液压挖掘机工作装置结构设计说明书

需要购买图纸咨询Q1459919609或Q1969043202摘 要此次设计的题目是挖掘机工作装置的结构设计。根据任务书中给出，要求对液压系统的传动进行计算，那么就应该是设计液压挖掘机。我们知道，依靠液压传动的挖掘机的综合性能要比依靠机械传动的挖掘机好。而且液压挖掘机具有体积小，结构紧凑，传动平稳，挖掘力大，操作简便，以及容易实现无级变速和自动控制等优点。同样地，从任务书中知道，主要参数为：整机质量10吨，反铲斗容量0.18立方米，液压系统的工作压力14。通过上述内容，明确了需要设计小型履带式单斗液压挖掘机的反铲装置。要求实现：最大挖掘深度3.582米，最大挖掘高度5.365米，最大卸载高度2.792米以及最大挖掘半径5.884米。关键字：液压系统，液压挖掘机，反铲装置AbstractThe topic of this design is the structure design of excavator working device. According to the task book, it is required to calculate the transmission of the hydraulic system, then the hydraulic excavator should be designed. We know that the comprehensive performance of excavators relying on hydraulic transmission is better than that relying on mechanical transmission. Moreover, the hydraulic excavator has the advantages of small size, compact structure, smooth transmission, large excavation force, simple operation, and easy realization of stepless speed change and automatic control.Similarly, as we know from the task book, the main parameters are as follows: the overall quality of the machine is 10 tons, the backhoe capacity is 0.18 cubic meters, and the working pressure of the hydraulic system is 14. Through the above contents, it is clear that the backhoe device of small crawler type single bucket hydraulic excavator needs to be designed. Requirements: maximum excavation depth 3.582 meters, maximum excavation height 5.365 meters, maximum unloading height 2.792 meters and maximum excavation radius 5.884 meters.Key words: hydraulic system, hydraulic excavator, backhoe device目 录1 绪论11.1 国内外研究状况11.2 论文构成及研究内容22 工作装置总体方案设计22.1 工作装置的构成22.2 动臂及斗杆的结构形式32.3 动臂油缸与斗杆油缸的布置42.4 铲斗与铲斗油缸的连接方式42.5 铲斗的结构选择42.6 液压系统设计方案原则53 工作装置运动分析53.1 动臂运动分析53.2 斗杆的运动分析73.3 铲斗的运动分析83.3.1 铲斗连杆机构传动比i83.3.2 铲斗相对于斗杆的摆角393.3.3 斗齿尖运动分析93.4 特殊工作位置计算113.4.1 最大挖掘深度H1max113.4.2 最大卸载高度H3max123.4.3 水平面最大挖掘半径R1max123.4.4 最大挖掘半径R2max133.4.5 最大挖掘高度H2max134 工作装置挖掘阻力分析144.1 转斗挖掘阻力计算144.2 斗杆挖掘阻力计算155 工作装置基本尺寸的确定165.1 斗形参数的确定165.2 动臂机构参数的选择165.2.1 1与A点坐标的取值165.2.2 l1与l2的选择175.2.3 l41与l42的计算175.2.4 l5的计算175.3 斗杆机构基本参数的选择205.4 铲斗机构基本参数的选择215.4.1 基本计算215.4.2 转角范围225.4.3 在铲斗机构其它基本参数的计算226 工作装置的结构设计计算246.1 斗杆的结构设计246.1.1 斗杆的受力分析246.1.2 结构尺寸的计算296.2 动臂结构设计316.2.1 危险工况受力分析316.2.2 内力和弯矩的求解356.2.3 结构尺寸计算366.3 铲斗的设计386.3.1 铲斗斗形尺寸的设计386.3.2 铲斗斗齿的结构计算397 挖掘机液压传动部分计算397.1 确定液压系统类型407.2 液压系统的传动求解和液压元件的取用407.2.1 液压系统首要参数的确认407.2.2 挖掘机液压缸作用力的确定407.3 液压系统初步计算447.4 工作装置传动计算457.5 液压泵参数选择和发动机功率计算467.6 主油管管径和油箱容量478 回转机构部分计算488.1 回转马达设计计算489 销轴与衬套的设计选用499.1 销轴的设计499.2 销轴用螺栓的设计499.3 衬套的设计49总 结50参考文献51致 谢521 绪论1.1 国内外研究状况通过大量的研究表明，大规模、小型、功能变多和根据用途设计独立的挖掘机是现在挖掘机迈向的方向。由于在国外，他们已经开始选用和以前不一样的技术，更加适宜的工艺，更恰当的机构和更好的材料，这样就使挖掘机的发展进程加快。在我们国家，对于挖掘机的制造，也已经开始系列化，还有就是在最近几年，也从别的国家吸入了一批比较好的挖掘机。相信我们国家,在完成通用化,标准化,系列化的道路上会越走越快。如今，很多国家都正在进行单斗液压挖掘机的实验和探索，这是因为他们的一些指标比较好，挖掘机的稳定性较高。现在，综合控制技术比如机电一体化，也在挖掘机上面得到了很好的应用，这是因为液压技术为其他技术提供了基础。为了让挖掘机效率更高和更加节能，专家们已经开始专注于提升动力和传动系统；并且单斗液压挖掘机已经在很多领域得到作用的发挥，生产制造的成本比以前低，更加标准，这样主要是为了让挖掘机工作性能更好，更加稳定。单斗液压挖掘机的发展:1、体积往大规模发展并且也向小型发展。2、更加广泛地使用节能技术。3、用得更久且更稳定。4、工作装置结构不断革新，而且工作领域会不断扩张。5、用电力来替换内燃机去驱动挖掘机进行工作。6、革新设计液压元件的理念，不断去改进液压系统。7、综合技术运用得更好，比如机电一体化技术。8、为了提高效率，增加铲斗的体积容量，用的功率更大，使制造效率更高。9、加入的人机工程学更加完善。1.2 论文构成及研究内容对铲斗、斗杆、动臂机构以及它们所对应的液压油缸，再联同销轴、连杆机构和螺母螺栓这些零部件组成的挖掘机反铲装置进行分析并设计计算是本次设计的主要点。具体内容包括以下部分:1、 挖掘机反铲装置的整体计划设计。2、 挖掘机的反铲装置装配设计、零件具体结构设计。3、 液压传动设计及计算。4、 液压控制部分的设计。5、 回转机构设计。6、 根据设计参考书，尽量选用标准零部件。2 工作装置总体方案设计2.1 工作装置的构成图2-1 工作装置组成图1回转平台；2动臂；3动臂液压缸；4斗杆液压缸；5油管；6斗杆；7铲斗液压缸；8摇臂；9连杆；10铲斗依照图21所示，将动臂下端铰接在回转平台之上，根据动臂液压缸的伸出和缩进，让所有反铲装置围绕动臂下端的铰点转动。对于斗杆的运动，那么显然，应该通过控制斗杆液压缸去完成，在斗杆的下端，铰接的是铲斗，对于铲斗的运动，需要根据铲斗液压缸来决定。在挖掘机进行挖掘工作时候，需要回转马达来使转台运动，转台运动那么在转台之上的反铲装置就能够去到工作的地方，这个时候控制进到动臂液压缸的小腔部分的液压油让缸往回缩进，当动臂的高度减少到使铲斗可以进行挖掘时候，控制对斗杆液压缸或者是铲斗液压缸的大腔部分的液压油量，让它们伸长，然后这个时候铲斗就可以进行挖掘工作了。等到挖掘作业结束时，就是铲斗里已经满了，这个时候需要控制铲斗液压缸和斗杆液压缸让它们停止运动，同时应该控制动臂液压缸，让它的大腔部分有液压油进入，动臂高度就会上升，然后再通过操作控制回转马达，回转平台转动让反铲装置去到堆放铲土的地方，这时候应该让铲斗或斗杆的液压缸的进油得到控制，使它们往回缩进，接着铲斗就可以进行卸料。如此，进行下面的挖掘作业也是一样的道理。但是，因为挖掘机液压系统和挖掘的路面状况以及被挖掘土的问题，所以真正在进行挖掘工作的时候，反铲装置的构件的运动是可以进行很多的组合的，需要根据具体的情况选合适的方案。正如我们所知道的，变截面的箱体就是动臂和斗杆的制造形式，对于铲斗，则是使用比较薄的钢板通过焊接作业完成制造。通过研究动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸，我们可以把它们当作是承受载荷的杆形结构。那么通过上述了解，我们可以画出反铲装置的简单图示。图2-2 反铲装置在图2-2中，我们可以看到，反铲装置的适当的位置可以由动臂液压缸，斗杆液压缸以及铲斗液压缸它们的的长度来共同确认，只要它们的长度得到选取，就能够知道反铲装置的确切位置。2.2 动臂及斗杆的结构形式通过查找资料，我们知道对于像本次设计任务的挖掘机应当属于小型液压挖掘机，而整体式弯动臂就普遍应用在这些小型挖掘机之上。究其缘由，就是成本低下，而且它们的结构相对来说是很好的，同样的刚度，会比组合式的质量的值更低，还能使挖掘深度得到保证。同样的，我们对于斗杆也没有其他什么要求，所以也可以选取整体式的，因为就现实情况来看，这么选符合通常情况。2.3 动臂油缸与斗杆油缸的布置因为我们选用的只是一只动臂液压缸就能够满足挖掘机的基本工作要求，所以动臂液压缸可以放在动臂的正下方的适当位置，而动臂下端就铰接在回转平台靠前面的位置，比回转平台高一些，那么这样的布置通过资料研究是能够保证挖掘机的挖掘深度的。像我们平时所见到的体积较小的液压挖掘机都是选用反铲装置的动臂支点放在前面的计划。动臂液压缸的活塞杆末端按照通常情况就用销轴铰接在动臂弯角处合适的位置，这样能够对动臂受力情况有宜处。看上面的简图就可以明白。斗杆液压缸就铰接在动臂上底板合适的位置，后面会进行计算就可以知道。2.4 铲斗与铲斗油缸的连接方式反铲装置中斗杆和斗杆液压缸通常与摇杆和连杆组成连杆机构，分析发现为了能够让铲斗转角的值更大，我们选用比较适宜的六连杆机构，可以使铲斗部分的结构特性得到提升。铲斗液压缸就布置在斗杆上合适的位置。2.5 铲斗的结构选择对于铲斗的结构选择来说，比较重要的是考虑是否恰当，铲斗是直接进行挖掘的工具，所以选取它的相关参数要慎重，并且它需要满足下面的几个要求：1、让铲土可以随意流动。2、要使铲土卸尽方便。3、显然为了不做无用功，装进铲斗的铲土不应该漏出来，那么就要求铲斗的宽度和深度以及它的一些结构的角度必须合理。所以，正如我们看见的图23，我们考虑小型挖掘机都可以选的铲斗结构。图2-3 铲斗还有就是斗齿安装的方法，查询资料之后我们选用橡胶卡销式。见下图2-4。图2-4 铲斗斗齿2.6 液压系统设计方案原则挖掘机的液压系统：就是在符合挖掘机结构和装置的需求之下，将一定的液压元件按照恰当的方法连接在一起的一个系统。其中液压泵，把来自发动机的动力，传递给液压马达或者液压缸，然后这些执行元件，推动动臂、斗杆和铲斗还有回转机构、行走机构等这些运动。在挖掘机中，对液压系统的设计，也应该是恰当合理的，因为挖掘机的使用寿命和挖掘性能，会受它影响。3 工作装置运动分析3.1 动臂运动分析图3-1 动臂摆角范围由上面的图3-1,经过研究那么可以得出：图3-2 在上面图3-2的三角形ABC中：在上面的图3-2的三角形BCF中： 根据上面图3-2可以得出21： 如果21是负数，那么F点就应该在上图3-2中的与X轴平行的直线之下时； 如果21是正数，情况就会相反。我们经过研究知道：F点的坐标为： C点的坐标为： 动臂油缸的力臂e1： 显然，通过分析计算我们知道，动臂液压缸的最大作用力臂e1max= l5。3.2 斗杆的运动分析图3-3 斗杆机构摆角在上面图3-3的三角形DEF中：由上图的几何关系知，斗杆相对于动臂的摆角范围2max： 则斗杆的作用力臂：我们可以清楚地知道斗杆的最大作用力臂此时应该是e2max = l9，而且。3.3 铲斗的运动分析图3-4 铲斗连杆机构3.3.1 铲斗连杆机构传动比i利用图3-4，可以求得以下参数：在三角形HGN中： 在三角形HNQ中：在三角形QHK中：在四边形KHNQ中：铲斗油缸对N点的作用力臂r1 ： 连杆HK对N点的作用力臂r2 ： 连杆HK对Q点的作用力臂r3： 连杆机构的总传动比i： 我们在这里可以知道，i与铲斗油缸长度L3成函数关系，我们把L3min写进去，求到初传动比i0，L3max写进去可得终传动比iz。3.3.2 铲斗相对于斗杆的摆角3铲斗的瞬时位置转角为： 其中，在三角形NFQ中： 通过分析,铲斗油缸长度L3，取L3max时，我们能够求解：最大转角3max； 取L3min的时候我们能够求解出最小转角3min，那么对应的铲斗的摆角范围就应该是: 3.3.3 斗齿尖运动分析依照图3-5，由F点知：对于三角形CDF我们知道：DCF可以根据后面的设计计算来确定，等到DCF的值算出来那么就有： 在三角形DEF中：图3-5 齿尖坐标方程推导简图则可以得斗杆瞬间转角2 ： 我们可以知道4、6应该是在设计和画图中求解出来。由三角形CFN知：由三角形CFQ知：由Q点知：在三角形CFQ中：在三角形NHQ中： 在三角形HKQ中：在四边形HNQK：因此：，并且它应该可以是在后面的设计中确定。3.4 特殊工作位置计算3.4.1 最大挖掘深度H1max图3-6 最大的挖掘深度通过上面我们知道，当动臂液压缸都往回缩进去，并且F, Q, V三点在同一条直线上同时是在垂直的地方的时候，V点的Y轴坐标值就是最大挖掘深度，那么依据图3-6的最大挖掘深度我们可以得出下面的关系式: 3.4.2 最大卸载高度H3max3-7 最大的卸载高度通过上面我们知道，当斗杆液压缸都往回缩进去，而且动臂液压缸都全部伸出来，还有就是QV连线处于垂直状态，V点的Y轴坐标值就是最大卸载高度，那么依据图3-7最大卸载高度我们可以得出下面的关系式: （3-1）3.4.3 水平面最大挖掘半径R1max图3-8 停机面最大的挖掘半径通过上面我们知道，当斗杆液压缸全都往回缩进去，还有F、 Q、V三个点在同一条直线，斗齿尖V和铰点C在同一条水平线上面，就是当YC = YV，CV长度就是最大挖掘半径，依据图3-8，我们可以得到最大挖掘半径R1max关系式如下: : （3-2）上面的关系式子（3-2）中：3.4.4 最大挖掘半径R2max图3-9 最大的挖掘半径在水平面，C、V两点在最大挖掘半径工作情况下连线然后绕C点转到水平面得出的就是我们所要求解的挖掘机具有最大挖掘半径时的工作情况，CV长度就是最大挖掘半径。3.4.5 最大挖掘高度H2max分析在液压挖掘机最大挖掘高度H2max时的工作情况，我们通过研究知道它的具体分析方法和液压挖掘机在最大卸载高度工作情况时的分析方法相同。其实就是液压挖掘机在最大的卸载高度工作情况下，工作装置中的铲斗围着Q点转动，等到铲斗液压缸都往回缩进去，那么得到的就是我们需要找的工作情况，即最大挖掘高度H2max时的工作情况。V点的Y轴坐标值就是最大挖掘半径值。4 工作装置挖掘阻力分析4.1 转斗挖掘阻力计算挖掘阻力，可分为切向分力，与法向分力,其中，法向分力相对很小， （4-1）式中 F1 切削阻力的切向分力；C通过查找相关资料，我们知道这是对土壤的硬度系数的定义，这个时候如果我们要用于对级土壤的挖掘作业，那么就可以选值为90；R斗杆和铲斗相对应的铰点的圆心一直到铲斗斗齿尖部的距离，通过相关经验公式，我们已经算出它的值为90 cm；max挖掘过程中铲斗总转角的一半；已知max = 47.015；将它定义为：其中一个挖掘位置或工作地方的铲斗的瞬时的转角；B切削刃宽度影响系数，；A定义为切削角变化影响系数，选A = 1.3.；Z带有斗齿的系数，取Z =0.75；X定义为斗侧壁厚影响系数，X = 1+0.03S,其中S为侧壁厚度，单位为cm 。初步设计时取X = 1.15 ；D在相关资料中被定义为切削刃挤压土壤的力，由相关的经验统计和参考其它相同斗容量的液压挖掘机的取值，我们最终选用D = 8000N比较合理。通过研究我们知道如果有的时候，那么实际上就应该存在有铲斗挖掘工作的最大切向分力，可以得出下面的公式： （4-2） 将各参数代入式（4-2）得：转斗平均挖掘阻力，按平均挖掘深度下的阻力计算，通过研究那么平均的切削厚度为：平均挖掘阻力为： （4-3）将各参数代入上式（4-3）得。4.2 斗杆挖掘阻力计算斗杆在挖掘过程中总转角一般为，现取。斗齿尖的行程，实际上是斗杆转角，所对应的弧长，根据经验公式有：式中 定义为斗杆挖掘时的切削半径，斗杆与动臂铰点至斗齿尖距离，单位m。斗杆挖掘时切削厚度按如下公式计算：式中 q铲斗容量，B铲斗切削宽度m。斗杆挖掘阻力计算公式如下： （4-4） 式中 为挖掘阻力比，由资料查出，这里级土取,而，开始设计时选,将各参数用进上式（4-4）得：选成整数那么：。5 工作装置基本尺寸的确定5.1 斗形参数的确定任务书已经给出，用于计算铲斗其它相关的基础参数。平均铲斗宽度由经验公式算出然后我们取它的值B= 0.7 m。铲斗挖掘半径由经验公式算出然后我们取它的值R = 0.8 m。转斗挖掘填满转角（2）：R、B及2三者，与q之间，有以几何关系： （5-1）在上面的关系里：相关资料将KS定义为土壤的松散系数，通过分析我们选它的值为1.25比较合理。把q = 0.18 m3和B = 0.7m写进上面（5-1）关系里中可以得到：铲斗简图上面的K、Q两点之间的距离l24和l3的比值被定义为K2：通过研究表明l24的值，会关系到反铲机构的传动特性，如果它的值比较小的话，会改变铲斗机构的机构刚度，查找资料我们知道，应该选之间，所以预选K2 = 0.34是合理的。经过大量实验证明，平常情况取，所以选是合理的。5.2 动臂机构参数的选择5.2.1 1与A点坐标的取值开始用动臂弯角。通过经验统计，比较同斗容机型，开始用特性参数：。铰点A坐标的取用：5.2.2 l1与l2的选择 通过统计比较，的值和反铲装置的最大挖掘半径R1的值应该是差不多的，任务书已经给出了挖掘机的最大挖掘半径值R1，K1取为1.8，l3就等于铲斗挖掘半径的值。联合以下经验公式可以求解： ； （5-2）式中 l1为动臂长， l 2为斗杆长，K1为动臂斗杆长度比。将各参数代入上式（5-2）得： ；5.2.3 l41与l42的计算在图3-9中的三角形FZC有： 5.2.4 l5的计算此步计算比较重要，那么选特性参数就要考虑充分，挖掘机反铲机构是本次设计的重点，所以要想到可能换用别的机构，而且挖掘机工作时应该有充分的提升力矩，因此选：11的选用值，对特性参数K4、最大挖掘深度H1max、最大挖高H2max，均有关系，K4的值变小是因为，我们把11的值取大了；11的值过大那么H1max的值也会相应的变大，这里对应反铲工作的要求，开始取：。斗杆液压油缸，全缩时：最大，根据经验统计，便于计算，初选：由于采用：单动臂液压缸，因此，BCZ的取值较大，预选：三角形CZF中：通过前面式（3-1）、（3-2）有： （5-1）式（5-1）中两式相加，有： （5-2）让：把A、B的值代入上面式子（5-2）中有：再通过特性参数 （5-3）应该有： （5-4） （5-5）把上面（5-3）、（5-4）、（5-5）三式整合有：由式（5-1）有： 与应该满足下面条件： 通过前面计算显然已知、的值，那么写进上面两个关系式里我们就可以求解出：动臂部分的求解已经初步完成。E20DE2Z5.3 斗杆机构基本参数的选择Fl8l9图5-2斗杆机构通过研究斗杆，依据图5-2，我们就能够写出斗杆液压缸最大作用力臂的表达关系如下所示： 分析发现，斗杆液压缸的初始位置的力臂与最大力臂之间可以得出以下关系:越来越小说明越来越大，而且也代表反铲机构的平均挖掘阻力越来越小。经过考虑，要想得来较大的平均挖掘力,就应该尽量减少,所以我们选取是合理的。通过给出图的几何联系得出: 大量的研究证明EFQ应该在130170之间，所以在这里我们选EFQ=160是合理的；DFZ在反铲机构上,所以我们通过分析，它结构上的因素,选动臂上的DFZ=10是可以的。5.4 铲斗机构基本参数的选择5.4.1 基本计算根据计算所得的铲斗基本的一些参数可以求解铲斗的一些具体的设计尺寸。在下面图形中：，是等腰三角形；段，应该是直线；弧段，应该是抛物线。直线到点的距离是，抛物线最高的高度是，通过查阅相关资料我们可以取。大量的资料表示斗尖角的值应该是在2030之间，斗侧壁角应该是在3050之间，包角选105是合理的。显然由前面知道：=0.7m、=0.8m。见图5-3，能够算出：=0.305m；=0.601m；=0.843 m； =0.774m；=0.025m；=40； =25；=105；=0.543m。侧齿的目的就是为了让铲斗上面装的侧面钢板不会和铲土产生切削运动。通常齿宽0.11=0.11=0.062m；齿长0.260.260.147m；齿距为：=(2.53.5)=(0.1550.217)m,选=0.16m；铲斗宽度B=0.75m,齿宽与齿距相加的值是0.062+0.16=0.222m。=3.15 , 所以铲斗应该有4个齿。显然，为了让挖机工作，更加顺利，我们的铲斗斗齿，必须保持锋利。大量事实证明，挖掘级的土壤之后，明显磨钝的现象都会存在于齿尖上，这个时候挖掘阻力也将会上升0.51倍。所以，必须及时换用铲斗的斗齿又或者在铲斗斗齿刃口上面堆焊适宜的硬质合金层，来减少这种现象的发生。斗齿的制造形式前面已经介绍过。通过查阅资料，我们知道对于级土而言，挖掘机铲斗斗切削角应该在2035之间取值，所以这里用30是合适的；还有就是后角不应该小于5，它的刃角选25合理。图5-35.4.2 转角范围计算初始转角：把每个参数写进上式有：研究证明，在150180之间取值，我们选是合理的。L3Kl29MG5.4.3 在铲斗机构其它基本参数的计算Nl12l21l2l3VQl24F图5-4铲斗结构见图5-4，通过上面有：所以我们可以根据条件开始求解L3max 和L3min的确切值。由第四章的计算可知转斗挖掘阻力挖掘阻力F1P所做的W1p： （5-6）根据前面铲斗液压缸，产生的推力所做的功W3： （5-7）根据功的守恒清楚知道铲斗油缸推力所做的功W3 要等同铲斗挖掘阻力所做的功W1p： 即 （5-8）通过上面列出的（5-6）、（5-7）、（5-8）几个式子，能够算出：圆整为935mm,则。 余下大多数是连杆机构尺寸，需要满足下面几个条件：1）挖掘力的条件：铲斗液压缸的挖掘力应该比铲斗最大挖掘阻力大一些，在最大理论挖掘力的地方需要V1QV=30。2）几何方面要兼容。就是确保机构上的的三角形和四边形在任何时候都应该是合理的。3）l3的全行程中机构不应该有死点，传动角在恰当的范围内。由上面三个地方的要求，参考一样斗容量的别的机型的测绘，预取余下的基本尺寸： 先取：那么：反铲装置基础设计完成。6 工作装置的结构设计计算6.1 斗杆的结构设计6.1.1 斗杆的受力分析通过分析我们知晓，在斗杆上存在的作用主要是弯矩，那么要实现斗杆的结构求解就需要根据这些弯矩来。在研究了斗杆的受力和查找了相关资料之后，我们知道，挖掘机进行作业时，要找出存在的最大弯矩，依据图6-1，那么需要根据下面的工作情况来看：1)当动臂的液压缸活塞杆底端已经到缸底，就是动臂运动到了位置最低的地方的时候。2)最大的力臂出现在了反铲机构斗杆液压缸上面。3)动臂和斗杆铰接处的圆心以及斗杆和铲斗铰接处的圆心，这两个圆心相连而成的一条直线上有铲斗的斗齿尖端。4)在挖掘工作时，侧齿侧向一个力，我们叫它Wk。既然这些决定挖掘机存在最大弯矩，就可以知道上面的工作情况之下应力也应该是最大的。通过研究反铲机构，下面图6-2中可以看到分析的铲斗受力情况。挖掘机在这个工作情况下的力分析之后应该知道有：重力Gi，是每个反铲机构的部件的；挖掘阻力，是铲斗上出现的，当然缺不了：侧向阻力W3、法向阻力W2、切向阻力W1这些力。图6-1 斗杆危险工况FNG3W1W2PdHKQ图6-2 铲斗受力，是在研究了动臂液压缸都往里面缩进去的时候，查阅资料得出的，由上面图6-2可知 CF的向量可以表达为： 求出：，预选。在中：解得在CDEF中： EFQ在前一章节已经初定为160由以上的角度关系知： 则由前面3.3.1可得出那么能够算出在这个时候的铲斗的理论挖掘力： 切向阻力W1初选该工况下，铲斗重心到铰点Q：水平距离我们研究铲斗，对Q点取矩，则有：法向阻力W2 的求解工作装置所受重力对C点取矩有：W1到C点的距离r0： W2到C点的距离r1：法向阻力W2，决定于动臂油缸的闭锁力F1 ，研究反铲机构，则有：解得：斗杆油缸作用力P2g的计算向量在X轴上的模值：在对斗杆进行分析的第一个图6-1，我们就研究斗杆（铲斗和连杆机构），那么可以最终得出：，P2是斗杆上面存在的闭锁力，它稍微小于P2g。横向挖掘阻力WK的求解回转装置的制动器承受的力就是我们要求解的WK，所以在我们看来，WK的最大值就应该是回转平台的制动力矩所确定的。故要先计算出制动力矩。地面附着力矩M：（其中 = 0.55） = 60000.55104/3 = 0.71105 因为根据任务书我们可以知道挖掘机选取的应该是液压制动，那么经过经验公式的计算就能够得到出现在回转机构上的最大制动力矩 MB如下所算： 在下图6-3中的Q点上的作用力矩和作用力就是MQx、MQy、RQx 、RQy的求解我们可以看到如下所示：我们研究连杆装置，在下图可以看到，那么：P3HNRkKQX2Y2RN图6-3 连杆机构 （6-1）由上式（6-1）可解得：研究铲斗机构，将V点，看成新坐标原点，VK应该是X3轴，那么，过V点与VK垂直的直线，就应该是Y3，然后建立：X3O3Y3的坐标。那么，计算过程如下：在下图6-4中N点处有作用力矩和作用力RNx 、RNy存在，那么它们的求解如下：通过研究连杆机构和曲柄，那么F3RNyHNRNxK图6-4曲柄和连杆受力图计算求解如下：6.1.2 结构尺寸的计算通过分析我们可以看出来最大的应力应该是存在于危险截面，研究发现危险截面就是在通过F点且与斗杆下底板垂直的截面，所以最先要对这个截面进行设计求解，然后完成剩下尺寸的求解。斗杆宽度、钢板厚度、许用应力的选取预选取斗杆的宽度为，是合理的。挖掘机的制造钢板的厚度在国内通常是，预取底板厚度，见图6-5。图6-5通过查找相关资料，得出的结论是一般挖掘机选用16Mn作为反铲机构的钢材，它的屈服极限高，机械性能好，屈服极限是。安全系数：，安全许用应力：斗杆危险截面处高度的计算：危险截面的有效面积：该截面对y轴的惯性矩: 该截面对z轴的惯性距: 横截面总面积:该危险截面所受到的正应力:由前面受力分析计算已知：FN=2.38105N，那么：最大弯曲正应力:由前面受力分析计算已知：My=2.43105 由前面受力分析计算已知：Mz=2.61105 ，那么： 合应力应该是:剪应力小，忽略不计，那么，由下面的关系式：根据上面计算、的几个关系等式，计算得出。根据上面的一系列的求解，我们已经能够使用CAXA软件把斗杆图画出来。6.2 动臂结构设计动臂结构的分析方法和斗杆的相同，就是需要找出它上面存在的最大应力，根据最大应力处的截面尺寸，画出动臂的结构图，显然这个截面就是我们要寻找的危险截面。接着把这个当作基本就能够求解到动臂上的余下参数。6.2.1 危险工况受力分析通过对力进行分析和实验证实,动臂上会存在的最大载荷的工作情况要满足下面要求：1)动臂油缸全缩。2)点V应该存在于，点F、Q之间连线的延长线上，此线平行于Y轴。3)显然，在进行挖掘工作时，铲斗的斗边会遇到障碍物。上面所讲的就是具有最大的挖掘深度的作业情况。反铲机构的简单图示依据图6-6。图6-6 第一工况W1的求解：因为点V应该存在于点F、Q之间连线的延长线上，此线平行于Y轴，所以连杆装置的传动比是不会变的，又由于铲斗油缸对C点所产生的力矩相对于铲斗的重力绕Q点所产生的力矩而言太大了，所以W1的值在这个情况之下是不会变的，所以还是W1=105N。W2的求解：在此工况下时：,（前面的计算中已经得出）通过研究全部反铲机构，那么计算如下：因为求解到是负数，那么就可以知道在这样的情况下铲斗液压缸挖掘力不能充分发挥出来，为了可以让挖掘机的铲斗发挥出最大挖掘力，所以我们应该继续转动点E。通过求解和计算，我们可以知道=-3000mm的时候，就是铲斗油缸发挥出最大的挖掘力的时候。图6-7 实际工作时第一工况我们分析之后知道，这个工作情况是通过在工作情况之下，转动斗杆液压缸出现的。除了第2点中点V应该存在于点F、Q之间连线的延长线上，此线平行于Y轴换为=-3000mm这个改变，余下的那些条件都是不会改变的，如上图6-7看见的。这个工作情况里，动臂液压缸斗往回缩进去，又根据以前的计算，那么可以求解到： 解得：DEF中，通过几何关联那么就是：算出 ,又所以能够知道：与的求解：因为。重力对C点的矩：（这个重力是反铲机构每个部件所受到的）：如果将全部反铲的机构当作思考的模型，那么：意即这个时候只是动臂和铲斗油缸工作。即动臂铰点作用力的求取：研究连杆机构、斗杆、铲斗，那么我们可以得出下面的关系式，求解出： 铰点的求解： 附加弯矩与扭矩的求解过程如下所示（上动臂和下动臂的）：和W之间所成的夹角我们知道应该是， 与W之间所成的夹角我们知道应该是,通过研究之后那么我们知晓，在坐标系上沿坐标轴的分力可以用下式求解： 所产生的横向弯矩M：所产生的附加横向弯矩M：求解出来知道，在坐标系上，沿坐标轴的分力，就是如下所示： 所产生的附加横向弯矩：所产生的附加扭矩：6.2.2 内力和弯矩的求解上动臂所受到的轴向力:上动臂所受到的剪力:上动臂所受到的轴向弯矩:下动臂所受到的轴向力:下动臂所受到的剪力:下动臂所受到的轴向弯矩：6.2.3 结构尺寸计算通过分析我们可以看出来最大的应力应该是存在于危险截面，研究发现危险截面就是动臂拐点处，因为在这个地方动臂受到的应力应该是最大的。所以首要就是要选择这个截面完成计算，接着把这个结果当作基础，接着求解就可以画出动臂的结构图。查阅大量资料，联系现实，我们能根据经验，然后预取：动臂底板的宽度：底板的厚度：选上动臂侧板的厚度，因为我们分析知道，动臂承受的载荷非常大，又由于下动臂所承受的载荷相对上动臂小一些，还有就是考虑到方便制造与装配，那么就可以取也是适宜的。见图6-8。图6-8许用应力的选取：动臂钢板选用的材料，通常为挖掘机中选取的低合金结构钢16Mn，屈服极限，安全系数选那么许用应力：危险截面所围成的面积：危险截面所围成的有效面积：则上动臂的有效面积：下动臂的有效面积：对Y轴的惯性矩（上动臂危险截面）:下动臂危险截面对Y轴的惯性矩:上动臂危险截面对Z轴的惯性矩:相同的，动臂危险截面对Z轴的惯性矩:上动臂危险截面中:拉伸轴向力所产生的正应力：弯曲所产生的正应力：由应力的合成有：则。利用作图法和已知尺寸就能够画出大概的动臂图，尺寸优化之后就能够得出最终的动臂结构图。 6.3 铲斗的设计6.3.1 铲斗斗形尺寸的设计查阅大量相关资料，我们通过经验来预取：。那么通过前面计算，下底板的斗形方程为：；所以上顶板的斗形方程为：；分析过后我们可以求解出来铲斗抛物线部分的方程应。6.3.2 铲斗斗齿的结构计算铲斗斗齿的设计我们通过研究分析之后知道应该根据最大弯矩来进行，然后我们经过分析它的受力，找到了这个最大弯矩存在的地方，就是在与铲斗斗体连接之处。见图6-9。由下式求解:：斗齿厚度；: 挖掘阻力；：斗齿尖到斗体的距离；：斗齿的许用应力: 斗齿宽度； : 铲斗的厚度。 则。图6-9 斗齿铲斗的尺寸求解出来以后，能够通过CAXA软件把铲斗图画出来。7 挖掘机液压传动部分计算由前面所学的知识可知,挖掘机的液压系统是依据液压挖掘机工作装置与其它的机械构造的传动之需求，将所需要的液压元件经过管路有机地接在一起的组合。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油这几个部分构成。设计挖掘机的液压系统，就要选择恰当的液压元件，这很重要。7.1 确定液压系统类型从任务书中给定的系统工作压力和参考其它相似的挖掘机液压系统,确定用双齿轮泵单回路定量系统。7.2 液压系统的传动求解和液压元件的取用7.2.1 液压系统首要参数的确认通过查找资料,我们可以清楚地知道，液压系统的工作压力,流量，液压系统的功率就是首要的几个参数。通常，设计系统过程中，分析后我们发现，一般，根据液压系统的工作压力，还有根据每个执行元件的运动速度，来计算流量的值。任务书已经给出14000KPa。7.2.2 挖掘机液压缸作用力的确定要得出最终的液压缸的尺寸值，就应该先计算动臂液压缸，斗杆液压缸和铲斗液压缸它们所受的力，而这些力需要根据反铲