毕业设计（论文）-EXB40挖掘机反铲工作装置设计.doc

- 87 -太原科技大学华科学院毕业设计说明书EXB40挖掘机反铲工作装置设计学生姓名 学 号 院 系 机械电子工程系 专 业 机械设计制造及其自动化（工机） 指导教师 日 期 2010年6月 太原科技大学华科学院毕业设计说明书太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院（直属系）： 华科学院 时间： 10年 1月 5 日学 生 姓 名范宏誉指 导 教 师史青录设计（论文）题目EXB40挖掘机反铲工作装置设计主要研究内容1.确定工作装置几何铰接点位置及相应的几何参数并绘制挖掘包络图；2.确定各工作油缸的缸数、缸径、杆径、长度参数及闭锁压力；3.计算整机的最大理论挖掘力；4.选择典型危险工况进行工作装置受力分析并作出内力图；5.设计工作装置结构型式并对主要部件进行强度校核；6.绘制工作装置装配图及零部件结构图；7.完成设计说明书。8.翻译3000字以上的相关外文文献。研究方法1在教师指导下独立承担相关设计内容；2通过查阅和分析近年来国内外相关文献及技术资料，参考现有机型进行方案选型并确定主要结构参数；3通过所学专业基础知识及专业知识利用解析法和作图法进行机构设计；4可借助于CAD方法绘制工程图纸并完成设计说明书。主要技术指标(或研究目标)1最大挖掘深度：3400mm2最大挖掘半径：5690mm3最大挖掘高度：5650mm4最大卸料高度不低于：3910mm5铲斗最大挖掘力：32.20KN6斗杆最大挖掘力：23.10KN要求按时全面完成规定的设计内容；步骤翔实可信、方案正确、结构合理可行、工艺性好；所绘制的装配图和零部件图内容完整，符合国家标准及行业规范，达到工程实用要求；对所翻译的外文文献要求内容完整、表达准确、文字通顺。主要参考文献1同济大学主编.单斗液压挖掘机.北京：中国建筑工业出版社,1986,122同济大学刘希平主编.工程机械构造图册.北京：机械工业出版社,1987,123. 张玉川主编.进口液压挖掘机国产化改造M.成都:西南交通大学出版社1999,34成大先主编.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,1987年报2月5. 颜荣庆等编著.现代工程机械液压与液力系统M.北京:人民交通出版社,2001年4月说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。目 录中文摘要英文摘要第一章 单斗液压挖掘机概述1 1.1挖掘机和工作装置概述1 1.2国外研究现状1第二章 原始数据及设计要求3 2.1原始数据及其他说明32.2工作装置设计原则4第三章 工作装置几何参数确定5 3.1小型液压挖掘机的特点5 3.2工作装置的构成5 3.3工作装置整体方案的选择7 3.4工作装置基本参数的确定8 3.5主要工作尺寸的验算 16 第四章 挖掘力计算 18 4.1液压油缸闭锁力计算18 4.2最大理论挖掘力计算24第五章 工作装置受力分析及强度校核42 5.1斗杆机构受力分析42 5.2斗杆机构强度校核 49 5.3动臂机构受力分析 56第六章 其他部件的结构设计及强度校核61 6.1销轴的结构设计及强度校核61 6.2衬套的设计62第七章 总结63参考文献 64致谢 65太原科技大学华科学院毕业设计说明书附录 66 EXB40挖掘机反铲工作装置设计摘要:挖掘机械是工程机械的一种类型，是土石方开挖的主要机械设备，单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以铲斗进行挖掘作业的机械，液压挖掘机的工作装置常用的有反铲，正铲，装载，抓斗和起重装置。本次设计主要是设计EXB40履带式单斗液压挖掘机反铲工作装置。主要对工作装置机构的几何参数进行设计，对液压缸闭锁力进行验算，并采用合适的方法调整使其达到要求；对动臂，斗杆进行强度校核，使其满足要求。在设计中应注意工作装置设计原则，在各部件满足要求的条件下实现3.4米最大挖掘深度，5.69米最大挖掘半径，5.65米最大卸载高度，实现挖掘的功能。关键字：挖掘机,反铲工作装置,设计,强度校核,功能The Working Device Design of EXB40 Crawler Backhoe Bucket Hydraulic ExcavatorAbstract:Shovel machinery is a major type of construction Machinery, which is major earth excavation equipment. Single Bucket Hydraulic shovel is a mechanical which reliance on hydraulic transmission with the bucket to carry out excavation work. Hydraulic shovel working device are commonly backhoe, hoe, loading, grab and lifting gear. The design principal is to design an EXB40 crawler backhoe bucket hydraulic shovel working device. And major working device geometry parameters are designed; checked hydraulic cylinder locking power .Use the appropriate method of adjustment to meet the requirement. Check boom and rod strength to meet the requirements.Design principles work should be noted in the design of device. all components must be meet the conditions, machine for maximum digging depth of 3.4 meters, radius of the largest mining of 5.69 meters, uninstall the greatest height of 5.65meters, to achieve the functions of excavation. Keyword: Backhoe working device,Design,Strength Check,Function第一章 单斗液压挖掘机概述1.1 挖掘机和工作装置概述挖掘机在机场、港口、油田、矿山、城乡建设、农田水利以及快速抢修等物料挖掘、搬移方面得到了充分利用，发挥其他机械不可替代的作用。尤其是随着城市化建设趋势的加速，市政维护工程的深度和广度的增加，公路交通建设和维护工作童的加重，排险、抢修、破碎拆卸等特殊作业和临时性零星作业频次的增加，人们面临的问题不是单纯的，而是要整合挖掘作业。人们考虑的不单是完成主要作业任务的工效，而更要考虑如何去调度频繁的设备运送，而整个工作效率也决定于机器能否具有足够的灵活性、机动性，能否自行进入作业区，挖掘机也正是在这种情况下显现出其独特的优势。工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而作为设计者，我本人的知识和水平还只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，巩固所学的知识和提高设计能力。1.2 国内外研究现状当前，国际上挖掘机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方向发展。由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，成本不断降低，向标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势:（1）向大型化发展的同时向微型化发展。（2）更为普遍地采用节能技术。（3）不断提高可靠性和使用寿命。（4）工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。（5）由内燃机驱动向电力驱动发展。（6）液压系统不断改进，液压元件不断更新。（7）应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。（8）增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。（9）人机工程学在设计中的充分利用。我国挖掘机生产起步较晚，从 1954年抚顺挖掘机厂生产第一台机械式单斗挖掘机至今，大体经历了测绘仿制、自主研发和发展提高三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联 20 世纪 3040 年代的机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史，由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂，到 20 世纪 80 年代末，我国的中小型液压挖掘机已形成系列，但总的说来，我国的挖掘机生产批量小，产品质量不稳定，与国际先进水平相比，差距较大。改革开放以来，生产企业积极引进、消化、吸收国外先进技术，促进了我国挖掘机行业的发展，目前国产液压挖掘机的产品性能指标已达到 20 世纪 80 年代的国际水平，部分产品达到了 90 年代的水平。国外挖掘机生产历史较长，液压技术的不断成熟使挖掘机得到全面发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机的国家，1954 年和 1955 年德国的德马克和利渤海尔两家公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国是液压挖掘机生产的后起之秀，20 世纪 70 年代开始引进技术，由于产业政策支持，很快进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机的主要生产国之一。20 世纪 60 年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制造商纷纷采用液压技术并与其它技术相结合，使产品的适应性得到较快发展，产品寿命和质量不断提高操纵更加舒适，产品更加节能。例如美国卡特彼勒公司 1995 年以后推出的 300B系列液压挖掘机，采用一种命名为 maestro 的系统，通过载荷传感液压装置，控制发动机的输出功率，实现与液压泵的严格匹配。Maestro 控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态，允许用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代公司生产的 ROBEX450-3 型液压挖掘机，有四种功率模式，通过集成化的电子控制系统自动确定最佳的发动机转速和液压泵的输出参数，使得发动机、液压泵的速度及液压系统压力与实际工况相适应，从而获得最高的生产率和最佳的燃油消耗。此种技术在日本小松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国的利渤海尔、英国的 JCB等公司均得到普遍应用，代表了当代液压挖掘机的最高水平。第2章 原始数据及设计要求2.1原始参数及其它说明EXB40挖掘机反铲工作装置设计原始数据型号EXB40整机重（吨）4.22斗容量（m3）0.14机身重（吨）3.36机身重心水平位置（mm）发动机功率（Kw）29.3系统压力（Mpa）24.5履带接地长度（mm）2000履带中心距（mm）1600土壤容重（Kg/ m3）1800附着系数0.75铲斗最大挖掘力（KN）32.20斗杆最大挖掘力（KN）23.10平台高度（mm）600最大挖掘深度（mm）3400最大挖掘半径（mm）5690最大挖掘高度（mm）5650最大卸载高度不低于（mm）3910动臂缸（缸数/缸径/杆径）(mm)（推荐值）1/90/55斗杆缸（缸数/缸径/杆径）(mm)（推荐值）1/80/50铲斗缸（缸数/缸径/杆径）(mm)（推荐值）1/70/40动臂重量（kg）（参考值）413斗杆重量（kg）（参考值）190铲斗重量（kg）（参考值）1102.2工作装置设计原则设计合理的工作装置应满足以下要求：1、主要工作尺寸及作业范围能满足使用要求。在设计反铲装置时要考虑与同类型、同等级机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，并注意到运动参数受装置结构干涉限制等的可能性。2、整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并具有一定的先进性。3、功率利用尽可能好，理论工作循环时间应尽可能短。4、确定铰点布置、结构型式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利在保证强度、刚度和连接刚性的条件下尽量减轻结构自重。5、作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次。要满足使用要求的前提下力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。6、运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好。保证安全可靠，并尽可能使液压缸卸载或减载。7、工作装置液压缸设计应考虑三化，采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件。8、工作装置结构型式和布置要便于装拆和维修，尤其应便于易损件的更换。9、要采取合理措施来满足特殊使用要求。第3章 工作装置设计参数确定反铲工作装置总体方案的选择主要依据设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。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的性能。3.1小型单斗液压挖掘机的特点液压挖掘机由于采用了液压传动装置而使其在结构、技未性能和使用效果等方面与机械侍动的单斗挖掘机相比具有很多特点，其优点综合叙述如下： 1技术性能提高，工作装置品种扩大。单斗液压挖掘机与同级机重的机械挖掘机相比挖掘力约提高一倍，液压挖掘机最大挖掘力可达机重的1/2，而机械挖掘机只达机重的1/4。2. 操作简便灵活。采用的手动液压阀操纵，手柄操纵力小于20N，而机械挖掘机操纵力达80200N；主操纵手柄为2个，故操纵轻便司机的劳动强度大为减轻；驾驶室与机棚完全隔开，噪音减小视野良好，振动减轻，改善了司机的工作条件。3. 传动性能改善，工作平稳安全可靠。采用液压传动后能无级调速且调速范围大；能得到较低的稳定转速；液压元件的运动惯性较小并可作高速反转。4. 简化结构减少易损件机重小。同级的液压挖掘机可比机械挖掘机总重量减轻3040。5. 液压元件易实现标准化系列化通用化。便于组织专业化生产，进一步提高产品质量减低成本。也便于产品的更新换代。6. 机构布置合理紧凑。由于液压元件采用油管连接，各机构部件之间相互位置不受传动关系的影响限制，布置可较灵活合理紧凑。7. 易于实现自动化。便于与电气动联合组成自动控制和遥控系统。3.2 工作装置构成图3.1为我所选的单斗液压挖掘机的反铲工作装置基本组成及传动示意图，如图所示反铲工作装置由铲斗5、摇杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1, 4,10等组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。1-斗杆油缸；2- 动臂； 3-油管； 4-动臂油缸； 5-铲斗； 6-斗齿； 7-侧板；8-连杆； 9-摇杆； 10-铲斗油缸； 11-斗杆.图3.1 工作装置组成图挖掘作业时，接通回转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸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，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。图3.2 工作装置结构简图在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同，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。挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，可以对工作装置进行适当简化处理。则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六杆机构，处理的具体简图如3.2所示。进一步简化得图如3.3所示。1-铲斗；2-连杆；3-斗杆；4-动臂；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸图3.3 工作装置结构简化图挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是一组平面连杆机构，自由度是3，即工作装置的几何位置由动臂油缸长度L1、斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定，当L1、L2、L3为某一确定的值时，工作装置的位置也就能够确定。3.3 工作装置总体方案选择3.3.1 动臂及斗杆的结构形式的初选动臂采用整体式弯动臂，这种结构形式在中型挖掘机中应用较为广泛。其结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻，且有利于得到较大的挖掘深度。缺点是可更换工装少，通用性较差。使用经验说明，长期用于作业条件近似的反铲，以采用整体臂较好。斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机采用整体式斗杆。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故也采用整体式直斗杆。3.3.2 动臂与动臂油缸的布置动臂油缸装在动臂的前下方，动臂的下支承点（即动臂与转台的铰点）设在转台回转中心之前并稍高于转台平面，这样的布置有利于反铲的挖掘深度。由于本次设计的为小型挖掘机为不消弱动臂的结构强度，将动臂油缸活塞杆铰接在上下动臂弯角的下方，如图3.4所示；1-动臂； 2-动臂油缸图3.4 动臂油缸铰接示意图3.3.3 铲斗与铲斗油缸的连接方式本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。该布置中1杆与2杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够大的铲斗平均挖掘力。如图3.5所示。1-斗杆； 2-连杆机构； 3-铲斗图3.5 铲斗连接布置示意图3.4 工作装置基本参数的确定3.4.1斗型参数的选择1.设计要求铲斗的四个主要参数：斗容量、平均斗宽、转斗挖掘半径和转斗挖掘装满角。四者的关系： (3-1)1平均斗宽、转斗挖掘半径两者相差不宜过大；2-取三级土为基础设计，取近似值为1.25；3转斗挖掘装满角挖掘转角取900-10004特性参数，太大将影响传动性，太小将影响刚度，当铲斗转角较大时取较小值。5一般取950-11506反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围（课本表2-6），选取斗宽B。2.设计内容及步骤1 计算平均斗宽由课本表2-6得，当q=0.1 m3时，B=0.54 m；当q=0.15 m3时，B=0.51 m；得斗宽变化率为：所以，当q=0.14 m3时，由插值法得B；即：；得2 计算取转斗挖掘装满角=1000，则=500；取三级土为基础设计，=1.25。可由公式(3-1)得： (3-2) m即： m3 计算取 ，可得： l24=KQ=0.350.75=0.26 m图3.6 铲斗相对坐标由图3.2得铲斗各点相对尺寸： 表3.1铲斗铰点相对值 单位：mmQKVX0-68750Y018803.4.2动臂机构参数选择1、设计的主要要求1满足作业尺寸和挖掘范围（几何尺寸）2满足提升力和闭锁力要求（性能）3结构布置及结构型式要合理、紧凑，无干涉，无功率浪费。2、动臂机构设计的内容及步骤 已知条件：作业尺寸要求，即最大挖掘深度H1max、最大挖掘高度H2max、最大挖掘半径Rmax和最大卸料高度H3max等；1 动臂下铰点C位置的确定根据经验公式： (3-3)得C点的横轴坐标为：考虑到A点位置取Yc=1.25 m所以选C点位置（XC, Yc）为（0.24，1.25）；同理：由公式 (3-4)得动臂铰点与液压缸铰点的距离（取臂铰缸铰距离系数ke0=0.3）：考虑闭锁力计算时力臂问题，取取由此确定A点位置。（0.382，0.719）2 初选动臂与斗杆的长度比，并计算取 如下图由最大挖掘半径时计算；图3.7 动臂与斗杆长度计算简图如上图在中；根据余弦定理 即：得 最终取得： 验算CFQ；所以在160180范围内。3 计算上下动臂长度 初选 4确定B点位置 取 确定B位置。5由图中量得 6计算，并检验动臂机构初取 ，由 （3-6） (3-7) 得： 则，式可变为： 解得：代入式得： 则 代入式由 得： 则可化简为： 则得 故动臂机构成立7确定动臂缸全伸全缩长度及长度 表3.2动臂铰点相对值 单位：mmCBFX013802870Y00-1050图3.8 动臂各铰点相对坐标3.4.3斗杆机构参数选择1、设计要求：1保证足够的斗齿挖掘力、闭锁力和回摆力矩；2保证斗杆的摆角范围DFE最大105125；A）满足挖高，一般使CFQ160180；B）斗杆缸全伸、转斗缸全伸时，斗齿与动臂之间距10cm。 3斗杆油缸伸缩比不宜过大（一般在1.61.7之间）。2、斗杆机构设计步骤：1 初选斗杆缸参数D2=90mm ，d2=55mm 斗杆缸主动作用力P2为 由原始数据知，根据公式； (3-8) 斗杆按要求的最大挖掘力； 斗杆缸主动挖掘力。 考虑闭锁力力臂问题及参考同类机型取 2 初选 3 根据几何关系确定 (3-9)4 求DF (3-10) 5 取,确定E点。图3.9 斗杆各铰点相对坐标表3.3 动臂铰点相对值 单位：mmFEMNX0-38617001502Y02610253.4.4铲斗机构的参数选择1、设计要求 1保证铲斗液压缸在铲斗转角的特定范围内有足够的挖掘力； 2保证铲斗液压缸有足够的闭锁力矩； 3保证铲斗液压缸有足够的回摆力矩； 4保证铲斗的摆角范围（铲斗的总转角150-180）； 5保证铲斗机构运动无干涉，在整个转角范围内不发生干涉现象、不出现死点和连杆机构几何特征被破坏的几何不相容现象；6铲斗机构的载荷分析与对应转角：按理论分析将铲斗挖掘切削形状分为四种，对铲斗在对应转角处应该发挥的挖掘力大致应符合以下规律：A）当F、Q、V三点共线时，其能发挥的挖掘力不低于最大挖掘力的7080%； B）当铲斗从F、Q、V三点一线继续转动在25350范围时应能发挥最大挖掘力。7铲斗油缸的伸缩比不宜过大（1.65）。2、设计步骤 1 初选,| KQ |=0.26 m 2 选取六连杆共点机构，有 3 选取 确定N点 4 测图得 初取 则； (3-11) 5 有结构确定G点位置。其原则是保证在L3的整个行程中、及四边形HNQK不遭到破坏和卡死，整个机构无干涉、无碰撞。 G点的确定方法：以M为圆心以为半径作圆；以为圆心以半径作圆，两圆交点即为G点。3.5主要工作尺寸的验算如图3.10所示最大挖掘深度验算： (3-12)误差：图3.10 最大挖掘深度计算简图最大挖掘高度及最大卸载高度验算： (3-13) (3-14)最大挖掘半径验算：由余弦定理得： (3-14)综上所述，各工作尺寸满足设计要求。第四章 挖掘力计算4.1液压油缸闭锁力计算本次设计分三个工况对各个液压油缸的内径尺寸和闭锁力进行确定：动臂油缸闭锁力的确定依据是：在保护元件的同时又能保证在反铲作业的主要工况下动臂油缸不发生拉动或回缩的现象，即在保证主要挖掘区内能实现主动液压缸发挥最大挖掘力的条件下，调节被动液压缸的闭锁力，使其能对元件起到保护作用，其适用范围一般不超过系统压力的1.2倍。4.1.1工作装置各部件质量分配参考同类机型，由比拟法得工装各部分质量如下表所示表4-1 最终各个部分的质量 单位：Kg动臂斗杆铲斗动臂缸斗杆缸铲斗缸连摇杆土重G1G2G3G4G5G6GyGt330 190110837755152523300N1900N1100N830N770N550N150N252N在计算闭锁力时，一般把动臂、动臂油缸和斗杆油缸看作一个整体（G1），把斗杆、铲斗油缸和连杆机构看作一个整体（G2），把铲斗和土看作一个整体（G3）。如下表所示；表 4-2：质量分布表 单位：KgG1G2G3质量（吨）490260362重量（N）4900260036204.1.2闭锁力计算.动臂处于最低位置，斗杆呈垂直状态，转斗挖掘，其作用力臂为最大。见下图下图各力臂值见下表 表4.3 力臂数据表 单位：m力臂r1r2r3r5r6r7m0.260.2580.260.1050.1232.157力臂r10r11r13r18e1e2m2.012.2351.252.790.5110.44图4.1 闭锁力计算第工况计算简图（1）对Q点取矩计算铲斗液压缸挖掘力W1 铲斗缸主动作用力P3为 (4-1) (4-2)（2）对F点取矩计算得斗杆油缸所受被动作用力P2 (4-3) 斗杆油缸的闭锁力等于其主动作用力P2 P2P2 故不能闭锁，超压百分比为（3）对C点取矩计算得动臂油缸所受的被动作用力 (4-4)此时动臂油缸受拉（液压缸小腔为高压油），液压缸的闭锁力等于小腔作用力取 故不能实现闭锁，超压百分比为.动臂处于最低位置，斗杆与动臂铰点F、斗与斗杆铰点Q、斗齿尖V三点共线，斗杆挖掘，其作用力臂为最大。见下图图4.2 闭锁力计算第工况计算简图上图各力臂值见下表 表4. 3 力臂数据表 单位：m力臂r1r2r3r5r6r7m-0.630.142.45力臂r10r11r13r18e1e2m1.471.971.253.760.5110.47（1）对F点取矩，由得铲斗液压缸挖掘力 (4-5) （2）对C点取矩，由得动臂油缸所受的被动作用力 (4-6) 此时动臂油缸受拉（液压缸小腔为高压油），液压缸的闭锁力等于小腔作用力取 故不能实现闭锁，超压百分比为说明：对于小型反铲，当用斗杆缸来挖掘时，铲斗液压缸的闭锁力一般不作验算。.动臂处于最低位置，挖掘深度为最大，斗杆与动臂铰点F、斗与斗杆铰点Q、齿尖V三点共线，要求能克服平均阻力。见下图图4.3 闭锁力计算第工况计算简图上图各力臂值见下表 表4.3 力臂数据表 单位：m力臂r1r2r3r5r6r7m0.200.2160.260.060.1232.45力臂r10r11r13r18e1e2m2.112.2351.254.640.5110.44（1）对Q点取矩计算铲斗液压缸挖掘力W1 铲斗缸主动作用力P3为 （2）对F点取矩计算得斗杆油缸所受被动作用力P2 (4-7) 斗杆油缸的闭锁力等于其主动作用力P2 P2P2 故不能闭锁，超压百分比为（3）对C点取矩计算得动臂油缸所受的被动作用力 (4-8)此时动臂油缸受拉（液压缸小腔为高压油），液压缸的闭锁力等于小腔作用力 故不能实现闭锁，超压百分比为 表4-4闭锁力计算结果：液 压 缸 种 类动臂缸斗杆缸铲斗缸液压缸参数油缸个数111缸径mm1108070杆径70 5040行程800770509油缸主动作用力KN133.725121.55792.944液压缸闭锁压力第工况所需闭锁压力136.922156.833超压2.4%29%第工况所需闭锁压力176.753超压32.2%第工况所需闭锁压力229.961164.273超压72%35.1%4.2最大理论挖掘力计算 整机理论挖掘力为考虑各种限制因素后所能达到的最大计算挖掘力。液压挖掘机处于某一工况下工作液压缸的主动挖掘力能否实现主要取决于下列条件：A. 工作液压缸的闭锁能力；B. 整机工作稳定性；C. 整机与地面的附着性能；D. 土壤或其他作业对象的阻力；E. 工作装置的结构强度。 求整机理论挖掘力按下列假定进行： 1、考虑整机自重，有相对运动的构件重量分别计算；2、在挖掘过程中斗中土视为主动液压缸长度的分级线性函数，其重心与铲斗重心一致；3、不考虑液压系统和连杆机构的效率；4、不考虑液压缸小腔背压；5、不考虑土壤阻力，工作装置结构强度的限制；6、不考虑其他因素，如体积面坡度、风力、惯性力和动载等的影响整机的理论挖掘力计算质量分配表表4.5 ：整机的理论挖掘力计算各个部分的质量 单位：Kg动臂斗杆铲斗及土斗杆缸铲斗缸连摇杆G1G2G3G4G5G63301903627755153300N1900N3620N770N550N150N本次设计采用三个工况来计算整机的理论挖掘力，进而来评价挖掘机的挖掘能力。计算位置：动臂液压缸作用力臂最大； 斗杆液压缸作用力臂最大； 铲斗液压缸作用力臂最大。图4.4 挖掘力计算第一工况图1.铲斗挖掘力计算 (4-9) (4-10)即： 动臂液压缸不被拉伸的条件限制的挖掘阻力值为： 对C点取矩，由得：图4.5 第一工况铲斗挖掘力计算图*此图所标尺寸数据以m为单位，后不作说明的亦同。 (4-11) 动臂油缸可以闭锁。斗杆液压缸的闭锁条件所限制的挖掘阻力为：对F点取矩，由得： (4-12) 斗杆油缸不能闭锁。附着条件所限制的挖掘阻力： (4-13)G整机使用重量；行走装置与地面的附着系数；挖掘阻力的水平倾角。整机稳定条件所允许的挖掘力最大值为：根据经验公式计算机体重心位置 ： 机体重心与回转中心的距离： (4-14) 机体重心离地高度： (4-15)后倾覆：对I点取矩，由得： (4-16) 此工况下的铲斗最大挖掘力为：W03=33176N2.斗杆挖掘力计算： 对F点取矩得：由得图4.6第一工况斗杆挖掘力计算图 即： 动臂液压缸不被拉伸的条件限制的挖掘阻力值为：对C点取矩，由得： 动臂油缸可以闭锁。铲斗液压缸的闭锁条件所限制的挖掘阻力为： 对Q点取矩，由,得： (4-19) 铲斗油缸可以闭锁。附着条件所限制的挖掘阻力：整机稳定条件所允许的挖掘力最大值为： 机体重心与回转中心的距离： 机体重心离地高度： 对I点取矩，由得： 综上得：此工况下的挖掘力为该工况铲斗挖掘时，挖掘力发挥受铲斗油缸的主动挖掘力限制斗杆挖掘时，挖掘力发挥受亦是受斗杆油缸的主动挖掘力限制。计算位置：动臂最低； 斗杆液压缸作用力臂最大； 斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上。如下图所示：图4.7挖掘力计算第二工况图1.铲斗挖掘力计算即： 图4.8 第二工况铲斗挖掘力计算图动臂液压缸不被拉伸的条件限制的挖掘阻力值为： 对C点取矩，由得： 动臂油缸不能闭锁。斗杆液压缸的闭锁条件所限制的挖掘阻力为：对F点取矩，由得： 斗杆油缸不能闭锁。附着条件所限制的挖掘阻力：整机稳定条件所允许的挖掘力最大值为：对I点取矩，由得： 2.斗杆挖掘力计算：图4.9 第二工况斗杆挖掘力计算图 对F点取矩得：由得 即：动臂液压缸不被拉伸的条件限制的挖掘阻力值为：对C点取矩，由得： 动臂油缸不可以闭锁。铲斗液压缸的闭锁条件所限制的挖掘阻力为： 对Q点取矩，由,得： 铲斗油缸可以闭锁。附着条件所限制的挖掘阻力：整机稳定条件所允许的挖掘力最大值为：对I点取矩，由得： 综上得：此工况下的挖掘力为此工况下由于工装姿态的特殊性，使得斗杆挖掘与铲斗挖掘时，挖掘力的方向没有变化，导致限制挖掘力的因素都为后倾稳定性。计算位置： 图4.10 挖掘力计算第三工况图如上图所示；计算条件为：动臂液压缸作用力力臂最大 斗杆液压缸作用力力臂最大； 斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上。1.铲斗挖掘力计算即：动臂液压缸不被拉伸的条件限制的挖掘阻力值为： 对C点取矩，由得：图4.11