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沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 挖掘机手臂设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1102 班 学生姓名： 王卓 指导教师： 赵艳春 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 机械设计制造及其自动化专业1102 班 学生：王卓 毕业设计（论文）题目： 挖掘机手臂设计 毕业设计（论文）内容： 1.设计说明书一份 2.CAD 图纸一套（包括总装图、零件图 ） 3.文献综述（不少于 3000 字） 毕业设计（论文）专题部分： 挖掘机手臂结构 起止时间： 2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日 指导教师： 签字 2015 年 3 月 6 日 摘要摘要 单斗挖掘机采用单斗来挖泥土或矿石自行开采由回转工作台和行走装置， 斗臂斗杆完全放电尖端放电后的土壤，空桶面临落后于业务的周期。在建筑 施工，道路工程，水电工程，农田改造，以及军事工程和露天，开放式存储 和挖掘，到工作装置广泛使用，点反铲，铲挖，把握铲（也叫抢）和斗杆与 其他铰链，由动臂支撑，从下往上，斗齿尖轨迹往往采用弧线行动，停止适 用于开挖面以上的土壤机器。反铲挖掘机铲斗和斗杆铰链，挖掘行动通常是 由斗齿向下的轨迹呈圆弧线，适用于向下跌破铲挖掘机铲斗下，动臂沿着边 缘移动，可移动的土壤挖掘手臂在固定位置，在一条直线上斗齿轨，从而能 够获得直采工作面，适用于开挖边坡，沟渠，或平挖掘机铲斗簸箕形，罐底 部前端装入桶，在铸造采掘工作面向外桶，重切斗齿借到土壤中，然后通过 牵引拖铲挖，用绳子升斗升降，转台期满后挖转身卸土，挑流鼻坎能向下挖 掘表面以下的土壤卸土，也为水下开采，大范围的挖掘，开采，但精度铲挖 掘机铲斗的两个或两个以上的下巴盘铰链，下颚打开阀门组成，扔在采掘工 作面，叶片瓣切成土壤，使用钢丝绳或液压缸轮，挖钳口阀可以卸载基坑或 水下采矿，挖掘也可用于装载颗粒中常用小型和中型挖掘机,其工作装置可 左右移动，更换不同的铲斗，可以不同也被转换成一台起重机,打桩机，篡 改，故称一般（IPS）或地雷司机一般只配备了工作装置，单操作,因此使用 单斗挖掘机。 关键词：关键词：单斗挖掘机; 矿业机构; 创造性思维; 多用的功 Abstract Single bucket excavator using a single bucket digging soil or ore self- propelled mining machinery. Work by rotary table and walking device, etc. Homework, after the bucket digging bucket full discharge point discharge soil, empty bucket faces backward at the cycle of operations. Widely used in building construction, road engineering, water and electricity construction, farmland leveling, and military engineering and open pit, open storage and mining in the yard. According to the working device, points are shovel backhoe, digging shovel, shovel, grasp the shovel (also called grab), and other forms. Shovel bucket hinge of bucket rod end, supported by movable arm, the mining action from down to up, bucket tooth tip trajectory often arcs, stop the machine suitable for excavation surface above the soil. Backhoe excavator bucket and bucket rod hinged, the mining action are usually made of bucket teeth down on trajectory assumes the circular arc line, suitable for the soil excavation down below the surface. Digging shovel excavator bucket moving along the edge under the movable arm, movable arm in a fixed position, bucket tooth track in a straight line, thus can obtain straight mining face, suitable for excavation slope, ditches, or flat ground. Shovel excavator bucket is dustpan shape, bucket bottom front loaded bucket teeth. Work, casting at mining face outward bucket, bucket tooth borrow in heavy cut into the soil, and then by traction drag shovel digging, digging by ascending rope lift bucket, after the expiration of the turntable turned to unloading soil, flip bucket can dig down below the surface soil unloading soil, but also for underwater mining, large range of mining, but mining accuracy is poor. Grasp shovel excavator bucket composed of two or more jaw disc hinge, jaw valve open, throw in mining face, the flap of the blade cut into the soil, the use of wire rope or hydraulic cylinder round in palate, digging soil. Loosen the jaw valve can be unloaded soil. Used for foundation pit or underwater mining, digging depth. Can also be used for loading grain material. Earthworks commonly used in small and medium-sized excavators, its working device can be moved around, change different bucket, can be different operations. Can also be converted into a crane, pile driver, tamper, therefore calls the general (ips) excavator. Mining or mine drivers generally only equipped with a working device, single operations, therefore calls for excavators. Key words: single bucket excavator; mining institutions;creative thinking; multi- purpose function. 目目 录录 绪论 1 1 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 2 2 第二章 挖掘机手臂的工作设置 4 4 2.1 动臂的结构形式：4 2.1.1 组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点.4 2.2 确定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式4 2.2.1 斗齿安装方式:5 2.2.2 铲斗的结构形式:5 2.3 设计步骤及参数选择：6 2.4 斗型设计7 2.4.1 铲斗参数设计：.7 2.4.2 斗型计算.7 2.5 动臂的参数选择：8 2.6 斗杆参数计算：.11 2.7 摇杆连杆参数设计：.13 第三章 液压元件的选择及系统的计算 1414 3.1 主要参数的设定：.14 3.2 铲斗油缸作用力的确定：.14 3.3 斗杆油缸作用力的确定.16 3.4 动臂油缸作用力计算.17 3.5 液压系统计算.17 3.5.1 液压传动计算18 第四章 强度校核计算 2020 设计结论 2525 结论 2626 参考文献 2727 致 谢 2929 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 绪论 1 绪论绪论 液压挖掘机开发的机械工作过程的基础上，是一种尖端切割土壤和铲斗装满提 升，转向卸土的位置，清空铲斗挖掘位置和下后再次启动，液压后，挖掘机是一种 土方机械的运行周期。 液压挖掘机的机械传动，工业与民用建筑，交通，水利建设，露天开采和军队 现代化建设，在工程广泛的应用，并且是不可缺少的各种建设条件是一个重要的机 械设备。在建项目，可用于苦坑，排水沟，拆除的旧建筑，平坦的地方，在使用工 作装置中，可卸可装，安装，打地基，脱出其根源。在水利建设，水库，运河，水 坝可用于基坑，排水和灌溉沟渠，疏浚和深挖原有的渠道，等开挖在铁路，公路， 土石方，路基建设，平整场地，用来挖掘道路开挖水渠的建设。 在石油，电力，通信基础设施和市政建设，电缆和管道等的挖掘采矿在开放领 域，可用于剥离矿石或煤炭，也可用于队旗，装载和钻井作业。在军事工程，或用 于道路建设，挖战壕和掩体，建有各类军事结构。因此，液压挖掘机品种的工程机 械是最重要的一条，减少繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快建设进度， 推进工程建设的发展，起着很大的施工部门统计，一 1.0 立方米液压挖掘机挖斗容 量埋在土壤中，每类相当于生产率工作。因此每天约 300300 名工人，发展 液压挖掘机，以提高劳动生产率加快国民经济的发展具有十分重要的意义。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 2 第一章第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍单臂挖掘机反铲工作装置介绍 图中为反铲工作装置为单臂挖掘机时的一种主要工作结构 ，单臂反铲工作装置 是由 1 动臂、2 动臂液压缸、3 斗杆液压缸、4 斗杆、5 铲斗液压缸、6 铲斗、7 连杆 和 8 摇杆组成。单臂挖掘机特点是因为各构件之间都运用的是铰接连接，并通过改 变各液压的运动缸运行周期来改变工作过程中的各个动作。动臂 1 通过动臂液压缸 2 的支撑将下铰点与回转平台铰接，动臂的升降是由动臂的倾角大小决定的，只有 改变动臂液压缸的运动周期即可改变动臂倾角。动臂的上端和斗杆 4 铰接于，斗杆 绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸 5 控制，当斗杆液压缸运作时， 斗杆通过绕动臂的上铰点转动来改变转角。斗杆 4 的末端与铲斗 6 铰接，因此铲斗 绕铰点转动是由铲斗液压缸 5 的伸缩来控制。为了便于增大铲斗的转角，铲斗液压 缸一般由连杆 7 和摇杆 8 连接再与铲斗连接。液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖 掘停机面以下的土壤，如基坑等，其挖掘轨迹是由各液压缸的运动及其组合来控制。 然而反铲液压挖掘机的工作过程，则是先将动臂放置至挖掘位置，然后转动斗杆连 接铲斗，当挖掘至装满铲斗时，便提起动臂使铲斗离开土壤，边回转边提升至卸载 位置，使转斗卸出土壤，然后再回周而复始转至工作装置开始下一次作业。动臂液 压缸主要作用是调整工作装置的挖掘位置，一般不可单独挖掘土壤；而斗杆挖掘可 获得较大的挖掘行程，使挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖 掘结束时装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机 图11 整体式弯动臂 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 3 的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。工作效率因采矿和开采的行程很短，所以 转向挖掘可用于消除障碍或提高实践，熟练运用的液压挖掘机的人员可根据实际情 况，从而合理的控制液压缸，准确运用所有的液压缸液压气缸，以达到最有效的挖 掘。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 4 第二章第二章 挖掘机手臂的工作设置挖掘机手臂的工作设置 2.12.1 动臂的结构形式：动臂的结构形式： 井架是在工作单元的主要成分，所述斗杆的结构通常依赖于可动臂的分为两类， 积分和模块化的结构。简单的直动臂结构，重量轻，紧凑的布局，它主要用于悬挂 挖掘机，挖土装置整体的可动臂的常见的形式是有用的，以获得更大的采矿转动可 动臂在弯曲结构的形状和强度，值得指出的是，有时采用臂的三个变化是有益的， 以减少弯曲的应力集中。积分斗臂结构简单，价格优廉，相同的结构结合可动臂是 光缺点是替代能力低，差为了扩大其机械通用性，增加其需要配几套普通工作装置， 用于类似于长期的操作是更合适的积分可动臂结构。 合并的可动臂通常用于弯曲所述臂是两种的结合，有辅助连杆（或液压缸）连接， 另一种抽苔。 2.1.12.1.1 组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点 2.2 确定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式确定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式 将合并的可动臂的主要优点是： 1.工作尺寸和挖掘力可根据通过螺栓或连杆调整时间连接运转变化仅 10 分钟，通 过液压缸连接时可以调节来调整。 2.合理满足各种设备参数和结构的操作的要求，然后简单地解决的主要更换设备的 统一的问题越多，更换也一般情况下，动臂装置要求能适应各种作业，也不需要改 变。 3.容易清除。 由于上述优点，结合可动臂的结构比和对可动臂理解的更复杂性，但它已被越 来越广泛地在小型和中型一般的液压挖掘机的操作条件时，使用组合的可动臂是比 较合适的。 设计操作条件是单一的，因此选择整体动臂。臂也具有整体的和模块化二，大部分 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 5 的挖掘机采取和，当需要调整或杠杆臂长度改变斗杆被使用，或在斗杆上设置 24 为调整时，提供选择和可动臂孔端利用反铲结合斗杆。 2.2.1 斗齿安装方式斗齿安装方式: 至今为止挖掘机安装的方式有两类，第一种就是大多采用螺栓连接-斗容量 q0.6m3时，第二种使用橡胶卡销结构-斗容量 q0.6m3时。 由于本次设计斗容量 q=0.2 m30.6m3，因此斗齿安装方式为螺栓连接 2.2.2 铲斗的结构形式铲斗的结构形式: 合理选择的桶参数和结构形状在挖掘机操作效果是非常铲斗操作目标是多方面 的，不同的操作条件下，采用一个水桶，以适应任何困难的工作对象和为了满足具 体的情况，尽可能提高了工作效率，一般挖土设备配备甚至十个不同桶的容量，桶 的不同结构的形式。 至今为止，对于斗结构形式的研究尚处于现场试验，模型试验在实验室测试或 阶段，没有建立例如某人的一次系统 0.6 立方米能力和吊桶式不同的反向斗在对比 测试二在 RH6 液压挖掘机中，如表 3-1.Due 挖掘阻力的结果是小的，是不以反映的 桶设计的合理性敏感，所以两种页岩的测试结果操作效果是不同的，切割前中间稍 微突起的桶中的一个，与没有横向齿，横向臂微凹，这些因素使得页岩开采电阻桶 是相反。 对于各种桶结构中的一个统一的要求的形状是： 1.有利于材料的自由流动，所以不应该被铲斗内设置臂水平凸缘，如边缘与桶的 底部的纵剖面形状应当适合于各种材料的运动。 2.为使材料容易在网络上的粘土排出卸载，因此延长运转周期，减少使用铲斗容 量如此有效地在国外已经被迫卸土泥桶。 3.为了使进料水桶不容易掉出来，斗宽度和材料的比例颗粒直径应大于 4：1。 当这个比例大于 50：1 不考虑的影响粒径，作为均质材料。 4.单齿，有利于增加，以切断或损坏的阻力是很大的挖硬土或砾石从齿耙料出来的 水桶和材料刚刚接触线挖掘的压力，形状，结构和安装尺寸参数是值得研究的，其 主要的要求是采矿，阻力小，耐磨损，更换方便。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 6 表表 2-12-1 反铲斗对比试验结果反铲斗对比试验结果 作业条件 铲斗 编号 铲斗充满时 间 （s） 生产率 （10KN/h） 效率 （%） 在页岩中 作 业 铲斗 1 铲斗 2 19.05 40.6 42.6 22.68 100 53.3 在砂中 作 业 铲斗 1 铲斗 2 5.9 6.3 163.5 152.7 100 93.3 2.32.3 设计步骤及参数选择：设计步骤及参数选择： 反铲装置总体方案包括以下几个方面： 1.井架和安排井架液压缸 确定与组合式或整体可动臂，并且可动臂的模块化组合或积分可动臂液压缸布置悬 挂或类型下方的形状。 在所识别的积分可动臂，为下一个可动臂式液压缸装置的前面。 2.斗杆和斗杆液压缸排列 确保整体的或组合使用的斗杆，和合并的斗杆组合或独石斗杆是否可变转折点确定 的积分杆。 3.确保比可动臂和斗杆臂的长度，即设有参数 对于具有一定规模的工作中，动臂臂长比之间有很多时 2（ 3）已呼吁反铲长动 臂短臂，当1.5 属于短动臂长臂，为 1.52 的比例。本设计采用了中型解决方案， 取= 1.8。 4.确定匹配的水桶，水桶的容量及主要参数，并考虑铲斗连杆传动比调整的需要与 否。 5.根据液压缸系统的压力，流量，系统循环注射方式，条件和达到制造诸如以确定 液压缸，气缸，气缸的直径，总延伸率和的总收缩率的数量的要求结构尺寸，运动 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 7 津贴，稳定性和因素如成分的运动的幅度一般取= 1.61.7，个别情况下为可动臂摆 动角度和铰链点 置要求可以取1.75，而取1.61.7，1.61.7。 1 2 3 2.4 斗型设计斗型设计 2.4.1 铲斗参数设计：铲斗参数设计： 铲斗容量、转斗挖掘半径，斗宽和转斗挖掘装满转角（令）qRB2 max 是铲斗的四个主要参数。、及三者与之间有以下几何关系 RB2q q = (22) S KBR)2sin2( 2 1 2 其中：铲斗挖掘半径，单位m；R 0.2m 其中：=0.2m3(已知)，铲斗斗容量；qq 铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范B 围，查表 26，取0.75m；B 铲斗挖掘装满转角，一般取90100，取951.658rad222 把、代入式(31)得：qB2 0.20.75（1.658sin95） 2 1 2 R S K 解得：0.803mR 2.4.2 斗型计算斗型计算 通过计算斗形尺寸来确定铲斗主要参数，常见铲斗斗形参数参考表 3-1。不同 的形状的斗形是通过改变三角形的形状来改变的。 根据比拟法得出斗形尺寸OEG =0.75m(已知)、=0.803m(已知), 得到：b D R =0.294m;=0.534m;=0.87; 1 x 2 x 3 x =0.7324m;=0.0706m;Rm =40; =23; =108 =0.56m.HL 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 8 1 1斗齿几何形状斗齿几何形状 挖掘比阻力达到最小值是通过改变铲斗的几何形状。铲斗切削时的主要参数，如 图 3-10 所示，图中长度 L、铲斗容量 q、高度 H、宽度 B、切削角 、刃角 和后 角 等参数的选择都对挖掘比阻力有直接影响。 为使斗侧壁不参与切削，铲斗应装有侧齿。 齿宽0.11=0.11=0.064m; (2-3)bq 3 2 . 0 齿长 0.260.260.152m; lq 3 2 . 0 齿距为：=(2.53.5)=(0.160.192)m,取=0.18maba 斗前臂与切削面的间隙取=0.7=0.0448mfb 又由于铲斗宽度 B=0.75m,齿宽与齿距之和为 0.064+0.18=0.244m =3.07 因此铲斗装有 3 个齿。 ba B 244 . 0 75. 0 切削角对切削阻力影响也很大。通常，挖级土时，斗切削角为 2035（较大值适用于硬土，小值适用于一般土），常用切削角为30， 本次设计取30，后角不应小于 5，切刃角取 25。 2.5 动臂的参数选择：动臂的参数选择： 铲斗容量0.2m3,根据单臂液压挖掘机的有关设计标准，通过类比法，选出参数q 机重5 吨。也可根据经验公式计算法，参考表 1-3 机体尺寸和工作尺寸经验系G 数表，线尺寸参数:=m 得出:L iLi k 3 G 最大挖掘半径=3.35=5.728m； (2-4) R 1 3 5 最大挖掘深度=2.05=3.505m； (2-5) H max1 3 5 最大卸载高度1.55=2.65m； (2-6) 据统计H max3 3 5 ，最大挖掘半径值一般与+ + 的和值很接近。因此由要求，已R 1 l 1 l 2 l 3 R 1 定的和可按下列经验公式初选、： 3 l 1 Kl 1 l 2 （2-7）l 2 1 31 1K LR 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 9 =Kl 1 l 2 其中：=5.728m；1.8；R 11 K 经计算得出：=1.759m；l 2 = =1.81.759=3.166m (2-8)l 11 Kl 2 在三角形 CZF 中，、和都可以根据经验初选出： 1 l 13 K 其中：动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但降低了卸载高度，但太小对 1 结构的强度不利，一般取 120140，取140； 1 前面已算出为 3.166m；l 1 动臂转折处的长度比，一般根据结构和液压缸铰点 B 的位置来考虑，初 3 K ZC ZF 步设计取1.11.3，取1.2； 3 K 3 K 因此根据公式：可以算出、 41 l 42 l 39 l 41 13 2 3 1 cos21KK l lK l （2-9） 42341 =ZCFarccos() 39 142 2 41 2 1 2 42 2ll lll 经计算得出：ZC= =1.529m； 41 l ZF= =1.834m； 42 l =17.9 39 斗杆液压缸全缩时=最大（图 312），常选 （）=CFQ 832 832 max 160180.本设计中取（）170。 832 max 取决于液压缸布置形式，（图 3-11），动臂液压缸结构中这一夹角较小，可BCZ 能为零。单臂挖掘机动臂液压缸其铰点一般置于动臂下翼加耳座上，B 在 Z 的下面。 初定BCZ5，根据已知CZF22.1 ，解得BCF17.1。 由图 3-12 得最大卸载高度的表达式为 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 10 ） 211max11115Amax3 sin(sinYHll （2- 32118max1max322 )180sin(ll 10） 由图 3-13 得最大挖掘深度绝对值的表达式为 （2- A YllllH 1152min111123max1 sin)sin( 11） 将这两式相加，消去， 5 l 并令，+-，得到：A 11 2 BA 8 max32 - -A) +-1=0 H max1 H max3 l 1 )sin( max1 Asin( min12 l)Bsin( max1 式 （2-12） 又特性参数： （2- 4 K min11 max1 sin sin 13） 因此 sin min1 14 max1 sin K =) （2-14）cos min1 2 1 2 4 max1 2 sin (1 K 将上式代入式（3-6）则得到一元函数 f()=0。式中和已根据经 max1 H max1 H max3 验公式计算法求出，经计算得出：29.6；73.5 min1 max1 最后由式（3-5）求为 5 l （2- 5 l 11 max1min1123 sin )sin( HYAlll A 15） 70sin 505 . 3 65 . 0 ) 6 . 29 1 . 97sin(166 . 3 562 . 2 0.638m 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 11 （其中：=3.166m；1.759m；97.1； 1 l 2 lA 由于履带总高0.320.547，近似取=0.65m） 3 5 A Y 然后，解下面的联立方程，可求 和 ：=arcos()=arc( min1 57 2 min1 2 5 2 7 2 ll Lll ) 2 1 22 =arcos()=arc() （2- max1 57 2 max1 2 5 2 7 2 ll Lll 2 222 16） 于是： = min1 L 5 l =x max1 L min1 L （2-17） = 1 L min1 L 经计算得出：1.63；0.67；=0.952m； min1 L 1.52m；=1.61m max1 L 7 l 由上述结果联系实际的到下列几何公式：+=2.36；|- =0.961 2.6 斗杆参数计算：斗杆参数计算： 1.计算斗杆挖掘阻力： 斗杆挖掘过程中，切削行程较长，对于土的切削能力在挖掘过程中视为常数， 通常取斗杆在挖掘过程中总转角=5080,在本次设计65，这时半齿的 g g 运行行程为： g rs 6 01745 . 0 其中：斗杆挖掘时的切削半径，； 6 r 6 rFV 取1.7590.8032.562m max FV 32 ll 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 12 斗杆挖掘时的切土厚度： g h S g BSK q h SgBK r q 6 01745 . 0 斗杆挖掘阻力为： (2-18) sg gg Kr qK BhKW 6 0 01 01745 . 0 式中挖掘比阻力，由表 010查得，20（级土壤以下） 0 K 0 K 土壤松散系数近似值取 1.25。 s K 斗杆与铲斗和之间，为了满足下铲和最终卸载及运输状态的要求，铲 2 l 3 l min FV 斗的总转角往往要达到 150180， (2-19) 32 2 min 2 3 2 2 2 30cos ll FVll 0.866 803 . 0 759. 12 803 . 0 759 . 1 2 min 22 FV 计算得：1.137m min6 r min FV 把、代入式 3-12 得 0 Kq min6 r g s K 2.48KN 3 max1 10 25 . 1 65137 . 1 01745 . 0 2 . 020 g W 2.确定斗杆液压缸的最大作用力臂。 m 2 32max 9max2 )( P llP le G 455 . 0 96.13 803 . 0 759 . 1 48 . 2 ）（ 其中：根据公式计算得出13.96KN 2 P 斗杆液压缸初始力臂与最大力臂之比是斗杆摆角的余弦函数。设 20 e max2 e max2 ,则 z ee 220 (2-20) 9 max2 9 max2 202 cos l l e e 2 cos max2 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 13 由图 313，取，求得 z ee 220 1.203m 1 2 sin2 2 max2 9 min2 l L 16 . 1 5 . 52sin455 . 0 2 （其中斗杆摆角范围大致在 105125，取105） max2 ) 2 cos(2 max2 9min2 2 9 2 min2 8 lLlLl =） 2 105 cos(455 . 0 2455 . 0 203 . 1 22 =1.588m 2.7 摇杆连杆参数设计：摇杆连杆参数设计： 通过对几何要求和结构分布的角度要求考虑，重要是保证铲斗六连杆机构在 全行程中任一瞬间时都不会被破坏，即保证、及四边形在 3 lGFNGNMHNQK 任何情况皆成立。根据铲斗六连杆机构的要求，凭借外界有力因素选出可行的方案： 0.27m；0.156m；0.195m；0.312m；0.3mQNMHNMHKHN 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 14 第三章第三章 液压元件的选择及系统的计算液压元件的选择及系统的计算 3.1 主要参数的设定：主要参数的设定： 系统的工作压力，流速，以及两者的乘积，即液压动力的系统是液压系统设计 的主要参数，常常选定的工作压力，同时根据所叙述的移动速度执行元件，来确定 其流率。由于本设计结构简单质量较轻所以选液压功率小于 40kW，工作压力取 16000 kPa。p 3.2 铲斗油缸作用力的确定：铲斗油缸作用力的确定： 为了容易观看如图 41 所示，忽略土和斗的质量，同时忽略所有机构质量及器 之间的工作效率影响因素，对铲斗油缸作用力为： (3-1) gd c d l lF F max1 铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为摇臂长度）， gd l =0.24m； gd l 对铲斗与斗杆铰点的力臂，m； c l max1 FC 最大铲斗挖掘阻力，N； max1 F 最大铲斗挖掘阻力为： (3-2)17000)cos1 (5012 35 . 1 maxmax1 XZABD kkkkRCF 式中土壤硬实密实计打击次数，对级土壤，915，对级土壤，CC 1635；本设计取15。CC 铲斗与斗杆铰点齿尖距离，即铲斗的转斗切削半径，m；0.803m. D R D R 挖掘过程中总转角的一半，即最大转斗挖掘力位置，已得出47.5 max max 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 15 切削刃宽度影响系数，12.6b,b 为铲斗宽度 0.75m； B k B k 2.95m； B k 切削角变化影响系数，取1.3； A k A k 斗齿的影响系数，取0.75（无齿时取1）； z k z k z k 前边斗齿对地面倾斜角度的影响系数，取1.15； X k X k 得出：57.455KN。 max1 F 因此把57.455KN、=0.24m、0.705m 代入式 41 得： max1 F gd l c l =168.77 KN d F 而此时动臂油缸及斗杆均处于关闭封锁状态，得出斗杆油缸的闭锁力应满足 g F (3-3) g F gB B gB B l lF l lF 2max1 式中 斗杆油缸闭锁力对斗杆与动臂铰点的力臂，参考图 41 gB l g F 由 CAD 得出0.42m； gB l 对斗杆与动臂铰点的力臂，由 CAD 做图得2.565m； B l max1 FB B l 对斗杆与动臂铰点的力臂，由 CAD 做图得0.98m； B l 2 FB B l 挖掘阻力的法向分力，取（0.10.2）5.745511.491KN, 2 F 2 F max1 F 取 8.5KN； 2 F 因此400.7KN g F 动臂油缸闭锁力应满足： b F 5 2 5 max1 l lF l lF AA 式中 动臂油缸闭锁力对铰点的力臂，0.638m； 5 l b FA 5 l 对动臂下铰点的力臂，5.255m； A l max1 FA A l 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 16 对铰点的力臂，0.3m； A l 2 FA A l 因此478.7KN b F 3.3 斗杆油缸作用力的确定斗杆油缸作用力的确定 如图所示忽略所有机构的重量和连杆机构效率的影响，斗杆油缸作用力为： g F (3-4) g F gB B l lF max1 式中： 由 CAD 做图得，2.07m； B l B l 由 CAD 做图得，0.36m； gB l gB l 得出：330.34KN g F 而此时铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁状态，所以铲斗油缸闭锁力应满足 d F d F gd C l lF max1 式中： 由 CAD 做图得，0.8m； C l C l 由 CAD 做图得，0.42m； gd l gd l 得出：109.438KN d F 动臂油缸闭锁力应满足： b F d F 3 2max1 l lFlF AA 式中:由 CAD 做图得，4.52m； A l A l 由 CAD 做图得，可忽略不记； A l A l 由 CAD 做图得，0.638m 5 l 5 l 得出：407.05KN。 d F 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 17 3.4 动臂油缸作用力计算动臂油缸作用力计算 运动过程中中最大提升力，是由动臂油缸的作用力决定的，同时可以提高铲斗 装满土壤时的位置至最佳卸载位置进行卸载，其计算简图 43 所示，此时动臂油缸 作用力为： (3-5)( 1 5 bAbgAgdAdtb lGlGlG l F 式中:铲斗及其装载土壤的重力，N； dt G 斗杆所受重力，N；1.79KN； g G g G 动臂所受重力，N； =2.23KN； b G b G 铲斗质心到动臂下铰点的水平距离，m；4.72m； dA lA dA l 斗杆质心到动臂下铰点的水平距离，m；3.33m； gA lA gA l 动臂质心到动臂下铰点的水平距离，m；1.155m； bA lA bA l 200.8620.86KN 其中斗内土重=20KN,铲斗重=0.86KN； dt G 把、0.61m 代入上式得： dA l gA l bA l b G g G dt G 5 l ）23 . 2 155 . 1 79 . 1 33 . 3 86.2072 . 4 ( 38 . 0 1 b F =281.57KN 3.5 液压系统计算液压系统计算 单斗液压挖掘机的主要参数如下，由此根据不同样式的液压泵和压力进行初步 计算。 机械总重 5t 动臂液压缸推力 281.57KN 斗杆液压缸推力 330.34KN 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 18 铲斗液压缸推力 168.77KN 3.5.1 液压传动计算液压传动计算 使用定量泵，根据液压缸推力来决定系统工作压力kPa 工作液压缸缸16000p 径，假使液压油缸的压力损失500kPa,液压缸回油背压1000kPa，液压缸大 1 p 1 p 小腔作用面积之比为（为大腔作用面积，为小腔作用面积），根据公 0 2AA A 0 A 式 (3-6) 021 1 . 0)( 1 . 0ApAppF 0.1（16000500）0.11000A 0 A 1500A 求得：动臂液压缸：281.57KN b F 15.46 取系列值 16 1500 4 1 b F D 150014 . 3 2815704 斗杆液压缸：330.34KN g F 16.75 取系列值 17 1500 4 2 g F D 150014 . 3 3303404 铲斗液压缸：330.34KN d F 11.97 取系列值 12 1500 4 3 d F D 150014 . 3 1687704 假设在分流情况下，斗杆液压缸与动臂的伸出速度为 9cm/s,铲斗液压缸的伸出 速度为 12cm/s，则根据公式 (3-7)vAQ v 1000 60 v D v 41000 60 2 式中 液压缸的容积效率，取 0.98 v 当动臂液压缸单独动作时所需流量 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 19 9110.73 L/min 1 Q 4 16 98 . 0 1000 60 2 当斗杆液压缸单独动作时所需流量 9 125.01 L/min 2 Q 4 17 98 . 0 1000 60 2 当动臂液压缸单独动作时所需流量 1283.05L/min 2 Q 4 12 98 . 0 1000 60 2 由此得出，各泵流量均取系列值 125L/min、125L/min、100L/min 动臂液压缸实际的伸出速度： =11.56m/s A Q v v 60 1000 1 1 4 15 60 98. 01251000 2 斗杆液压缸实际的伸出速度： =9m/s A Q v v 60 1000 2 2 4 17 60 98. 01251000 2 铲斗液压缸实际的伸出速度： =14.45m/s A Q v v 60 1000 3 3 4 12 60 98 . 0 1001000 2 根据计算初选 CBFA18CFL（C）型齿轮双泵，排量 18.32ml/r,额定转速 1800r/min,最高转速 2400r/min,额定压力 14MPa,最高转速 17.5MPa 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算 20 第四章第四章 强度校核计算强度校核计算 臂（特别是在标准和扩展臂）强度由弯曲力矩控制，所以计算出的位置可根据 斗杆挖土工作可能的最大弯矩到斗杆工作手测试表明挖掘阻力的最大应力发生在斗 杆危险截面转弯采矿工况下计算的位置是根据下列条件决定： 1.根据现有结果选定一个反铲挖土机设备力分析。 2.近似计算，通常采取以下两个位置： 计算出的位置（图 5-1），条件如下： 1）动臂位于最低（井架液压缸完全收缩）的; 2）在斗杆油缸动作杠杆臂（最大斗杆液压缸和动臂角度的端部为 90）; 3）在铲斗和斗杆斗齿铰接点和在臂描述和附连到可动臂铰接点的延伸部分; 4）侧齿遇到障碍物有横向力。 此时，工作力具有重量各部分（斗，斗杆和动臂），在横向斗齿的挖掘阻力的 影响的工作设备（包括切向力，力和水平力正常组件.Bucket 挖的），斗液压缸工 作力量可以通过切向阻力可取桶隔离体来克服，根据点的铰链力矩平衡方程= 0 获 得 (4-1) ( 1 2 6 67 1 rG r rr P l W dd d 由图 51 画图得： 0.766m；0.3m； d l 5 r 0.423m；，0.268m；，0.142m； 6 r 7 r 2 r 把 、代入式 51 得： d l 5 r 6 r 7 r ）0.1420.86 0.423 0.30.268 77.168( 766 . 0 1 1 W 求得：41.718kN 1 W 动臂液压缸的闭锁力由法向阻力决定，认为工作装置为隔离体，同时对 B P 2 W 动臂底部铰点的力矩平衡方程0 求得：A A M 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算 21 (4-2) 01A 1 2 )GGM
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