机械原理课程设计-液压反铲挖掘机工作装置.doc

反铲液压挖掘机工作装置设计D机械原理课程设计设计说明书 设计题目： 反铲液压挖掘机工作装置设计D 姓 名： 龚华德 学 号： 20107150 班 级： 机制一班 指导教师： 冯 鉴 西南交通大学峨眉校区 目 录1、设计题目： 反铲液压挖掘机工作装置设计- 1 -1.1、设计题目简介- 1 -1.2、设计数据与要求- 1 -1.3、设计任务- 1 -2、液压挖掘机反铲工作装置运动分析- 2 -2.1、反铲挖掘机- 2 -2.2、反铲挖掘机的反铲装置- 2 -2.3、反铲挖掘机运动轨迹- 4 -2.4、反铲挖掘机工作装置简图方案及自由度分析- 4 -3、特殊工况状态介绍- 6 -3.1、最大挖掘深度- 6 -3.2、最大挖掘半径- 7 -3.3、最大卸载高度- 7 -3.4、最大挖掘高度- 8 -4、工作机构杆件尺寸计算- 8 -4.1、动臂杆长- 9 -4.2、动臂液压缸长- 10 -4.3、斗杆液压缸长- 10 -4.4、铲斗液压缸长- 11 -5、ADAMS仿真- 12 -5.1、液压缸驱动方程- 12 -5.1.1、动臂液压缸驱动方程- 12 -5.1.2、斗杆液压缸驱动方程- 12 -5.1.3、铲斗液压缸驱动方程- 12 -5.2、输出机构的位移、速度、和加速度线图- 12 -5.2.1、输出机构的位移线图- 12 -5.2.2、输出机构的速度线图- 14 -5.2.3、输出机构的加速度线图- 15 -5.3、ADAMS画出的机构仿真图- 17 -6、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性- 19 -7、感想- 19 -机械原理设计任务书学生姓名 龚华德 班级 机制一班 学号 20107150 1、设计题目： 反铲液压挖掘机工作装置设计 1.1、设计题目简介反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。1.2、设计数据与要求题号铲斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半径卸载高度铲斗挖掘力D0.85.718.938.95.98109KN1.3、设计任务1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图；2、根据所提供的工作参数，对挖掘机工作机构进行尺度综合，确定工作机构各个杆件的长度；3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。4、编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。完成日期： 2012 年 12 月 指导教师 冯鉴 2、液压挖掘机反铲工作装置运动分析2.1、反铲挖掘机反铲式挖掘机是最常见的挖掘机一种，广泛用于建筑领域，主要用于平整路面、深挖基坑等。以下我们介绍一下反铲式挖掘机。图2-1-1为反铲式挖掘机。1图2-1-1反铲式挖掘机2.2、反铲挖掘机的反铲装置反铲装置是中小型液压挖掘机的主要工作装置，如图2-2-1所示，图2-2-2为反铲装置放大图。目前广泛应用的斗容在1.6m3以下。2图2-2-1 液压挖掘机反铲装置1-动臂；2-斗杆；3-铲斗；4、5、6-动臂、斗杆及铲斗液压缸；7-连杆机构液压挖掘机反铲装置由动臂1、斗杆2、铲斗8以及动臂液压缸4、斗杆液压缸5、液压缸6和连杆机构7等组成。其构造特点是各部件之间的联系全部采用铰接，通过液压缸的伸缩来实现挖掘过程中的各种动作。 图2-2-2反铲工作装置 1-斗杆油缸；2-动臂；3-液压管路；4-动臂油缸；5-铲斗； 6-斗齿；7-侧齿；8-连杆；9-摇杆；10-铲斗油缸；11-斗杆 挖掘机进行挖掘作业时，接通回转马达，转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂小腔进油使液压缸回缩；动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，在操纵铲斗或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置在转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的理想过程。2.3、反铲挖掘机运动轨迹 反铲挖掘机运动轨迹，如图2-3-1所示。图2-3-12.4、反铲挖掘机工作装置简图方案及自由度分析方案一：如图2-4-1。图2-4-1计算机构自由度：10个转动副，3个移动副，一个复合铰链，方案二：如图2-4-2。图2-4-2计算机构自由度：，活动构件数=11，单铰数13个，复铰1个，所以,=15，=0，由上面公式可得自由度=311215=3。方案三：如图2-4-3。图2-4-3自由度的计算：活动构件数n=9低副PL=12 高副PH=0，厡动机件有3，自由度：F=3n-2PL-PH =39-212=3。 3种方案都是大同小异，没有太大的区别。 3、特殊工况状态介绍3.1、最大挖掘深度 当下置动臂油缸全缩，FQV三点同一直线并处于垂直状态时得到最大挖掘深度，如图3-1-1。图3-1-13.2、最大挖掘半径 当斗杆油缸全缩，FQV三点同一直线，而且=0时可以得到停机面最大挖掘半径，如图3-2-1。图3-2-13.3、最大卸载高度 当下置动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩，QV连线处于垂直状态时，可得到最大卸载高度，如图3-3-1。图3-3-13.4、最大挖掘高度 最大挖掘高度当动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩以及铲斗油缸全缩时斗齿尖距离基准地面的距离。4、工作机构杆件尺寸计算 需要计算的杆件尺寸，如图4所标，动臂杆长：、，动臂液压缸长：、，斗杆液压缸长：、，铲斗液压缸长：、。图44.1、动臂杆长动臂机构参数的选择与计算 选取动臂弯角1=120，取动臂特性参数K3（K3=）=1.2，取K1（K1为动臂长/斗杆长K1=）=1.8。根据最大挖掘半径一般与动臂长、斗杆长和铲斗长的和值相等，（m），又，K3（K3=）=1.2，解得：（mm）， （mm）， （mm）， （mm）。4.2、动臂液压缸长计算，摆角范围，如图4-2-1。图4-2-1由上面公式解得:= 2.294m ,=1.33m , =108.64.3、斗杆液压缸长 ， 由上面公式可计算出：= 1.374m ， =2.019m ，=83.94.4、铲斗液压缸长 如图4-4-1，综合以往经验并对铲斗机构加以估算，因此给出，在GMN中，由余弦定理可计算得到：= 1.183m ， =1.844m 。图4-4-1 5、ADAMS仿真5.1、液压缸驱动方程5.1.1、动臂液压缸驱动方程 动臂液压缸驱动方程，如图5-1-1所示。图5-1-15.1.2、斗杆液压缸驱动方程 斗杆液压缸驱动方程，如图5-1-2所示。图5-1-25.1.3、铲斗液压缸驱动方程 铲斗液压缸驱动方程，如图5-1-3所示。图5-1-35.2、输出机构的位移、速度、和加速度线图5.2.1、输出机构的位移线图 输出机构沿X轴的位移线图，如图5-2-1所示。图5-2-1 输出机构沿Y轴的位移线图，如图5-2-2所示。图5-2-2 输出机构和位移的位移线图，如图5-2-3所示。图5-2-35.2.2、输出机构的速度线图 输出机构沿X轴的速度线图，如图5-2-4所示。图5-2-4 输出机构沿Y轴的速度线图，如图5-2-5所示。图5-2-5 输出机构和速度的速度线图，如图5-2-6所示。图5-2-65.2.3、输出机构的加速度线图 输出机构沿X轴的加速度线图，如图5-2-7所示。图5-2-7 输出机构沿Y轴的加速度线图，如图5-2-8所示。图5-2-8 输出机构和加速度的加速度线图，如图5-2-9所示。图5-2-95.3、ADAMS画出的机构仿真图 运用ADAMS软件画出的机构仿真图，图5-3-1，图5-3-2。图5-3-1图5-3-26、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性自己到机械实验室分析机构结构，并动手制作出来机构装置进行验证方案的可行性，如图6-1-1。图6-1-17、感想虽然挖掘机很常见但我一直没对它在意，甚至连它上面的部件名称，我都不知道，在拿到题目时我感觉一片茫然不知所措，开始找的资料有些太深奥我根本就看不懂，感觉大脑一片混乱，然后我在网上找到有关反铲