成挖掘。 （ 3）将铲斗保持所示状态连同动臂一起提升，在回转至卸料处进行卸料。 反铲有斗底可开启式和不可开启式两种。 反铲挖掘机适宜于挖掘停机面以下的土，例如挖掘机基坑及沟槽等。机械传动的反铲挖掘过程由于只是依靠铲斗自身重力切土，所以只适宜于挖掘轻级和中级土壤。 斗液压挖掘机反铲装置的工作特点 液压挖掘机的反铲装置主要用于挖掘停机面以下土壤 (基坑、沟 壕等 )。其挖掘轨迹决定于油缸的运动及其相互配合情况。通常情况下，分为动臂挖掘、斗杆挖掘、转斗挖掘等几种。 臂挖掘 当采用动臂油缸工作来进行挖掘时 (斗杆和铲斗油缸不工作 )可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。此时铲斗的挖掘轨迹系以动臂下铰点为中心，斗齿至该铰点的距离为半径所作的圆弧线。其极限挖掘高度和挖掘深度 (不是最大挖掘深度 )即圆弧线之起终点，分别决定于动臂的最大上倾角和下倾角 (动臂与水平线之夹角 )，也即决定于动臂油缸的行程。由于这种挖掘方式时间长而且由于稳定条件限制挖掘力的发挥，实际工作中基 本上不采用。 杆挖掘 当仅以斗杆油缸工作进行挖掘时，铲斗的挖掘轨迹为圆弧线，弧线的长度与包角决定于斗杆油缸的行程。当动臂位于最大下倾角，并以斗杆油缸进行挖掘工作时，可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。在较坚硬的土质条件下工作时，能够保证装满铲斗，故挖掘机实际工作中常以斗杆油缸工作进行挖掘。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 斗挖掘 当仅以铲斗油缸工作进行挖掘时，铲斗的挖掘轨迹也为圆弧线，弧线的包角及弧长决定于铲斗油缸的行程。显然，以铲斗油缸工作进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时装满土壤 ，需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤。所以一般挖掘机的斗齿最大挖掘力都在采用铲斗油缸工作时实现。采用铲斗油缸挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率。因此，在一般土方工程挖掘中，转斗挖掘较常采用。在实际挖掘工作中，往往需要采用各种油缸的联合工作如当挖掘基坑时由于挖掘深度较大，并要求有较陡而平整的基坑壁时，则需采用动臂与斗杆两种油缸的同时工作，当挖掘坑底，挖掘行程将结束为加速将铲斗装满土，以及挖掘过程需要改变 铲斗切削角等情况下，则要求采用斗杆与铲斗油缸同时工作。虽然此时挖掘机的挖掘轨迹是由 相应油缸分别工作时的轨迹组合而成。显然，这种动作能够实现还决定于液压系统的设计。当反铲装置的结构形式及结构尺寸己定时 (包括动臂、斗杆、铲斗尺寸、铰点位置，相对的允许转角或各油缸的行程等 )，即可用作图法求得挖掘机挖掘轨迹的包络图，即挖掘机在任一正常工作位置时所 控制到的工作范围上各控制尺寸即液压挖掘机的工作尺寸。对于反铲装置图 2铲装置工作示意图。主要的工作尺寸为最大挖掘深度和最大挖掘半径。包络图中可能有部分区间靠近甚至深入到挖掘机停机点底下，这一范围的土壤虽可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影响机械的稳定 和安全工作，除有条件的挖沟作业外一般不使用。挖掘机反铲装置的最大的挖掘力决定于液压系统的工作压力、油缸尺寸，以及各油缸间作用力之影响 (斗杆、动臂油缸的闭锁压力及力臂 )外，还决定于整机的稳定和地面附着情况。因此反铲装置不可能在任何位置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 图 2反铲挖掘工作装置示意图 铲装置的设计原则 1、主要工作尺寸及作业范围的要求，在设计时应考虑与同类型相比时的先进性，性能与主参数应符合国家标准之规定。 2、满足整机挖掘力大小及分布情况的要求 3、功率利用情况好，理论工作循环时间短。 4、确 定各个铰点布置，结构形状应尽可能使受力状态有利，在保证刚度和强度的前提下，重量越轻越好。 5、应考虑到通用性和稳定性。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 6、运输或停放时应有合理的姿态。 7、液压缸设计应考虑三化，采用系列参数。 8、工作装置应安全可靠，拆装方便。 9、满足特殊使用要求。 铲装置的方案选择 反铲方案选择的主要依据是设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用还是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其它装置的性能，专 用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件下 的性能。反铲装量总体方案的选择包括以下方面： 1、动臂及动臂液压缸的布置 确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状 ,动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。 2、斗杆及斗杆液压缸的布置确定用整体式或组合式布置，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆是否采用变铰点调节。 3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数 l1/ 对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。 般当 2 时 (有的反铲取 3)称为长动臂短斗杆方案，当 K 1 1 5 时属于 短动臂长斗杆方案。 5 2 之间称为中间比例方案。要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。相反当用配套替换构件或可调链接来适应不同作业条件时，不同的配置或铰点连接情况可组成各种比例方案。在使用条件单一，作业对象明确的条件下采用整体动臂和斗杆固定铰接， 由作业条件确定。从作业范围看，在挖高、挖深与挖掘半径均相同的条件下， 越大作业范围愈窄。从挖掘方式看 大宜用斗杆挖掘为主，因其刚度较易保证。而 小宜用转斗挖掘为主。从挖掘轨迹看， 小易得 到接近于直线的运动轨迹，因而它用于平整和清理作业，在挖掘窄而深的沟渠或基坑时挖掘轨迹也较易控制，向挖掘质量和装卸效率比抓高。从结构强度看， 4、确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连扦机构传动比是否需要调节。 5、根据液压系统工作压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件和三化要术等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全纳长度之比 。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运幅度等因素一般取 1 别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取 1 2 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 铲装置各机构的运动分析 反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度 斗杆液压缸的长度 显然，当 L 3为某一组确定值时反铲装置就相应处于某一确定的几何 位置。如图 (2 3)设计平面直角坐标系，使 X 轴与地平面重合， Y 轴与挖掘机回转中心重合。则斗齿尖 V 所在的 X 坐标值 V X 就表示挖掘半径， Y 坐标值 V Y 为正值时就表示挖掘高度，为负值时表示挖掘深度。必须注意，当 L 3为一组定值时只有一组 V X 和 V 之对于 V X 和 V Y 的一组定值却有许多组 L 3值与其相应。 图 2挖掘机实物图（现代） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 臂机构的运动分析 图 2掘机总装图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11斗杆 图 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 图 2图 2动臂摆角范围计算简图 L1 动臂油缸的最短长度 ; L1 动臂油缸的伸出的最大长度 ; A:动臂油缸的下铰点 ;B:动臂油缸的上铰点 ;C:动臂的下铰点 。 1 是 函数 函数 3示 ,图 中 L1 动臂油缸的最短长度 ; L1 动臂油缸的伸出的最大长度 ; 1 动臂油缸两铰 点分别与动臂下铰点连线夹角的最小值 ; 1 动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线 夹角的最大值 ;A:动臂油缸的下铰点 ;B:动臂油缸的上铰点 ;C:动臂的下铰点 . 则有 : 在三角形 : 2 2 21 7 5 1 7 52L l l C O S l l 1 2 2 21 7 5 1 7 5 C O S l l L / 2 l l （ 2 在三角形 : 2 2 22 2 7 1 2 0 7 1L l l 2 C O S l l 1 2 2 22 0 7 1 2 2 7 1 C O S l l L / 2 l l (2由图 3示的几何关系 ,可得到 的表达式 : 21= 20 11 1 （ 2 当 F 点在水平线 下时21为负 ,否则为正 . F 点的坐标为 21X 1 3 0 1 1 c o 21Y 1 3 0 1 1 s i (2C 点的坐标为 5 1 1 3 0 X C O S l l 5 1 1 l S (2动臂油缸的力臂 1 (2显然动臂油缸的最大作用力臂 ,又令m i n 5 7 5 l / l , l / 2 2 27 5 511L 1 S q r l l l S q r 1 c o s 1 / ( 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 杆的运动分析 如下图 2示 ,D 点为斗杆油缸与动臂的铰点点 ,F 点为动臂与斗杆的铰点 ,E 点 为斗杆油缸与斗杆的铰点 里只讨论斗杆相对 于动臂的运动 , 即只考虑2 图 2斗杆机构摆角的计算简图 在三角形 2 2 22 8 9 2 8 92 2 22 2 8 9 8 9L l l 2 C O S l S 1 L l l / 2 l l (2由上图的几何关系知 2 m a x 2 m a x 2 m i n (2则斗杆的作用力臂 29e l (2 显然斗杆的最大作用力臂2e l,此时 222 8 9sq r l l 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 3 挖掘阻力 掘阻力的分析 反铲装置工作时，即 可用铲斗油缸挖掘（简称转斗挖掘），也可用斗杆油缸挖掘（简称斗杆挖掘），或做复合动作挖掘。 斗挖掘阻力的分析 图 3转斗挖掘阻力计算简图 123转斗挖掘时，土壤切削力随挖掘深度改变而有明显变化，经实验转斗挖掘时的切削阻力与切削深度基本上成正比。但总的来说，前半过程切削阻力较后半过程高，因前半过程的切削角不利，产生了较大的切削阻力。切削阻力的切向分力与土壤硬度、转斗切削半径、挖掘过程中铲斗总转角、铲斗转角切削刃 宽度、切削角、斗侧壁厚度和切削刃挤压土壤的力有关。转斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力计算，也把半月形切削断面看作相等面积的条形断面，条形断面的长度可看作成斗齿转过的圆弧长度与其相应之弦的平均值。一般所谓平均阻力是指装满铲斗的全过程阻力平均值，国外有试验认为平均挖掘阻力的 80%。转斗挖掘时，挖掘阻力的切向分力可表示为： 1 . 3 5m a a xc o o s ( )C R B A Z X D 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 在 式中1 切削阻力的切向分力 ; C 土壤的硬度系数 ,对不同的土 壤条件取值不同 ,这里设挖机用于 级土壤的挖掘 ,取值为 120; R 铲斗与斗杆铰点 到斗齿尖距离 ,即转斗切削半径其在前面已经初步确定 ,取值为 850 某一 挖掘位置时铲斗总转角的一半 45; 某一挖掘位置处转斗的瞬时转角 ,在此处由于是 求平均挖掘阻力 ,故初取 = 45 B 切削刃宽度影响系数 ,B = 1 + 1 + A 切削角变 化影响系数 ,取 A = Z 带有斗齿的系数 , 取 Z =X 斗侧壁厚影响系数 ,X = 1+0. 03S,其中 S 为侧壁厚度 ,由于是初 步设计 ,故预取 X = D 切削刃挤压土壤的力 ,根据经验统计 和斗容量的大 小选取 D = 8000N. 将以上的数值代入到式中可以解得 : 1斗挖掘装土阻力的切向分力为 : 1 c o sW 式中 ： q 密实状态下土壤容重，单位为 N 3m ； 挖掘起点和终点间连线方向与水平线的夹角； 土壤与钢的摩擦系数。 计算表明： 1W 与 忽略不计。当 = , =0 时出现转斗挖掘最大 切向分力1值为： 1 . 3 5m a a xc o o s ( )C R B A Z X D 试验表明法向挖掘阻力 2值也较小，一般2W W，土质愈 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 均匀，2随机统计的角度看，取法向分力2样1 转斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力计算。也即把半月形 切削断面看作相等面积的条形断面，条形断面长度等于斗齿转过的圆弧长度与其相应之弦的平均值，则平均切削厚度为： 22s i n 2 ( 9 0 s i n 2 )1 8 0 21 8 0 s i ns i 平均挖掘阻力为 : 13 . 1 4 1 6 9 0 s i n 2 1 4 1 6 1 8 0 s i n 2C B A Z X D1W中 : 用度数代表，一般所谓平均阻力是指装满铲斗的全过程阻力平均值， 因此应取。显然这一计算方法是近以的，国外有试验认为平均挖掘阻力为最大挖掘阻力的 70 80，可作为参考。 杆挖掘阻力的分析 斗杆挖掘时切削行程较长，切土厚度在挖掘过程中可视为常数。一般取斗杆在挖掘过程中的总转角为 50 :80 ，在这转角行程中铲斗被装满。这时斗齿的实际行程为： 60 7 4 5 式中： 6r 斗杆挖掘时的切削半径， 6r = 斗杆挖掘时的切削厚度 g h 可按下式计算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 60 . 0 1 7 4 5g K r B斗扦挖掘阻力为 01060 . 0 1 7 4 5gg h 式中：0k 挖掘比阻力，当取主要挖掘