毕业设计（论文）-ATLAS3306LC反铲挖掘机总体设计.doc

青岛理工大学毕 业 设 计题目：ATLAS3306LC反铲挖掘机总体设计 学生姓名： 学生学号： 院系名称： 专业班级： 指导教师： 2010年 06 月 21 日48毕业设计任务书专业 班级 姓名 下发日期 2010-04-12题目ATLAS3306LC反铲挖掘机专题ATLAS3306LC反铲挖掘机总体设计主要内容及要求主要内容：1 查阅国内外液压挖掘机的文献资料，掌握研究现状，写出综述材料；2 掌握液压挖掘机的基本参数的选择方法；3 掌握工作装置、动臂结构及铲斗容量选择计算方法；4 总结提炼研究结论；要求：在教师指导下，独立完成设计任务，培养较强的创新意识和学习能力，获得机械工程师的基本训练。使整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。使用计算机设计、计算和绘图；说明书要求文字通顺、语言简练、图示清晰。主要技术参数选择主参数：标准斗容量（m3）为1.9 m3，机器重量（kg）为31500。 发动机功率（kw）为95115取100 kw。主要参数：反铲 最大挖掘深度（m）5.5 m。 最大挖掘半径（m）8 m。 最大挖掘力不少于（KN）100 KN。进度及完成日期2010年 4月12日 4月21日 查找资料，写开题报告4月21 日 5 月30 日 工程挖掘机总体分析5月03日 5月07 日 查找资料，分析工程挖掘机的各参数5月 08日 6月11 日 编写、整理设计书6月14日 6 月18 日 准备答辩系主任签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日青岛理工大学毕业设计评阅意见表设计题目ATLAS3306LC反铲挖掘机总体设计评价项目评价标准（A级）满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规范、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计（论文）；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观真实。20192017181516131412设计（论文）质量设计（论文）结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、图、表规范；有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计（论文）有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计（论文）提交答辩：是（ ） 否（ )具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日注：1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中；2.计算出总分。若总分60分，“设计质量”24分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。该设计须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。答 辩 委 员 会 评 语评定成绩周 记说明书(或论文)图 纸答 辩总 评答辩委员会主席签字日 期（5%）（65%）（30%）百分制等级制摘 要毕业设计不仅是一个重要的教学内容，而且是理论联系实际不可缺少的一个重要环节。它的目的是使我们运用所学的有关机械设计的理论和技能，以及各有关先修课程的知识进行一次较为全面综合的设计练习。本次设计的主要内容是工程挖掘机总体设计，所采用的挖掘机的类型为履带式单斗反铲液压挖掘机。设计之初，首先对挖掘机总体尺寸的选定做了介绍，其中包括整机质量、斗容量、发动机功率的选定以及整体尺寸、基本参数的计算；其次，在三、四章中对工作装置、回转装置做了简要介绍，其中主要包括动臂、斗杆的连接方案，斗形及都容量的计算，转台及回转机构的选用；第三，在第五章中重点对减速箱的结构设计及校核作了论述，这也是本次设计的重点所在；最后，在最后一章节中对本次设计所采用的液压挖掘机的液压系统作了简单介绍。本次设计的重点是对工程机械在传动系统上有一个较为清楚的认识，能够简要介绍各传动部件的功用，对所学的原理及设计有一整体的运用。关键字：工程机械 ；挖掘机 ；液压传动ABSTRACTGraduation Project is an important not only teaching content, but also the lack of integrating theory with practice is not an important part. Its purpose is to enable us to apply the science of the mechanical design of the theory and skills, as well as relevant pre-course knowledge to conduct a more comprehensive and integrated design practice. The design of the main contents of the transmission system engineering design excavator, the excavator of the type used for single-tracked hydraulic excavator backhoe bucket.Design at the beginning, first of all, the overall size of the selected excavator introduced, including the quality of machine, bucket capacity, engine power and the overall size of the selected, the calculation of basic parameters; Second, in three or four chapters of the work of devices, rotary device to do a brief introduction, which mainly include the boom, bucket under the connection program, bucket-shaped and have the capacity, the turntable and the choice of rotating bodies; Third, in Chapter V focus on the structure of Gearbox discussed the design and verification, which is the focus of the design; Finally, In the final chapter in a design of the hydraulic excavator used in the hydraulic system is introduced.This is designed to focus on mechanical engineering in the transmission system; there is a more clear understanding, a brief introduction to the usefulness of the transmission components, the principle of the study and design of the use of a whole.KEY WORDS：Construction machinery; excavators; hydraulic transmission目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 挖掘机的定义11.2 挖掘机简史11.3 挖掘机的分类21.4 国内外挖掘机发展水平及趋势21.4.1 我国液压挖掘机行业的形成与现状发展与未来21.4.2 国产单斗挖掘机型号编制规定41.4.3 国外挖掘机目前水平及发展动向41.5 挖掘机的基本结构与工作原理5第2章 ATLAS液压挖掘机基本参数及其选择72.1 本设计方案确定72.2 参数选择72.2.1 单斗液压挖掘机的基本参数72.2.2 主参数斗容量机重和发动机功率72.2.3 选择确定液压挖掘机主要参数的基本依据82.3 基本数据计算102.3.1 外形尺寸计算102.3.2 各部分质量计算112.3.3 功率及挖掘力计算122.3.4 回转及行走机构计算13第3章 执行机构总体方案设计153.1 工作装置构成153.2 动臂及斗杆的结构形式173.3 动臂油缸与铲斗油缸的布置173.4 铲斗与铲斗油缸的连接方式173.5 铲斗的结构选择18第4章 回转装置选定204.1 回转支承214.1.1 滚动轴承式回转支承的构造及分类214.1.2 滚动轴承式回转支承的系列标准214.2 回转机构224.3 转台234.3.1 转台平衡的确定244.3.2 转台配重的确定24第5章 行走装置265.1 工程挖掘机的行走装置265.2 步履式行走装置265.3 履带行走装置的工作原理275.4 履带式行走装置的结构布置和传动方案275.4.1 履带行走装置的结构组成275.4.2 履带行走装置的传动方式275.5 履带式行走装置计算295.5.1 齿轮减速箱的选择295.5.2 设计参数的确定305.5.3 参数计算315.5.4 轴的参数的计算39第6章 ATLAS挖掘机的液压系统436.1 主机工况特点及对液压系统的要求436.1.1 工况特点436.1.2 对液压系统的要求436.2 液压系统的类型446.2.1 定量系统446.2.2 分功率和全功率变量系统446.3 液压系统的选用456.3.1 单斗液压挖掘机的液压系统图456.3.2 液压系统的选择46致 谢47参考文献48附录A49附录B51第1章 绪论1.1 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。1.2 挖掘机简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。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%。1.3 挖掘机的分类以下是常见挖掘机的分类：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。 1.4 国内外挖掘机发展水平及趋势1.4.1 我国液压挖掘机行业的形成与现状发展与未来早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机，当时的抚顺重型机器厂（抚顺挖掘机厂前身）引进前苏联的机械式挖掘机w10012和w5012等国际20世纪3040年代的产品。由于国家经济建设的需要，后又发展10余家厂生产，到1966年12月全国共生产了机械式挖掘机3000余台，后又延续生产到80年代初。随着我国液压挖掘机行业国外先进技术的引进和国产液压挖掘机产品的增加，开始全面淘汰已生产多年的落后、笨重的中、小型机械式挖掘机。纵观我国液压挖掘机近40年的发展历史,大致可以分成以下几个阶段： （1）开发阶段(19671977年)： 以测绘仿制为主的开发。通过多年坚持不懈的努力,克服一个一个的困难,有少量几种规格的液压挖掘机终于获得初步成功,为我国挖掘机行业的形成和发展迈出了重要的一步。（2）液压挖掘机发展、提高并全面替代机械挖掘机阶段(19781986年)：这个阶段通过各主机厂引进技术(主要是德国挖掘机制造技术)的消化、吸收和移植,使我国液压挖掘机产品的性能指标全面提高到国际70年代末80年代初的水平。（3）液压挖掘机生产企业数量增加,新加入挖掘机行业的国有大、中型企业以技贸结合、合作生产方式联合引进日本挖掘机制造技术(19871993年)。（4）国内液压挖掘机供需矛盾日益扩大,国外各著名挖掘机制造厂商看好中国市场纷纷前来创办合资、独资挖掘机生产企业(1994年至今)。近几年这些企业运营情况良好，发展速度很快。 近年，中国挖掘机的实际销售量屡屡打破人们事先对市场的预计,显然这种过高的增长率对中国挖掘机市场的稳定、健康发展是不利的。业内人士认为,按照我们国家的土地、人口、经济、挖掘机的年均增长率在1520%是一种比较正常的发展速度。党在十六大报告中明确指出了要通过未来20年的建设,实现国民生产总值GDP翻两番,全面建设小康社会的目标。从2002年到2020年设定的增长目标是GDP翻两番,那么也就是说年均GDP增长率不能低于7.2%,这是必须要实现的目标。GDP的增长在很大程度上要依靠基础投资来拉动,而基础设施投资的逐年增长意味着工程机械特别是液压挖掘机需求量会逐年上升。在未来20年将会为挖掘机行业的稳定发展提供一个良好的宏观经济环境。总之,中国挖掘机市场将持续呈波浪型发展,从科学的发展观来看,要摒弃一切脱离实际的超前。今后一个时期挖掘机市场火爆式的炎夏恐难遇到,我们期待温暖、柔和、生机勃勃的春天的到来。期望中国挖掘机市场能够持续、稳定、健康发展。1.4.2 国产单斗挖掘机型号编制规定表1-1 国产单斗挖掘机型号编制规定类组型代号代号含义主参数名称单价挖掘机单斗挖掘机(挖)履带式W机械单斗挖掘机标准斗容量m3100WD电动单斗挖掘机标准斗容量m3100WY液压单斗挖掘机标准斗容量m3100WB长臂单斗挖掘机标准斗容量m3100轮胎式(轮)WS隧道单斗挖掘机标准斗容量m3100WL轮胎式机械单斗挖掘机标准斗容量m3100WLD轮胎式电动单斗挖掘机WLY轮胎式液压单斗挖掘机其具体表示方法为四组符号：W：挖掘机 Y：不同机型代号 60：斗容量 A：结构改进代号1.4.3 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3.5-40m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50-150m剥离用挖掘机，斗容量132m的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m的步行式拉铲挖掘机，斗容量107m的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。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。(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。 (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。(4)更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。(5)加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。(6)进一步改进液压系统。 (7)迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。1.5 挖掘机的基本结构与工作原理液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成（图1-1）。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。图1-1 液压挖掘机的构成 1-铲斗缸 2-斗杆缸 3-动臂缸 4-回转马达 5-冷却器 6-滤油器 7-磁滤器 8-油箱 9-液压泵 10-背压阀 11-后组合阀 12-前组合阀 13-中央回转接头 14-回转制动阀 15-限速阀 16-行走马达工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具（图1-2）。 图1-2 液压挖掘机的多种工作装置 回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地， 也可改用电动机。液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。第2章 ATLAS液压挖掘机基本参数及其选择2.1 本设计方案确定本设计采用ATLAS3306LC反铲挖掘机，其工作装置采用反铲装置，行走装置采用履带式，回转装置采用液压马达驱动等。单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。它是在机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的，是目前挖掘机中重要的品种。2.2 参数选择2.2.1 单斗液压挖掘机的基本参数单斗液压挖掘机的基本参数有以下几类：1尺寸参数：如工作尺寸机体外形尺寸工作装置尺寸等。2重量参数：如整机重量各主要部件的重量。3功率参数：如发动机各主要机构及液压系统功率力和速度等。4经济指标参数：如作业周期和生产率等。其中最主要的参数有三个，即斗容量机重和发动机功率。因为通过这三个参数可以从使用要求技术指标和技术经济指标动力装置的配备国际上统一的标准以及传统习惯等方面反映液压挖掘机的级别，故有主参数之称。2.2.2 主参数斗容量机重和发动机功率我国按上述原因和国内习惯曾采用斗容量为系列分级的主要标志。为促进我国液压挖掘机制造业的发展，新修订液压挖掘机基本参数。采用机重与标准斗容为标志，液压挖掘机新产品设计或老产品的改进整顿变形设计等型式和参数的确定都应符合标准规定。我国液压挖掘机标准所定的定义是：标准斗容量： 指挖掘级或容重为18000N/m3的土壤时，铲斗堆尖时的斗容量（m3）。为充分发挥挖掘机的挖掘力，对于不同等级的土可以配备相应不同斗容量的铲斗m3。机重： 是指带标准反铲或正铲工作装置和标准行走装置时的整机工作重量（t）。发动机功率： 指发动机的额定功率（12小时工作），即正常运转条件下本身消耗以外的输出净功率（kW）。2.2.3 选择确定液压挖掘机主要参数的基本依据1选择确定液压挖掘机主要参数的基本依据是：（1）根据设计任务书所规定的铲斗容量用途和作业要求工作条件等。选择主参数：标准斗容量（m3）为1.9 m3，机器重量（kg）为315 00kg。 发动机功率（kw）为95115取100 kw。主要参数：反铲 最大挖掘深度（m）5.5 m。 最大挖掘半径（m）8 m。 最大挖掘力不少于（KN）100 KN。作业循环时间（s）1624取20s。液压系统：液压系统型式为定量或变量。 压力等级（MPa）2040取25MPa。 主油泵型式：齿轮式或柱塞式液压泵取柱塞式液压泵。 油马达型式：齿轮式或柱塞式液压马达取齿轮式液压马达。操纵力不大于（N）：50N。行走装置：履带式 接地比压不大于（MPa）为0.06MPa。 连续爬坡能力不小于（%）为40%。 最大行走速度不低于（km/h）为2.0km/h。 履带节距（mm）为173mm。（2）根据有关国内外同类型 同等级液压挖掘机的技术资料，国家及企业的系列标准等。（3）理论分析或经验计算。（4）使用单位的要求和制造厂的生产条件等。2合理的主要参数应该符合以下条件：（1）满足实际使用要求-实用性。（2）适合于生产厂的制造条件-可能性。（3）充分利用发动机功率-经济性。（4）与国内外同类型产品相比有较先进的技术经济指标和可靠的工作性能先进性。3对于通用典型的挖掘机可用以下方法确定参数：（1） 比拟法（或称类比法）：即通过同类型机械的比拟（类比）得出参数值。（2） 经验公式计算法（或称查表法）：即按概率统计归纳得到的经验公式进行概略的计算，得出参数值。（3）按标准选定法：即按照国家颁布的液压挖掘机型式与基本参数系列标准规定的数值范围，结合拟采用的结构特点选定参数值。（4）理论分析计算法：即按拟定的结构特点，在理论分析与试验数据的基础上进行分析计算，得出参数值。按以上方法（尤前三种方法）得出的参数值不可能是完全确切合适的，必须在设计过程中按结构方案强度以及挖掘机的特殊要求进行方案比较加以修正确定。实际工作中还往往综合使用以上方法，如采用类比法或经验计算法后与标准进行比较，有的参数再通过理论分析进行核算来选定。采用比拟法和查表法进行选择计算参数的依据都是以相似理论为基础，即认为性能完善的标准型通用挖掘机，其各种参数几乎都与它的主参数（机重）有一定的关系，而且相同结构型式的挖掘机，工作条件相近则彼此间参数的比值亦相近。对于这类挖掘机，其外形尺寸工作尺寸和斗容量功率等参数可以参照选定作为比拟样机的参数值，按相似原理用内插法决定。按照相似原理，若相比拟两机之机重参数值改变y倍时，即相似系数为：时，则其主要参数的比例为：； ； ； 式中，及分别为拟设计的液压挖掘机及类比样机的尺寸，面积，斗容量和功率。采用类比法确定参数时，可选用国内外液压挖掘机先进产品作为典型样机或国内外有关挖掘机设计标准，求出相似参数y，按上述关系式确定所设计液压挖掘机的各主要参数，但应注意类比法只适用同类型产品，即结构型式液压系统相似，工作对象用途和工作条件基本相同者。比拟法中首先应初步确定机重参数。而各部分重量亦可按比拟法初步估算。经验公式计算法（查表法）是以液压挖掘机的机重为指标，对现代液压挖掘机的总体参数用概率法得出各主要参数的经验参数，以公式来确定挖掘机的各种参数。2.3 基本数据计算2.3.1 外形尺寸计算关于尺寸参数可按下式近似求得：线尺寸参数： (m) （2-1）面积参数： (m2) （2-2）体积参数： (m3) （2-3）式中kli ，ksi ，kvi 分别为各种线向面积体积尺寸经验系数。 按照公式 得到上述尺寸大小。线向尺寸如机体的外形尺寸 工作装置尺寸及工作尺寸等；面积尺寸如作业包络线所包的面积等；体积如斗容量等。2.3.2 各部分质量计算质量参数:主要包括各部分重力机体重心位置等，可按下列公式计算各部分重力： （2-4）机体重心位置： 机体重心与回转中心的距离 (m) （2-5）机体重心离地面高度 (m) （2-6）式中 -各部分重力系数； -机体重心位置系数； -重力（N）； -机体重心与回转中心距离（m）； -机体重心离地面高度（m）。计算初选各部分重力及尺寸如表2-3：表2-3 液压挖掘机重量系数和重心位置系数系数名称代号平均值范围 尺寸大小机体重力kit0.820.780.8516.4底盘重力cup0.420.380.458.4转台重力kid0.180.150.233.6配 重kGp0.200.160.224.0工作装置kGf0.150.130.183.0机体重心离中心距 kept离 地 面 ki0.300.320.260.340.280.400.8140.8685 通过查表2-3， 按照公式 得到上述尺寸大小。2.3.3 功率及挖掘力计算功率参数：液压挖掘机功率可按下式估算： （2-7） （2-8）式中 Pf-发动机功率（kw）； Py-液压功率（kw）。挖掘力参数：反铲斗齿最大转斗挖掘力G3105N级，正，反铲通用）： （2-9）式中 kF-挖掘力的系数； Ff-挖掘力（KN）。通过计算初选各功率及力大小如表2-4：表2-4 功率和挖掘力系数参数名称代 号推荐值常用范围吃寸大小比功率（kW/t）变量kNb3.83.5476液压比功率（kW/t）定量kNd变量kyd定量kyd5344.45.92.83.53.74.81006080反铲挖掘力kf0.50.40.5510注：挖掘力估算时，机器重力G以（KN）计。 通过查上表2-4，按照公式 得到上述2.3.4 回转及行走机构计算 通过计算初选各回转及行走尺寸大小如下表2-5：表2-5 回转及行走机构参数的经验公式及经验系数值回转机构参数经验公式系数ki范围转台起动力矩/（Nm）MQ=kQG4/39609001100转台制动力矩/（Nm）MZ=kZG4/3150014001600转台惯量（反铲）JF=kJfG5/310008001500制动减速度rads-2 （反铲）Ezf=kefG-1/31.51.41.6转台转速rmin-1n=KNG-1/613.5 12.514.5回转时间/stf=ktfG-1/312.51.113.5理论周期tzo=kzoG1/610 911按上表2-5计算：转台起动力矩 转台制动力矩 转台惯量 制动减速度 转台转速 回转时间 理论周期 计算初选各回转及行走尺寸大小如下表2-6：表2-6 行走机构参数经验公式及系数行走机构参数经验公式 系数ki范围最大转弯力矩（KNm）MW=kuG4/33.024履带最大牵引力（KN）Tmax=kTG0.8 0.750.85平均接地比压（KPa）PC=kpeG1/3252128注：1.u=0.6（土路不良路面）；2.牵引力估算，G以（KN）计。按上表2-6计算： 最大转弯力矩 履带最大牵引力 平均接地比压 第3章 执行机构总体方案设计3.1 工作装置构成图3-1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。图3-1 工作装置组成图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.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2。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3。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。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2。图3-2 工作装置结构简图 图3-3 工作装置结构简化图1-铲斗；2-连杆；3-斗杆；4-动臂；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸3.2 动臂及斗杆的结构形式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3，且有利于得到较大的挖掘深度。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。3.3 动臂油缸与铲斗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。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。具体结构如图3-4所示。12图3-4 动臂油缸铰接示意图1-动臂； 2=动臂油缸3.4 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。321图3-5 铲斗连接布置示意图1-斗杆； 2-连杆机构； 3-铲斗3.5 铲斗的结构选择铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大，其应满足以下的要求：（1）有利于物料的自由流动。铲斗内壁不宜设置横向凸缘、棱角等。斗底的纵向剖面形状要适合于各种物料的运动规律。（2）要使物料易于卸尽。（3）为使装进铲斗的物料不易于卸出，铲斗的宽度与物料的粒径之比应大于4，大于50时，颗粒尺寸不考虑，视物料为均质。综上考虑，选用中型挖掘机常用的铲斗结构，基本结构如图3-6所示。斗齿的安装连接采用橡胶卡销式，结构示意图如3-7所示。图3-6 铲斗图3-7 卡销式斗齿结构示意图1-卡销 ；2 橡胶卡销；3 齿座； 4斗齿第4章 回转装置选定 回转装置由转台回转支承和回转机构组成。如图4.1所示。图中回转支承3的外座圈用螺栓与转台1连接，内座圈（带齿）用螺栓与底架4连接，内外圈之间设置有滚动体。工作装置作用在转台上的垂直载荷，水平载荷和倾复力矩通过回转支承的外座圈滚动体内座圈传给底架。回转机构2的壳体固定在转台上，用小齿轮与回转支承内座圈上的齿圈相啮合。小齿轮即可绕自身的轴线自转，又可绕转台的回转中心线公转，当回转机构工作时转台就相对底架进行回转。采用如图4-1所示的回转装置。图4-1 回转装置1-转台 2-回转机构 3-回转支承 4-底架4.1 回转支承4.1.1 滚动轴承式回转支承的构造及分类滚动轴承式回转支承广泛用于全回转的挖掘机起重机和其他机械上。它是在普通滚动轴承基础上发展起来的，结构上相当于放大了的滚动轴承。它与旧式回转支承相比，具有尺寸小，结构紧凑，承载能力大，回转摩擦阻力小，滚动体与滚道之间的间隙小，维护方便使用寿命长，易于实现“三化”等一系列优点，因而得到广泛应用。它与普通滚动轴承相比，又有其特点。普通滚动轴承的内外座圈刚度靠轴与轴承座装配来保证，而它的刚度则靠支承它的转台和底架来保证。设计时必须注意底架和转台的刚度是否符合它的需要。滚动轴承式回转支承转速低，通常承受轴向载荷倾复力矩和径向载荷，因此滚道上接触点的载荷循环次数较少，设计时主要进行负荷能力计算。滚动轴承式回转支承由内外圈，滚动体，隔离体，密封体密封装置，调整垫润滑装置和连接螺栓等组成。内座圈或外座圈可加工带内齿或外齿。根据轴承结构不同可作如下分类：按滚动体型式有滚球和滚柱（包括锥形和鼓形滚动体）；按滚动体排数有单排双排和多排；按滚道型式有曲面（圆弧），平面和钢丝滚道等。4.1.2 滚动轴承式回转支承的系列标准滚动轴承式回转支承，不少国家已有系列标准，由专门的轴承厂制造，主机厂根据用途选用即可。我国已制定的滚动轴承式回转支承系列标准分两大类，六种结构型式，四十种规格。第一类（或称第一系列）为接触角45。滚柱按1：1排列的交叉滚柱式回转支承，以代号“HJ”表示。第二类（或称第二系列）为接触角45。的四点接触球式回转支承，以代号“HS”表示。第一类按座圈不带齿（代号“B”），带外齿（代号“W”）和带内齿（代号“N”）的不同分为三种结构型式。第一类按滚道中心直径的大小分为二十种规格。我国制定的滚动轴承式回转支承系列标准有以下特点：（1）尺寸参数比较齐全（滚道中心直径范围是6254540mm），符合主机系列，可满足发展需要；（2）两种系列的安装尺寸，毛胚尺寸完全相同，可以互换；（3）齿轮有两种模数以满足不同的主机需要，内外齿的原始齿形均为标准形（即压力角为20，齿高系数为1，齿顶间隙系数为0.25）。为了减少齿轮系数，提高其承载能力，改善传动性能，内齿式采用高度变位（变位系数为+0.35）外齿式采用角度变位（当大齿圈数为95116时变位系数取+1.0；当齿数为117136时取+1.15；当齿数等于和大于137时取+1.4）；（4）滚动体材料为GCr15及GCr15SiMn，表面硬度为HRC6165。底圈材料为50Mn,50SiMn,5CrMnMo等，滚道表面硬度为HRC5560，硬化层深度为35mm。4.2 回转机构 单斗液压挖掘机回转机构约占整个工作循环时间的5070，能量消耗约占2540，回转液压油路的发热量约占总发热量的3040。因此，合理地确定回转机构的液压油路和结构方案正确地选择回转机构参数，对提高生产率和功能利用率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等具有十分重要的意义。对回转机构的基本要求是：（1）在角速度和回转力矩不超过允许值的前提下，应尽可能缩短回转时间。在回转部分惯性已知的情况下，角加速度的大小受最大回转扭矩的限制，该扭矩不应超过行走部分与地面的附着力。（2） 回转时工作装置的动载系数不应超过允许值。非全回转的挖掘机回转时，工作装置不应碰撞定位器。（3）回转能量损失最小。回转装置按着回转程度的不同可分为全回转回转机构和半回转回转机构。叶片液压马达驱动的回转机构，结构简单，转角大，转矩稳定，空间尺寸小，但马达加工精度要求较高，工作效率低。全回转的回转机构，按液动机的结构形式可分为高速方案和低速方案两类。由高速液压马达经齿轮减速箱带动回转小齿轮绕回转支承上的固定齿圈滚动，促使转台回转的称为高速方案。高速方案和低速方案各有特点。高速液压马达具有体积小，效率高，不需背压补油，便于设置小制动器，发热和功率损失小，工作可靠，可以与轴向柱塞泵的零件通用等优点。低速大扭矩液压马达具有零件小，传动简单，起动制动性能好，对油污染的敏感性小，使用寿命长等优点。综上所述本设计采用全回转的回转机构并且液动机的结构形式采用高速方案。4.3 转台 单斗液压挖掘机由于它的工作装置呈悬臂的特点，因此工作时在其自重和外载荷作用下对底部履带（或轮式的支腿）边缘产生很大的倾复力矩。这个力矩完全靠机身（不包括工作装置）自重和转台后部另加的配重所产生的力矩来平衡，使挖掘机能在各种工况下稳定的工作。从挖掘机的稳定性分析：挖掘机的行走底盘部分的重量是固定的，重心位置也较低，是使机械稳定