7吨液压挖掘机斗杆、铲斗总成及油缸毕业设计.doc

7吨液压挖掘机斗杆、铲斗总成及油缸毕业设计 1.绪论1.1课题研究背景：1.1.1挖掘机的发展历程：（1） 挖掘机的定义挖掘机，又称挖掘机械（excavating machinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一，其正确的选型也就显得更为重要。 （2） 挖掘机发展历史第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。 由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间。 初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%，目前已接近100%。 （3） 挖掘机的构成常见的挖掘机结构包括，动力装置，工作装置，回转机构，操纵机构，传动机构，行走机构和辅助设施等。 从外观上看，挖掘机由工作装置，上部转台，行走机构三部分组成。 1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间。 （4） 挖掘机的分类挖掘机分类一：常见的挖掘机按驱动方式有内燃机驱动挖掘机和电力驱动挖掘机两种。其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧与地下矿井和其它一些易燃易爆的场所。 挖掘机分类二：按照行走方式的不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式挖掘机。 挖掘机分类三：按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘机。机械挖掘机主要用在一些大型矿山上。 挖掘机分类四：按照用途来分，挖掘机又可以分为通用挖掘机，矿用挖掘机，船用挖掘机，特种挖掘机等不同的类别 挖掘机分类五：按照铲斗来分，挖掘机又可以分为正铲挖掘机和反铲挖掘机。正铲挖掘机多用于挖掘地表以上的物料，反铲挖掘机多用于挖掘地表以下的物料。 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。 正铲挖掘机的铲土动作形式。其特点是“前进向上，强制切土”。正铲挖掘力大，能开挖停机面以上的土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，但须设置上下坡道。正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些，可开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业，还可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正铲挖土机的开挖方式根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种: 正向挖土，侧向卸土；正向挖土，反向卸土。 1.1.2工程机械中挖掘机的发展现状 我国的挖掘机生产起步较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为1 m3;的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。 新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪3040年代的W501、W502、W1001、W1002等型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。1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WYl00型、贵阳矿山机器厂的W2-170型、合肥矿山机器厂的WY60型挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的WYl60型和杭州重型机械厂的WY250型挖掘机等。它们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。 到20世纪80年代末，我国挖掘机生产厂已有30多家，生产机型达40余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容有0.12.5 m3;等12个等级、20多种型号，还生产0.5-4.0 m3;以及大型矿用10 m3;12 m3;机械传动单斗挖掘机，1 m3隧道挖掘机，4 m3长臂挖掘机等，还开发了斗容量0.25 m3;的船用液压挖掘机，斗容量0.4 m3;0.6 m3;0.8 m3;的水陆两用挖掘机等。但总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，有很大的差距。 改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进我国挖掘机行业的发展。其中贵阳矿山机器厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机器厂、长江挖掘机厂等分别引进德国利勃海尔(Liebherr)公司的A912、R912、R942、A922、R922、R962、R972、R982型液压挖掘机制造技术。稍后几年，杭州重型机械厂引进德国德玛克(Demag)公司的H55和H85型液压挖掘机生产技术，北京建筑机械厂引进德国奥加凯(0&K)公司的RH6和MH6型液压挖掘机制造技术。与此同时，还有山东推土机总厂、黄河工程机械厂、江西长林机械厂、山东临沂工程机械厂等联合引进了日本小松制作所的PC100、PC120、PC200、PC220、PC300、PC400型液压挖掘机(除发动机外)的全套制造技术。这些厂通过数年引进技术的消化、吸收、移植，使国产液压挖掘机产品性能指标全面提高到20世纪80年代的国际水平，产量也逐年提高。由于国内对液压挖掘机需求量的不断增加且多样化，在国有大、中型企业产品结构的调整，牵动了一些其他机械行业的制造厂加入液压挖掘机行业。 业内人士指出，我国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容量宜控制在0.1-15 m3；而对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为主。应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操纵的自动化。 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本等是斗容量3.2-47 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。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150 m3的剥离用挖掘机，斗容量132 m3的步行式拉铲挖掘机；B-E(布比赛路斯一伊利)公司生产的斗容量168.2 m3的步行式拉铲挖掘机，斗容量107 m3的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 1.1.3挖掘机的发展前景和趋势从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0.25 m3以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅0.01 m3。另外，数量最多的中、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、低噪声、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；美国林肯一贝尔特公司新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；日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助的功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命；德国奥加凯(O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了ECO(电子控制作业)的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。 （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，研制了可靠性信息处理系统。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8595，使用寿命超过1万小时。 （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，压力减小时用增大流量来补偿，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)，使挖掘力成倍增加；采用三回路液压系统。产生三个互不影响的独立工作运动。实现与回转机构的功率匹配。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污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘机噪音，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，促使了机电液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。 （8） 更注重环境保护，CAT、小松等厂家纷纷推出满足三次排放要求的挖掘机。1.1.4小型液压挖掘机应用20世纪八九十年代以来，小型工程机械在市政工程、交通等施中发挥了较大优势并得以迅速发展。小型挖掘机在这些工程中为节省人力、物力做出了较大贡献，满足了城市各种作业要求，在城市狭窄的工作空间内能够最大限度地发挥其生产能力，逐步成为城市施工中具有代表性的施工机械。从全球范围看，小型挖掘机市场已处于成熟发展期，需求稳定并呈缓慢上升趋势，2005年小型液压挖掘机约占全球工程机械产品销量的19。西欧、日本、北美等经济发达国家和地区是小型挖掘机的主要消费地，且产品需求结构趋于小型化和微型化。中国的小型挖掘机产业仍处于市场导入和发展的初级阶段，需求持续快速增长。目前进入中国市场的国际知名小型挖掘机厂商已有10余家，国内涉足小型挖掘机生产的企业则达到60余家，并且还不断有新企业进入。随着国民经济的不断发展，应用机械化施工技术变得越来越重要，促进了现代工程建设机械的蓬勃发展。液压挖掘机是矿山、铁路、公路、水电、建筑和市政建设等工程施工中不可缺少的主要施工设备之一。随着城市建设中高楼密度的增大、交通流量的递增、人流的频繁及环境污染日益严重等因素的影响，使用大、中型施工机械必然受到很多的限制，而目前国内的建筑及市政工程，特别是在小范围施工现场，除了用人海战术，就是依靠笨重陈旧的大、中型施工机械配合完成作业，其结果经常导致封锁路段或局部区域，并产生严重噪音，给居民生活和城市交通管理带来严重影响，同时也增加了机械使用费。1970年以后小型液压挖掘机(一般指整机质量在8t以下的液压挖掘机)得到了迅速发展，技术上日益成熟、完善。（1） 品种规格齐全使用范围广泛各国生产的小型液压挖掘机体积小、重量轻、功能齐全、转移方便，可配装多种附属工作装置，如推土铲、正铲斗、抓斗、液压锤、液压镐、压路机、开沟机、割草机、钻孔机、扫地机(扫雪机)、刨削机等，一台机有时可配置几种、十几种甚至几十种作业装置，以减少用户的投入，增加机器的使用功能，做到“一机多用”。在这方面美国的BOBCAT、GEHL、法国的PEJOB和德国的SCHAEFF做得较好。橡胶履带行走，不损伤路面，减少震动。已由整体式橡胶履带(COMPACT RUBBER CRAWLER)向链节式橡胶履带(PART RUBBER CRAWLER)发展，增加可换性，如神户制钢所生产的小型液压挖掘机。同时可选配钢履带，部分机型底盘上装有液压提升机构，可将小型液压挖掘机平台以上倾斜1520，使小型液压挖掘机更适合在斜坡上作业。小型液压挖掘机大都在回转平台与工作装置之间设计有转向头，可以减少运输长度，工作装置可左右偏转(左右5080偏转)，特别在狭窄地域作业时，平台不做回转而摆动工作装置便可完成挖掘、卸载；也有在动臂上设计有转向头，更加减少摆动半径，如日本的KOBELC0、IHI；法国的PELJOB。（2） 采用新技术，技术性能高现代液压挖掘机的设计制造技术在小型液压挖掘机研制上得到了很好的发挥，机电仪液一体化、工业造型技术得到了广泛的应用。为了达到节能和提高作业效率，58t级的小型液压挖掘机可装备计算机控制的节能液压系统，它传感发动机的转速变化，利用微机来控制液压泵的排量，使发动机的转速回复到设定点，从而使发动机的转矩和液压泵的吸收转矩达到最佳的配合，有效地利用发动机的输出功率减少液压系统的液压动力损失，达到节约燃料消耗的目的。利用工程塑料等新材料，使驾驶室(司机棚)、发动机、平台和框架等采用流线设计，大圆弧过渡，加上各种油漆相配，使整机线条流畅、明快宜人。驾驶室装备暖风机，在寒冷的冬天可提高室内温度；驾驶室的整个结构都大量采用隔音材料，最大限度降低噪音；同时采用大面积的玻璃，提高驾驶员的工作视野；由于驾驶室前玻璃可翻转，增加空气的流动，炎热的夏季也不致使驾驶室内温度过高。一般来说，很少装备空调，主要受到空间位置与发动机功率的限制。符合人机工程学原理的驾驶室，为操纵者提供了最大的方便；采用中央控制仪表盘，使操纵者一目了然的观察控制仪表，从而监控设备的运行状态。（3） 改进产品设计，操作、维修更方便为增加机器横向作业的稳定性，底架部分左右履带架之间的距离可调(通过两个油缸来实现)；推土板宽度可以加宽。机器在斜坡上作业，为保持座椅平面水平，底架设计有举升油缸来调节回转平台水平，最大可达15。，如奥地利的NEUSEN。为了解机器挖掘较深时的作业情况，驾驶室可以用油缸顶升起来，以增加操作者的视野，如PELJOB与SCHAEFF；确切了解机器的挖掘半径和挖掘深度，铲斗上安装传感器，在驾驶室内就可以确切了解机器的挖掘半径和挖掘深度。回转马达、回转减速机、中央回转接头与回转支承做成一体，结构紧凑、方便装配。这种减速机由意大利的REGGIANA RIDU，RTORI公司生产。行走驱动采用行星式轮边减速器加内藏式柱塞马达一体化结构，简化结构，尺寸紧凑。小型液压挖掘机采用全液压传动，操作简便、灵活，操纵杆操纵力不大于40N。多路换向阀卧置于平台内，驾驶室下，为方便使用维修，驾驶室(司机棚)可前翻转30。(大多数机型)或侧翻(玉柴机器)；整机配重下置，不需卸下配重块，打开发动机罩就可以对发动机进行一般的维修。1.1.5常用挖掘机的生产厂家（1） 小松（KOMATSU）著名的工程机械制造商，株式会社小松制作所成立于1921年，至今已有80年的历史，在工程机械领域有着先进的生产经验。于2001年2月在上海市注册小松(中国)投资有限公司，注册资金3457万美元。 （2） 日立（HITACHI）日立建机株式会社于1970年10月1日在日本东京成立，现今日立建机集团是全球最大的建筑机械、运输机械及其他机械设备的制造、销售和服务综合性的公司之一。日立建机(中国)有限公司成立于1995年3月27日，坐落在安徽省合肥市经济技术开发区。公司主营挖掘机及其它建设机械的制造、销售、服务、配件供应。 （3） 卡特彼勒（CAT）美国卡特彼勒公司成立于1925年，是世界上最大的工程机械和矿山设备生产厂家、燃气发动机和工业用燃气轮机生产厂家之一，也是世界上最大的柴油机厂家之一。卡特彼勒（中国）投资有限公司于 1996 年在北京成立。今天，卡特彼勒在中国投资建立了 11 家生产企业，制造液压挖掘机、压实机、柴油发动机、履带行走装置、铸件、动力平地机、履带式推土机、轮式装载机、再造的工程机械零部件以及电力发电机组。 （4） 沃尔沃（VOLVO）瑞典沃尔沃集团成立于1924年，沃尔沃建筑设备公司是沃尔沃集团成员之一，是全球知名的建筑设备制造商。主要生产不同型号的挖掘机，轮式装载机，自行式平地机，铰接式卡车等产品。沃尔沃建筑设备（中国）有限公司于2002年3月成立，总部设在上海。 （5） 大宇（DAEWOO）韩国大宇集团1967年由金宇中创建，其产品一直以来代表着韩国机械工业的发展水平，在柴油发动机、挖掘机、车辆、自动机床、机器人等领域创造了公认的成就。1994年10月1日在中国烟台成立大宇重工业烟台有限公司，主要生产挖掘机、叉车及机床等重工业产品。大宇公司于2005年被斗山公司收购51%的股份。 （6） 现代（HYUNDAI）韩国现代重工业株式会社是韩国现代集团的主要公司，现代重工是于1972年在朝鲜半岛东南端的蔚山市成立。涉及汽车,工程机械,叉车等多个工业领域。于2002年9月1日在北京成立北京现代京城公司，北京现代正逐步成为国内最大的叉车、挖掘机制造供应商之一。 （7） 神钢（KOBELCO）株式会社神户制钢所成立与1905年，神钢建机株式会社1999年10月从世界500强企业之一的神户制钢独立，成为日本神户制钢所的子公司，专门制造和销售挖掘机和起重机等工程机械。2003年8月在中国成都成立成都神钢工程机械（集团）有限公司。旗下包括成都神钢建设机械有限公司（生产液压挖掘机）和四川成都成工工程机械株式公司（生产轮式装载机等设备）。成都神钢工程机械（集团）有限公司主要销售KOBELCO牌液压挖掘机，成工牌轮式装载机及其他工程机械。 （8） 凯斯（CASE）1842年发明家Jerome Increase Case在Racine建立凯斯公司，是全球首家农用蒸汽机生产厂家。1912年，凯斯定位于建筑工程机械设备业，生产公路建筑设备。到1990年代中期，凯斯已经发展成为在世界上处于领导地位的中、小型建筑工程机械设备制造商。主要生产销售挖掘机，装载机等建筑机械设备。 （9） 中联重工(ZOOMLION)长沙中联重工科技发展股份有限公司创建于1992年，是在原长沙建设机械研究院基础上孵化出来的新型高科技上市公司，中国工程机械装备制造龙头企业，全国首批103家创新型试点企业之一。公司注册资本19.71亿元，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家重点基础设施建设工程所需重大高新技术装备的研发制造，其混凝土机械产销量居全球市场第一，中大型塔式起重机市场占有率居全国第1，环卫机械市场占有率居全国第1，工程起重机市场占有率全国第2位，而且，是全球产业链最为齐全的工程机械企业。在中国机械工业企业管理协会主办的2009年中国机械500强评选中，中联重科排在第34位，比2008年上升了6位，位列湖南省机械企业第一。2008年公司年产值、销售收入达到243亿元，员工20000多人。 2009年12月17日下午，CIFA供应链中国基地在中联重科麓谷工业园正式建成投产。CIFA将其80年经验的供应链体系根植于中国，“原汁原味”的欧洲品质混凝土机械产品将有更多的机会投身于高速发展的中国基础设施建设，此举标志着中联重科继收购意大利CIFA实施国际化战略以来，双方协同整合再结硕果，中联重科国际化进程再迈坚实一步。 （10） 阿特拉斯（ATLAS）德国阿特拉斯公司是世界著名的挖掘机生产企业，在全球有5家工厂，是世界第一台全液压挖掘机的诞生地，其ATLAS液压挖掘机在欧洲畅销50余年，承受了欧洲各种恶劣工况的严峻考验，其在欧洲的占有率近20%，此次投资组建中国阿特拉斯是ATLAS这个蜚声欧美的挖掘机品牌第一次进入亚洲市场。 阿特拉斯工程机械有限公司（简称中国阿特拉斯）是中德合资的大型挖掘机制造企业，成立于2004年2月28日，是由内蒙古北方重型汽车股份有限公司和美国特雷克斯（TEREX）集团旗下德国阿特拉斯（ATLAS）公司共同投资组建。1.2课题研究意义：随着国民经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设施建设中取得了越来越明显的作用，液压挖掘机作为一类快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进。因此研究挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。1）在本次毕业设计过程中对我的综合分析能力和提高解决实际问题的能力有了进一步的提高，从而巩固、扩大、加深了我所学的知识;2）在本次毕业设计中学会了自己独立调查研究，熟悉有关技术政策，运用国家标准、规范、手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件，提高了我的独立工作能力;3）在本次毕业设计中促进自己建立正确的设计思想；初步掌握了解决本专业工程技术问题所需的方法和手段；从而使自己受到一次工程师的基本训练。1.3论文构成及其研究内容论文主要在综合挖掘机工作装置的基础上对其中的斗杆体及其油缸进行设计。具体内容包括两大部分。1.2.1工作装置中的斗杆体设计（1） 挖机工作装置的总体介绍及初始参数确定；（2） 挖掘机的斗杆及其油缸详细的运动学分析；（3） 斗杆的基本尺寸的计算和验证；（4） 斗杆主要部件的结构设计；（5） 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。1.3.2斗杆、铲斗油缸各部分设计（1） 油缸缸筒总体设计；（2） 油缸缸筒端盖设计；（3） 活塞及其活塞杆的设计和校核；（4） 油缸密封件的选取。1.3.3工作装置中的铲斗及四连杆设计 （1） 铲斗的初始参数确定 （2） 铲斗各部位的材料选择 （3） 四连杆机构的设计 1.3.4工作装置结构与布置方式1）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。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。油缸活塞杆端部与动臂的铰点设在动臂箱体的中间，这样虽然削弱了动臂的结构强度，但不影响动臂的下降幅度。并且布置中，动臂油缸在动臂的两侧各装一只，这样的双动臂在结构上起到加强筋的作用，以弥补前面的不足。2）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。当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的办法，或者在斗杆上设置2到4个可供调节时选择的与动臂端部铰接的孔。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故采用整体式斗杆。 3）铲斗与铲斗油缸的连接方式在本方案中采用四连杆的布置方式。 一 设计原始数据工作重量：6850kg额定功率：56kw/2200rpm斗容：0.28工作压力：25MPa爬坡度：58%接地比压：34kPa最大牵引力：52.59KN平台回转速度：11.5rpm 二 主要尺寸参数的选择参照单斗液压挖掘机，估算整机各部分尺寸和工作装置尺寸。给定的设计参数：铲斗斗容量q=0.28m3。根据公式M=2179+20147q ，可估算出整机质量为7.8吨。以液压挖掘机的机重为指标，用以下经验公式近似确定各尺寸参数。线尺寸参数： (m)式中为各个线向尺寸经验系数，可由单斗液压挖掘机表1-4查得，G为整机质量。1）转台底部离地高度：2）底架离地高度：3）臂铲离地高度：4）臂铰离回转中心： 图1-1 单斗液压挖掘机5）臂铰与液压缸铰距：6）缸铰离地高度：7）臂长：标准臂尺寸系数：推荐值,范围1.71.9，选1.7标准臂 8）斗杆：标准斗杆尺寸系数：推荐系数 ，范围是0.70.9，选0.9，斗杆长：9）铲斗：推荐系数, 根据教材，选1.0m。10）动臂转角=，取推荐值。11）斗杆转角=，取推荐值。12）铲斗转角=，取推荐值。13）最大挖掘半经：推荐系数，14）最大挖掘深度：推荐系数，15）最大挖掘高度：推荐系数，16）最大卸载高度：推荐系数, 2.斗杆体的总体设计2.1工作装置构成2.1.1工作装置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-曲柄；10-铲斗油缸； 11-斗杆。图2-1 工作装置组成图 图2-1为液压挖掘机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、连杆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。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。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2-2所示。进一步简化得图如2-3所示。图2-2 工作装置结构简图1-铲斗；2-连杆；3-斗杆；4-动臂；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸图2-3 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。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，故也采用整体式斗杆。2.1.2原始几何参数的确定（1） 动臂与斗杆的长度比K1由于所设计的挖机适用性较强，一般不替换工作装置，故取中间比例方案，K1取在1.52.0之间，初步选取K1=1.85，即l1/l2=1.85。（2） 铲斗斗容与主参数的选择斗容在任务书中已经给出：q =0.28m3按经验公式和比拟法初选：l3=965mm（3） 工作装置液压系统主参数的初步选择初选斗杆油缸内径D1=85mm，活塞杆的直径d1=56mm。又由经验公式和其它机型的参考初选斗杆油缸行程L1=760mm，并按经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比：1=1.6。参照任务书的要求选择工作装置液压系统的工作压力P=25MPa，闭锁压力P1=27MPa。2.2工作装置运动学分析2.2.1斗杆运动分析如下图3-2所示，D点为斗杆油缸与动臂的铰点点，F点为动臂与斗杆的铰点，E点为斗杆油缸与斗杆的铰点。斗杆的位置参数是l2，这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑L2的影响。D-斗杆油缸与动臂的铰点点； F-动臂与斗杆的铰点；E-斗杆油缸与斗杆的铰点； 斗杆摆角.图2-4 斗杆机构摆角计算简图在三角形DEF中L22 = l82+ l92-2COS2l8l92 = COS-1（L22- l82-l92）/2l8l9 由上图的几何关系知2max =2 max-2min 则斗杆的作用力臂e2 =l9SinDEF 显然斗杆的最大作用力臂e2max = l9，此时2 = COS-1（l9/l8），L2 = sqr（l82-l92）2.2.2特殊工作位置计算（1） 最大挖掘深度H1maxNH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖.图2-5 最大挖掘深度计算简图如图2-5示，当动臂全缩时，F, Q, V三点共线且处于垂直位置时，得最大挖掘深度为: H1max = YV = YFminl2l3 = YC+L1Sin21minl2l3 = YC+l1Sin（1-20-11）l2l3 (2-8)（2） 最大卸载高度H3maxNH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖图2-6 最大卸载高度计算简图如图2-7所示，当斗杆油缸全缩，动臂油缸全伸时，QV连线处于垂直状态时，得最大卸载高度为: (2-9)（3） 水平面最大挖掘半径R1maxNH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖图2-7 停机面最大挖掘半径计算简图如图2-8所示，当斗杆油缸全缩时，F、Q、V三点共线，且斗齿尖v和铰点C在同一水平线上，即YC= YV，得到最大挖掘半径R1max为:R1max=XC+L40 (2-10)式中：L40 = Sqr（L1+L2+L3）2-2（L2+L3）L1COS32max (2-11)（4） 最大挖掘半径R最大挖掘半径时的工况是水平面最大挖掘半径工况下C、V连线绕C点转到水平面而成的。通过两者的几何关系，我们可计算得到：l 30 = 70mm ；l 40 =6484mm。（5） 最大挖掘高度H2max最大挖掘高度工况是最大卸载高度工况中铲斗绕Q点旋转直到铲斗油缸全缩而形成的。具体分析方法和最大卸载高度工况的分析类似。2.3基本尺寸的确定2.3.1斗杆机构基本参数的选择考虑因素：1. 保证斗杆液压缸产生足够的斗齿挖掘力。2. 保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。3. 保证斗杆的摆角范围95-125。E20E2ZDl92maxl8FD-斗杆油缸的下铰点；E-铲斗油缸的上铰点；F-动臂的上铰点；2-斗杆的摆角；l9-斗杆油缸的最大作用力臂.图2-8 斗杆机构基本参数计算简图首先计算斗杆挖掘阻力：斗杆挖掘过程中，切削行程较长，切土壤厚度在挖掘过程中为常数，一般取斗杆在挖掘过程中总转角g =50-80,取g =60，在这转角过程中，铲斗被装满，这时斗齿的实际行程为： S=0.01745R2g式中R2-斗杆挖掘时的切削半径，R2= l2 + l3=1685+965=2650mm斗杆挖掘时的切土厚度hg可按下式计算：hg=q/0.01745 R2gB=1/0.01745*2.65*60*(1+2.6*1)=0.1m斗杆挖掘阻力：W1g=k0hgB=Cq/0.01745 R2gBKs C-挖掘比阻力，选k0=31 斗杆l2与铲斗l3垂直时R2最小W1gmax=31*1*104/0.01745*1.685*60*1.25=140574N=PGmax取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂的表达式：e2max = l9 = PGmax （l2 + l3 ）/ P2 = 140574（1685+965）10-3/27(85)210-6 = 460 mm (4-22) 如图2-7所示图中，D：斗杆油缸的下铰点；E：铲斗油缸的上铰点；F动臂的上铰点；2：斗杆的摆角；l8：斗杆油缸的最大作用力臂。斗杆油缸的初始位置力臂e20与最大力臂e2max有以下关系:e20/e2max = l9COS(2max/2)/l9 = COS (2max/2) (4-23)由4-23知, 2max越大,则e20越小,即平均挖掘阻力越小.要得到较大的平均挖掘力,就要尽量减少2max,初取2max = 90由上图4-3的几何关系有:L2min = 2l9Sin (2max/2)/(2-1) = 2460Sin 45/(1.6 -1) = 1084 mmL2max = L2min + 2l9Sin (2max/2) = 1084 + 2460Sin 45 = 1734 mml82 = L22min + l29 + 2L2minl9COS(-2max)/2 = 10842+ 4602 + 21084460COS135 l8 =585 mm而EFQ取决于结构因素和工作范围,一般在130170之间1.初定EFQ=150,动臂上DFZ也是结构尺寸,按结构因素分析,可初选DFZ=10. 2.3.2斗杆的结构设计斗杆的受力分析斗杆主要受到弯矩的作用，故要找出斗杆中的最大弯矩进行设计计算。根据受力分析和以往的实验表明，在铲斗进行挖掘时，产生最大弯矩的工况可能有以下两个：第一工况位置，其满足以下条件：（1） 动臂处于最低位置。即动臂油缸全缩。（2） 斗杆油缸的力臂最大。（3） 铲斗齿尖在动臂与斗杆铰点和斗杆与铲斗铰点的连线上。（4） 侧齿挖掘时受到横向力Wk的作用第二工况位置，该工况满足以下条件：（1） 动臂位于动臂油缸对铰点A的最大作用力臂e1max处。（2） 斗杆油缸的力臂最大。（3） 铲斗齿尖位于F、Q两铰点的连线上或铲斗位于最大挖掘力位置。（4） 挖掘阻力对称于铲斗，无侧向力 Wk的作用。 第一工况位置的受力分析在这个工况下斗杆可能存在最大弯矩，受到的应力也可能最大3。该工况的具体简图如图5-1所示。取工作装置为研究对象，如图5-2所示。在该工况下存在的力有：工作装置各部件所受到的重力Gi；作用在铲斗上的挖掘阻力，包括切向阻力W1、法向阻力W2、侧向阻力W3。DBCYEAFGXNHQKVNH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖图2-9 斗杆第一工况时的工作装置简图FNQPdW1HKW2G3HK-连杆； HN-摇臂 N-摇臂与斗杆的铰接点；Q-斗杆与铲斗的铰接点图2-10 铲斗受力分析简图当斗杆油缸全缩时，通过前面的章节可以得出21 = 45，由图5-1可知CF的向量可以表示为：FC = 3118COS（180-45）+Sin（180-45） = 3118（COS135+Sin135）由测绘计算结果知：ZFC = 26.3，并初选DF = 1525mm。在DEF中DEF = 90COSEFD = EF/DF = 460/1525解得EFD = 72在CDEF中EFC = ZFC+DFZ+EFD = 26.3+10+72 = 108.3EFQ已经初定为150由以上的角度关系知：FV = 2650COS（134-108.3-150）+Sin（134-108.3-150） = 2650（COS122.5+Sin122.5） （5-1）OV = OC + CF + FV （5-2） = 1026（COS87+Sin87）+3118（COS-45+Sin-45）+2650（COS-122+Sin-122） 则XV = 1026COS87 + 3118COS（-45） + 2650COS（-122） = 854 mm （5-3）由（3-17）式可i= 0.336则可得此时铲斗的理论挖掘力：F0D =F D i = 2.981050.336=1.0105 N切向阻力W1：初选该工况下铲斗重心到铰点Q的水平距离r2= l3 COS（-122）/2=255mm取铲斗为研究对象，如图5-2所示，并对Q点取矩，则有MQ = 0（F0D- W1）l3 G3 r2 = 0（105- W1）0.965-17000.274 = 0W1 = 105 N法向阻力W2 的求解：工作装置所受重力对C点取矩有MC（Gi）= G1X1 +（G2 +G5）X2 + G3X3+G40.7XF+ G6X2 = 0.321041.974+（170+28）103.068+1