机械毕业设计（论文）-YW0.2型小型液压挖掘机总体设计【全套图纸】.doc

第 1 页 摘要 液压挖掘机是工程机械的主要机种之一,是土石方开挖的主要机械设备,广 泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利水电工程，农田改造、矿山采掘以 及现代化军事工程等的机械化施工中。 小型液压挖掘机通常指标准斗容在 0.25m3以下，或指机重在 8T 以内的挖 掘机产品。国外发达国家和地区的大规模的基础建设早已于 20 世纪 60 年代结 束，从 1970 年以后起国际上已形成小型液压挖掘机的需求市场。小型液压挖 掘机的发展虽然只有 30 多年的生产历史，但其发展非常迅速。在参照和分析 山河智能系列和久保田系列小型液压挖掘机的基础上，设计了无尾式小型液压 挖掘机。 本文主要进行小型液压挖掘机的总体设计和有关计算。首先根据小型液压 挖掘机的工作概况及性能参数的设计要求，确定了液压挖掘机的设计方案，完 成了主要参数的设计计算，并对主要工作装置的铰点和关键部位进行力学分析 和计算；然后对行走系统、动力系统、传动系统和回转系统进行设计计算。接 下来对整机的稳定性进行了分析和研究，并对其可能发生的失稳状态进行校核。 关键词：液压挖掘机，主工作装置，底盘行走系，挖掘装置 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 2 页 Abstract Excavator is an important aircraft construction machinery is one of the important earthwork excavation machinery and equipment, which is widely used in small earth and stone works, municipal engineering, road repair, laying cables, agricultural reform and modernization of military engineering of mechanized construction. Small hydraulic excavators usually refers to the standard bucket capacity below0.25 m3, Or refers to the machine focuses on the excavator within the 8T. Large-scale infrastructure in developed countries and regions already end in the 1960s, On the formation of the needs of small hydraulic excavators market since 1970. The development of small hydraulic excavators, although only 30 years of production history, but its development is very rapid. On the basis of reference and analysis of the Shanhe Intelligent series and Kubota series of small hydraulic excavators, designed the no tail small hydraulic excavators. This article mainly presents the design and relevant calculation of the hydraulic system in the mini excavator. First of all, Overview of the work of small hydraulic excavators and performance parameters of the design requirements, to determine the design of the hydraulic excavator, Completion of the main parameters of the design calculations,And mechanics analyzing and the fulcrums and important components of the main working equip. Then design the working device, walking systems, power systems, powertrain and chassis. Next, analysis and research on the stability of the machine, and check the state of instability that may occur. Keywords: Hydraulic excavator , work equipment, chassis motion train, dig equipment. 第 3 页 目录 1 绪论 .1 1.1 引言.1 1.2 国内外小型挖掘机的发展情况.1 1.2.1 国内小型液压挖掘机的发展状 .1 1.2.2 国外挖掘机目前水平及发展动向 .2 1.2.3 小型液压挖掘机的类型 .3 1.3 液压挖掘机发展方向.4 1.4 本课题的目的和意义.4 1.5 本设计研究的主要内容.5 2 总体方案的构思 .7 2.1 基本原理及主要工艺.7 2.2 主要构思方案.7 2.3 本方案特点.8 3 动力系统的设计 .9 3.1 牵引力和牵引功率的平衡.9 3.1.1 机械行驶作业过程中的阻力 .9 3.1.2 牵引工况时的牵引力平衡和牵引功率平衡 .10 3.1.3 运输工况时的牵引力和牵引功率的平衡 .11 3.2 发动机的选型.12 3.2.1 单斗液压挖掘机对柴油机的基本要求 .12 3.2.2 发动机功率的确定 .13 3.2.3 发动机的额定转矩 .15 4 工作装置的设计 .16 4.1 工作装置的构成.16 4.1.1 动臂及斗杆的结构形式 .17 第 4 页 4.1.2 动臂油缸与铲斗油缸的布置 .18 4.1.3 铲斗的结构选择 .18 4.2 工作装置结构尺寸的确定.19 4.2.1 斗形参数的确定 .20 4.2.3 动臂机构参数的选择 .21 4.3 斗杆机构参数的选择.25 4.3.1 斗杆挖掘阻力的计算 .25 4.3.2 斗杆结构形状及尺寸的确定 .26 4.4 铲斗连杆机构基本参数的选择.27 4.5 铲斗挖掘阻力计算.28 4.6 挖掘机构受力分析.29 4.7 轴孔和相应轴的设计.38 5 回转机构的设计 .39 5.1 转台的设计.39 5.1.1 转台基本尺寸的确定 .39 5.1.2 转台的布置 .40 5.2 回转支承的选择.40 5.3 回转滚盘的计算与选型.41 5.3.1 回转支承型号的选择 .41 5.3.2 回转小齿轮的设计 .43 6 驾驶室的设计 .44 6.1 驾驶室的外型设计.44 6.1.1 驾驶室的外型的尺寸设计 .44 6.1.2 驾驶室外形及颜色设计 .45 6.2 驾驶室的宜人化设计.45 6.2.1 驾驶室的噪声控制 .45 第 5 页 6.2.2 驾驶室的通风 .46 6.2.3 驾驶室的隔热 .46 6.2.4 驾驶室的密封 .46 6.2.5 驾驶室的防护措施 .46 7 整机稳定性 .47 7.1 作业稳定性.47 7.1.1 挖掘失稳状态 .47 7.1.2 卸荷失稳状态 .52 7.2 自身稳定性.56 8 液压挖掘机的使用与维护说明 .58 8.1 液压挖掘机操作环境与使用条件.58 8.2 液压挖掘机使用要求及说明.58 8.3 液压挖掘机日常的维护与说明.58 8.4 液压挖掘机的操作规程.59 8.4.1 作业前的技术准备 .59 8.4.2 作业与行驶中的技术要求 .59 8.4.3 作业后的技术工作 .60 8.5 液压挖掘机行走操作及注意事项.60 9 结论 .61 参考文献 .62 附录 1：YW0.2 型小型无尾液压挖掘机主要性能参数 .63 附录 2：图纸清单及编号 .64 致谢 .65 第 1 页 1 绪论 1.1 引言 液压挖掘机是工程机械的主要机种之一，是土石方开挖的主要机械设备,广 泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利水电工程，农田改造、矿山采掘以 及现代化军事工程等的机械化施工中。由于机电一体化的运用, 挖掘机在近些 年发展很快，挖掘机的性能得到很大的提高。现代挖掘机具有各种工作装置与 功能,去掉挖斗的挖掘机是一个工作平台.随着我国经济建设的飞速发展,特别是 国家逐步增加对高等级公路、铁路、住宅和水利设施的投入，挖掘机越来越显 示出适应性强、作业效率高等优越性。 小型多功能液压挖掘机通常指标准斗容在 0.25m3以下，或指机重在 8T 以 内的挖掘机产品，产品归类为小型工程机械，在世界工程机械市场，属销量最 大的工程机械产品之一。小型无尾液压挖掘机的尾部长度为零，可以在狭窄地 段方便的作业。受施工场地限制较少，在建筑物间、城市道路、园林绿化、挖 掘沟槽等小型土方施工中比大中型挖掘机更有优势，即使在仅靠墙根时也能方 便的进行回转和挖掘，与大型挖掘机相比，小型挖掘机设备的购买投入较少， 使用成本相对较低。它与挖斗、推土铲、液压破碎锤等多种作业装置配套使用 后，具有挖掘、装载、清沟、破碎等多种功能。 国外发达国家和地区的大规模的基础建设早已于 20 世纪 60 年代结束，从 1970 年以后起国际上已形成小型液压挖掘机的需求市场。小型液压挖掘机的发 展虽然只有 30 多年的生产历史，但其发展非常迅速。 1.2 国内外小型挖掘机的发展情况 1.2.1 国内小型液压挖掘机的发展状 挖掘机市场在国内比装载机等工程机械起步晚，小型液压挖掘机则更晚。 尽管近几年小型液压挖掘机在国内市场的发展速度很快，主要生产厂家已有几 十家，市场销售增长率很高，但仍处于起步阶段。在国内小型液压挖掘机生产 企业中，以广西玉柴为首，山河智能、江西南特、山东临挖、杭州军联等企业 组成的中国小型液压挖掘机团队已经初具规模。 国内小型液压挖掘机目前已形成 1.5T 至 8T 全系列产品，并占有国内市场 的主要份额，且有少数出口。国内小型液压挖掘机目前的整体技术水平处于国 际二十世纪八十年代末九十年代初的水平，与国际先进技术的差距主要体现在 整机匹配、微操作性能、维修性、可靠性及外观质量上。 现阶段我国的挖掘机仍处于仿制阶段，缺乏自主开发能力和发掘自身优势 第 2 页 的意识。目前国产品牌的优势仍主要建立在价格和服务优势上，技术上还无法 与国际先进水平相提并论。 未来的发展将在很长一段时间内受制于两大主要配件，一是动力，二是液 压件。国产动力要抗衡进口动力尚需时日，而国产液压件取代进口液压件更需 巨大努力。 1.2.2 国外挖掘机目前水平及发展动向 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗 容量 3.5-40 m3单斗液压挖掘机的主要生产国，从 20 世纪 80 年代开始生产特 大型挖掘机。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。 （1）开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设 和农田建设的需要，国外发展了斗容量在 0.25m3以下的微型挖掘机，最小的 斗容量仅在 0.01 m3。另外，数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配 备了多种工作装置除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载 斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、 高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用 途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。 （2）迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简 单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电 遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利 用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自 动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好的前提。 （3）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化 发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节 装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新 C 系列 LS-5800 型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避 免了驱动功率的浪费。还安装了 CAPS（计算机辅助功率系统），提高挖掘机 的作业功率，更好地发挥液压系统的功能。 （4）更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推 广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳 损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服 疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方 面，促进了产品的优质高效率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分 析方法，并创立了预测产品失效和更新的的理论。日本制定了液压挖掘机构件 的强度评定程序，研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，借 助于大量试验，缩短了新产品的研究周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程， 并提高其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机的运转率达到 85%-95%，使用寿 命超过 1 万小时。 第 3 页 （5）加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采 用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔 音措施降低噪声干扰。 （6）进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系 统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量 来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分 利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力成 倍增长率加；采用三回路液压系统。产生三个互不成影响的独立工作运动。实 现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路 第二个独立的快速成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、 自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。 （7）迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20 世纪 70 年代， 为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降 低挖掘机口音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。 随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面 性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了 质的飞跃。20 世纪 80 年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、 微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘 机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘机 上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、 监控系统等电控系统。 总之，国外小挖目前水平与发展动向国外小挖目前水平完全可以称之为渐 趋完美、渐入佳境，其功能的可靠性，操作的流畅性和舒适性不必详述，即使 其驾驶室内的美观与质感也几可与国产轿车蓖美。 国外小挖目前的发展动向主要体现在：以一机多能为目标的多功能化；以 提高操作性能为目标的智能化；以节能为目标的功率模式控制；以动态设计分 析为基础的可靠性设计；以人为本的驾驶室设计；基于微电子技术的自动监控 系统的发展。 1.2.3 小型液压挖掘机的类型 根据小型挖掘机基本功能要求，为了更能适应作业形态和工作要求，经淘 汰化，目前有以下三种形式。 1）标准型 是最早生产的挖掘机机种，其结构特点是挖掘机前部工作装置和后部平衡 部分都突出在履带宽度之外。机体较宽敞驾驶室居住性好，重心布置得当，稳 定性好，作业性能优良。 在以前标准型是小型挖掘机的主力机种。但由于后部突出较大，在工作过 程中易出现后部碰撞事故。因此今年它的发展受到了限制，在长期的设计和使 用实践中其液压系统有了较大改进，工作装置重量减轻了，作业范围扩大了。 第 4 页 2）超小回转型 其主要特点是工作装置在收缩状态可收到履带宽度之内，其后不平衡部分 也在履带宽度之内，即整个上部回转体轮廓的最小回转半径小于履带宽度。它 主要用于在非常狭窄场所下施工，例如管道施工等。 为了回转半径小，要求动臂举升角大，这给动臂带来了困难，要挖侧沟， 不能采用动臂偏转方式，而要将动臂分成两段，中间采用平行连杆机构，即偏 置式挖侧沟形式。 3）后部小回转型 回转机构后部设计成圆弧形，它的外廓旋转半径在履带宽度范围之内。这 种小挖掘机具有接近标准型的作业能力和接近超小回转型的回转性能。其主要 优点是作业时注意力可集中于工作装置，不用担心后部与外界碰撞，安全性能 好，作业效率也高，且运输型是三种小挖掘机中最好的，目前已替代标准型成 为小挖掘机中的主力机种。 1.3 液压挖掘机发展方向 单斗液压挖掘机的研制和改进主要的发展方向在于： 1、发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效功，其中 包括动力装置与液压传动的最佳匹配，提高传动效率，能量回收，高效液压系 统的研究等； 2、铲斗挖掘力的充分发挥，挖掘力大小和有效作用范围是衡量各种液压 挖掘机工作能力的重要指标，目前通过优化程序实现工作装置铰点最佳布置， 采用高压与超高压技术，提高整机稳定性等方面进行研究； 3、缩短工作循环周期，提高机械生产率，包括整机性能研究(作业循环、 回转和行走性能的研究)，发展专用机械和工作装置以及机械大型化和小型化 等； 4、机械可靠性研究，是各国十分重视的一项内容，关键在于设计的合理 化和材料工艺的研究，包括摩擦磨损机理的研究和新材料的应用，在试验手段 方面，进行挖掘机整机和液压传动的快速试验研究，以及结构件快速疲劳试验 和寿命预测的研究等，从而保证整机的可靠性，延长维修周期，加快维修进程， 降低维修费用，降低成本； 5、司机室安全舒适性以及维护保养的方便性对挖掘机的有效利用有极大 影响，从人体生理学和环境工程的观点来研究操作舒适性和振动噪音对司机和 环境的影响，以及控制空气的污染等，各国已做了大量工作，国内也逐渐予以 注意； 6、加快产品开发速度，满足快速多变的市场需求； 7、采用微电子技术使液压挖掘机自动化、机电一体化和智能化进程加快 1.4 本课题的目的和意义 第 5 页 随着我国经济建设的高速发展，以及我国公路养护常规化，园林绿化的有 序进行，小区建设工程增多，市政工程不断升级，农田建设正趋向机械化，而 在这些工程施工中，大多是小型土方施工。因此，在施工中小型多功能液压挖 掘机比大中型液压挖掘机更有优势，即使在靠墙时也能方便的进行回转和挖掘， 况且小型挖掘机资金投入少，使用成本相对较低。小型多功能挖掘机的地位不 容忽视，其应用的市场环境日益扩展并呈现可以预见的强劲后市，越来越受广 大消费者青睐。而无尾式小型液压挖掘机在我国的发展才刚刚起步，其技术还 远远落后于国外。此时对小型液压挖掘机进行一些理论联系实际的研究显然具 有重要的现实意义和长远的指导意义。 本次所设计的小型无尾液压挖掘机。设计内容是总体设计，主要包括底盘 的设计、动力系统的设计和挖掘工作装置的设计。 总体设计的优劣决定着其他零部件的设计质量，更决定了整机的性能。合 理正确、全面的总体设计是保证整个设计任务完成的关键。因此总体设计应该 有一个全面的，更高层次的设计理念。 总体设计主要是 对履带式小型无尾液压挖掘机进行深入的分析，并提出 切实可行的方案，对整体参数、整体布局、整体结构、整机系统及其主要零部 件进行设计计算最后再将其建模装配。在整体设计中，挖掘机工作装置的设计 和底盘是最重要的，也是整机设计的关键所在。 其中本次设计中的工作装置的设计必须考虑全面，比如外形尺寸、形状、 铰点布置、工作过程中不能相互干涉、材料的强度、刚度等等。此次涉及的工 作装置是反铲装置，动臂部分主要采用整体式弯动臂，这样有利于得到较大的 挖掘深度。 1.5 本设计研究的主要内容 本次所设计的挖掘机为无尾式小型液压挖掘机。设计的内容为总体设计， 主要包括主工作臂的设计、底盘行走系统的设计和推土铲的设计。总体设计的 优劣决定了其它零部件设计的质量，也决定了整机的性能。合理的、全面的总 体设计是整个设计任务顺利完成的保证。因此，对整体设计必须从一个更高的 层次出发，对整体设计必须提出更高的要求。 总体设计主要是对小型无尾液压挖掘机进行深入地分析，并提出切实可行 的方案，对整体参数、整体布局、整体结构、整机系统及其主要零部件进行设 计计算，最后再将其建模装配。在整体设计中，主工作装置的设计、底盘行走 系统的设计是最重要的，也是整机设计的关键所在。因为对于整个挖掘机而言， 主工作装置和底盘行走系是整个机器工作的前提和保证，它将决定整个机器的 性能和质量。主工作装置的设计必须考虑全面，比如外形尺寸、形状、铰点布 置、工作过程中不能相互干涉、强度、刚度等等。而对于底盘行走系统，履带 式比轮式更加稳定，转弯半径更小，接地比压更大，附着性能更好，结构布置 更加紧凑，执行操作更加方便。此次设计的主工作装置主要采用反铲装置，动 第 6 页 臂部分主要采用整体式弯动臂，这样有利于得到较大的挖掘深度。斗杆部分主 要采用整体式直动斗杆；铲斗部分采用道侧齿的铲斗。底盘行走系采用履带式 行走底盘，在设计底盘过程中尽量采用标准件，以便更换方便。 第 7 页 2 总体方案的构思 2.1 基本原理及主要工艺 对于一般的工程机械来说，都必须将包括动力系统、传动系统、底盘行走 系统、操作控制系统和执行系统这五大基本系统。 动力系统主要采用的是柴油发动机，其原因是由于它不受电源、电缆的限 制，使得工程机械移动、行驶方便且功率大、工作可靠、燃料经济性好、排气 污染小。 工程机械的传动系统的类型有：机械传动、液力机械传动、液压传动和电 传动。在本设计中采用的是液压传动系统，液压传动系统的主要优点是:能够 实现无级变速且变速范围大，车辆可以实现微动；变速和变向操作简单，一根 操作杆即可；可以利用液压传动系统实现制动；采用左右轮分别驱动系统，能 够方便的实现车辆的弯道行驶和原地转向；便于实现自动化操作和远距离操作； 液压传动系统的主要缺点是：噪声大、传动效率低以及液压元件密封困难等。 底盘行走系统主要类型有轮式和履带式。履带式液压挖掘机具有在任何路面行 走均有良好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支 腿，适用范围大。在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可通过加宽和 加长履带来降低接地比压。为防止对路面的碾压破坏，通常行走的液压挖掘机 多为全液压传动。 操作控制系统一般包括底盘操作系统和工作装置操作系统两个部分。 执行系统主要包括各种类型的工作装置和机构。 根据这五大基本系统，来选择机型，确定总体布置方案。 2.2 主要构思方案 根据实际调研结果，结合国内外工程用液压挖掘机的相关资料，经过认真 分析总结，又根据设计的要求，考虑到机械的实用性、经济性、生产等方面的 因素，我们仿照 CASE 系列和山河智能小型液压挖掘机的整体结构和整机系统， 拟定构思方案如下： （1）动力系统采用柴油发动机； （2）传动系统采用液压传动系统； （3）底盘行走系统采用履带式底盘； （4）操纵控制系统采用全液压控制系统； （5）执行系统主要包括铲斗、斗杆和动臂。动臂部分主要采用整体式弯 动臂，斗杆部分主要采用整体式直动斗杆，铲斗部分采用道侧齿的铲斗，而整 个主工作装置则采用反铲装置。 第 8 页 在此次设计当中，本人所承担的设计任务主要是挖掘机总体设计。 2.3 本方案特点 整机结构简单，结构紧凑。采用履带式底盘，作业行走方便，对作业现场 的适应能力强。可替换的钢制履带和橡胶履带可使机械在不同的工况下工作， 对场地的适应性好。另外，采用履带式底盘结构，机械的整机稳定性好，使用 全液压驱动，可以很轻松的实现无级变速和自动刹车，且能够实现较大范围的 调速。采用回转支撑可以使机器轻松实现 360的全方位回转，工作能力可以 得到大大的提高。采用久保田发动机，能够在保证功率的前提下，实现在较小 空间内的安装布置，使车身和转台不会超过设计的要求，从而满足“无尾”的 要求，实现作业的顺利进行。 第 9 页 3 动力系统的设计 动力系统的设计需要计算整机的牵引力平衡和牵引功率平衡，选择合适的柴油 机，满足功率和扭矩要求，且发动机的外形尺寸不和其它部件发生干涉。 3.1 牵引力和牵引功率的平衡 研究牵引力平衡和牵引功率平衡，是为了分析机械在行驶作业过程中，牵 引力是怎样利用的以及发动机的功率是怎样消耗的。牵引力平衡和牵引功率平 衡是指机械在行驶作业过程中的任何瞬间，其牵引力平衡可以分析挖掘机的动 力性能，根据牵引功率平衡可以选定挖掘机发动机的功率及分析牵引功率。 3.1.1 机械行驶作业过程中的阻力 挖掘机行驶作业过程中，在底盘行走架上有以下几种阻力： （1）滚动阻力 (KN) f P (3-1)cosGfPf 式中 挖掘机自重(KN)，根据单斗液压挖掘机表 1-2，初步G 42 P 设定挖掘机自重为,6.3t，则 63009.8=61.7KN； mgG 滚动阻力系数，根据铲土运输机械表 1-1，考虑到挖掘f 机的工作环境，取=0.07；f 坡角，根据任务书要求 =30； 所以： (KN) f P 61.70.07cos30=3.74KNcosGfPf （2）坡度阻力（KN） P =61.7sin30=30.85KN sinGP 第 10 页 （3）工作阻力（KN） T P （4）风阻力（KN） W P （5）加速阻力（KN） j P 3.1.2 牵引工况时的牵引力平衡和牵引功率平衡 （1）牵引力的平衡 挖掘机在工作时，其切线牵引力需克服滚动阻力、坡度阻力、工作阻力、 风阻力及加速阻力，即： （3- kfTjW PPPPPP 2） 取自工程机械底盘构造与设计P139 式中：切线牵引力，对于履带式行走系：/； k P KKk MP K 驱动力矩（） ； K M mN 履带驱动功率，=0.96； K K 驱动轮动力半径。 K 由于挖掘机在进行挖掘作业时不行驶，所以挖掘机作业过程中地盘行走架 上的工作阻力可以忽略不计，即作业过程中底盘行走架上的工作阻力。0 T P 由于挖掘机的行走速度较慢，因此其风阻力和加速阻力均可忽略不计。 所以，在上式中风阻力和加速阻力均为 0。 W P j P 因此，挖掘机的切线牵引力 3.7430.8534.59 KN kf PPP 由此得出牵引工况时挖掘所需总的牵引力。由于挖掘机是履带式，有两个 驱动轮，所以对于每个驱动轮，其切线牵引力为： = k P/ 234.59/ 217.3 KN k P 欲得到每个驱动轮上的驱动力矩，就必须知道驱动轮的动力半径，动力半 径可以由后面的底盘行走系部分得到：320.6 mm K 第 11 页 所以驱动轮的总的驱动力矩为： 34.59 302.6 11.55 0.96 KK K K P MKN （2）牵引功率的平衡 本设计的挖掘机有两个工作装置，主工作装置和附属推土铲一般不会同时 工作，其中主工作装置工作时消耗的功率较大，因此，牵引功率应按主工作装 置进行计算。主工作装置工作时，而底盘行走架是不工作的，即机械是停在原 地不动的。此时机械的行使速度为 0，从而驱动轮的行使速度也为 0。对于此 时的挖掘机，发动机的全部功率都消耗在主工作装置上。 所以，机械的驱动功率=0。 K N 3.1.3 运输工况时的牵引力和牵引功率的平衡 挖掘机在运输工况下没有工作阻力，而行使速度较高，故此时风的阻力不 能忽略不计。 由于没有工作阻力，牵引力较小，故可以忽略滑转引起的功率损失。 （1）牵引力的平衡 挖掘机切线牵引力： (3-3) Wjfk PPPPP 取自工程机械底盘构造与设计P139 式中 滚动阻力，=3.74KN； f P f P 坡度阻力，=30.85KN； P P 风阻力； W P (3-4) 2 2 6 . 3 T W KFV P 取自工程机械底盘构造与设计P139 其中为理论行使速度，由任务书可知km/h。为机械流线型系 T V3.6 T V K 数，通常取0.60.7（/） 。表示机械迎风面积， K N 2 S 4 mFBHF 为履带轨距，为机械高度。参照同组同学计算结果，B H B=1500mm；H=2580mm。 第 12 页 则 2 1.5 2.583.87FBHm 22 22 0.65 3.87 3.6 2.52 3.63.6 T W KFV PKN 对于其加速阻力可以忽略不计。 j P 所以其切线牵引力为： 3.7430.8502.5236.51 kfjW PPPPPKN 2).牵引功率的平衡 挖掘机行走时的最大理论行使速度为：Km/h3.6 T V 对于履带式机械：由于在运输工况下，较小，速度较高，所0 T P KP PV 以 滑转率。VVT , 0 因此，挖掘机的实际行使速度3.6/ T VVKm h (3-5) WjfK NNNNN 参看工程机械底盘构造与设计P139 式中 滚动阻力功率，； f N 3.74 3.6 3.74 3.63.6 f f P V NKW 克服坡道阻力功率，； N 30.85 3.6 30.85 3.63.6 PV NKW 克服加速消耗的功率，可以忽略不计，即=0； j N j N 克服风的阻力功率， W N 3 3 33 0.65 3.87 3.6 2.52 3.63.6 T W KFV NKW 所以，3.7430.8502.5237.11 KfjW NNNNNKW 也即挖掘机在运输工况时的驱动功率为：37.11 K NKW 第 13 页 3.2 发动机的选型 3.2.1 单斗液压挖掘机对柴油机的基本要求 目前及今后的一个相当长的时期内，单斗液压挖掘机的动力将仍以柴油机 为主。极少采用其它原动机。因为，柴油机具有机动灵活、特性曲线硬、工作 可靠，使用经济等优点。 单斗液压挖掘机所用柴油机的基本要求与汽车、拖拉机类同。但由于挖掘 机工作条件更恶劣，负荷不稳定，甚至有时超负荷工作。故柴油机的工作负荷 一般应低于额定负荷。挖掘机的额定负荷与汽车、拖拉机不同，它是指在额定 转速下一小时以上的额定功率。 挖掘机工作的特点是：环境温度变化大（经常为40C，有时最热达 60 C） ，灰尘污物较多；负荷变化大；经常倾斜工作，有时在斜坡上常年工作； 维护保养条件差，工地离维修厂较远。为此，对柴油机就提出了一些特殊要求： （1）柴油机的大维修不得低于 30004000 工作小时。 （2）燃油消耗量不得大于 190 克/马力小时。机油消耗量不应大于 34 克/马力小时。希望不用较稀缺的燃料和油料。 （3）结构简单，保养维修方便，调整点少，备件可充分供应。 （4）低温启动容易。 （5）要有效能高、清洗方便、进气阻力小的空气滤清器及柴油、机油滤 清器。保证在含灰量为 2时，柴油机能正常工作。 3 /mg （6）小功率的柴油机应考虑从曲轴前端、侧面或分配齿轮箱均能独立地 输出全部功率。因为有些挖掘机有时有专门的转向泵或数个泵。 （7）.在额定功率下，至少能连续工作一小时功率不下降。连续工作四小 时，功率下降别的超过 5%。柴油机适应性系数不得低于 1.151.20。要装有 全程调速器。 （8）柴油机出厂应备有空气滤清器、水或油冷却装置、电气仪表、操纵 机构及机罩等。同时，还应考虑添加增压器。 3.2.2 发动机功率的确定 根据牵引工况和运输工况的功率平衡方程式分别算出所需功率，然后取其 中较大值来选择柴油机的标定功率。 （1）牵引工况 第 14 页 (3-6) 360060000 kT eH MTNOPP NGf VQ P NKW 取自铲土运输机械P37 式中 ： 机械传动效率（履带式包括履带驱动功率） 。计算时取： M 轮胎式=0.900.92；履带式=0.870.89； M M 液力变矩器效率，计算时取，采用机械传动时； T 75. 0 T 1 T 液压泵的流量,；Qmin/L87 min L Q 液压泵进出口压力差,； PKPa 4 1.6 10PKPa 液力压泵及液压泵驱动机构的效率，可取。 P 75 . 0 P 85 . 0 4 37.11 61.74 0.070.3687 1.6 10 43.98 3.6 0.88 0.75 160000 0.8 eH NKW （2）按运输工况最高行驶速度计算 (3-7)( 600036006 . 3 2 2 KW PQVKFV GfN Ptn tt eH 参看铲土运输机械P37 页 各参数意义同前。 24 2 0.65 3.87 3.63.687 1.6 10 61.74 0.07 3.63.6 0.88 0.7560000 0.8