毕业设计（论文）-反铲液压挖掘机工作机构设计计算.doc

X x 学 院 本科毕业设计本科毕业设计 论文论文 题目题目 反铲液压挖掘机工作机构设计计算反铲液压挖掘机工作机构设计计算 教学单位 教学单位 机电工程系机电工程系 专专 业 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号 号 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 姓姓 名 名 x x x x xxxx 指导教师 指导教师 王王 俭俭 20112011 年年 6 6 月月 I 摘摘 要要 液压挖掘机的主要特点为 能大范围的无级调速 较低的稳定转速 快速作用时 液压元件产生的运动惯性小 加速性能好 并可作高速反转 传动平稳 结构简单 可 吸收冲击和振动 操作省力 易实现自动化控制 易于实现标准化 系列化 通用化 本次设计的主要参数是斗容量 0 2m3 它属于中小型液压挖掘机 主要设计挖掘机的 工作机构 本次设计中 采用了履带式行走机构 来满足要求 上部转台是全回转式 因此它 可在一个更大的范围内工作 又因采用液压传动控制而使整机性能得以改善 与机械式 挖掘机相比 其挖掘力提高到 2 3 倍 整机质量约为 5 吨 挖掘力约为 30kN 最大卸载 高度约为 2 5m 最大挖掘深度 4 5m 最大挖掘半径约为 5 5m 从中可以看出整机作业能 力有了很大的改进 不仅挖掘力大 且机器重量轻 传动平稳 作业效率高 结构紧凑 关键词关键词 反铲 液压挖掘机 工作机构 II ABSTRACT The main characteristics of hydraulic excavator are for it is continuously viable and the scope of the speed control is large can obtain a lower stable rotational speed when it moves quickly the hydraulic parts will produce small inertia the function of acceleration is good and may make the high speed reversion the transmission steady the structure is simple it may absorb attacks and vibrates the operation is easy and it is easy to realize the automated control and the standardization the serialization and the generalization The main parameter of this design is a scoop and its capacity is 0 2m3 it belongs to the medium sized hydraulic excavator The paper mainly designed the excavator work installment In the design the hydraulic excavator used marching walked the installment to satisfied the request The upside swivel table is the entire rotation so it can work in a greater scope And because of using the hydraulic transmission makes the performance of entire machine improve Compared with the mechanical excavator the strength of the hydraulic excavation enhances to 2 3 times the weight of entire machine is about 5 tons the excavation strength is about 30kN the maximum unloading height is about 2 5m and the maximum digging depth is 4 5m the largest radius excavation is about 5 5m Thus we can see the ability of the machine has a very big improvement Not only the strength is big but also the weight is light the transmission is steady the work efficiency is high and the structure is compact Key word Anti shovel Hydraulic pressure excavator Excavation organization III 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 液压挖掘机的工作特点和基本类型 1 1 1 1 液压挖掘机的特点 1 1 1 2 液压挖掘机的基本类型及其主要特点 2 1 2 液压挖掘机的发展概况 3 1 2 1 国外液压挖掘机的发展现状及发展趋势 3 1 2 2 国内液压挖掘机的发展概况 4 1 3 小型液压挖掘机发展趋势 4 1 4 反铲挖掘机构的工作原理 5 1 5 本次设计主要内容 6 2 工作机构设计分析 7 2 1 工作机构设计方案分析 7 2 2 液压系统设计方案分析 7 2 2 1 单斗液压挖掘机作业过程简介 7 2 2 2 液压系统工作要求 8 2 2 2 液压系统的基本要求 8 3 工作机构的设计计算 10 3 1 动臂 斗杆 铲斗结构形式的确定 10 3 1 1 动臂结构形式的确定 10 3 1 2 斗杆结构形式的确定 10 3 1 3 铲斗结构形式和斗齿的装配 11 3 1 4 铲斗与铲斗液压缸的连接形式 12 3 2 动臂 斗杆 铲斗油缸的铰点布置 13 IV 3 2 1 动臂油缸的布置 13 3 2 2 斗杆油缸的布置 14 3 2 3 铲斗油缸的布置 14 3 3 动臂 斗杆 铲斗机构参数的选择 15 3 3 1 反铲机构总体方案的确定 15 3 3 2 机构几何参数的确定 16 3 3 3 铲斗参数的确定 18 3 3 4 动臂机构参数的选择 21 3 3 5 斗杆机构参数的选择 25 3 3 6 连杆和摇臂参数的选择 27 总 结 28 致 谢 29 参考文献 30 附录 图 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 1 1 绪论绪论 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的 它的工作过程是以铲斗的切 削刃切削土壤 铲斗装满后提升 回转至卸土位置 卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开 始下一次的作业 因此 液压挖掘机是一种周期作业的土方机械 液压挖掘机与机械传动挖掘机一样 在工业与民用建筑 交通运输 水利施工 露 天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用 是各种土石方施工中不可缺少的一种重 要机械设备 在建筑工程中 可用来挖掘苦坑 排水沟 拆除旧有建筑物 平整场地等 更换工 作机构后 可进行装卸 安装 打桩和拔除树根等作业 在水利施工中 可用来开挖水库 运河 水电站堤坝的基坑 排水或灌溉的沟渠 疏浚和挖深原有河道等 在铁路 公路建设中 用来挖掘土方 建筑路基 平整地面和开挖路旁排水沟等 在石油 电力 通信业的基础建设及市政建设中 用来挖掘电缆沟和管道等 在露天采矿场上 可用来剥离矿石或煤 也可用来进行堆弃 装载和钻孔等作业 在军事工程中 或用来筑路 挖壕沟和掩体 建造各种军事建筑物 所以 液压挖 掘机作为工程机械的一个重要品种 对于减轻工人繁重的体力劳动 提高施工机械化水 平 加快施工进度 促进各项建设事业的发展 都 起着很大的作用 据建筑施工部门 统计 一台斗容量1 0m3的液压挖掘机挖掘 级土壤埋 每班生产率大约相当于 300 400个工人一天的工作量 因此 大力发展液压挖掘机 对于提高劳动生产率和加 速国民经济的发展具有重要意义 1 1 液压挖掘机的工作特点和基本类型液压挖掘机的工作特点和基本类型 1 1 1 液压挖掘机的特点液压挖掘机的特点 液压挖掘机由于采用了液压传动机构而使其在结构 技术性能和使用效果等方面与 机械传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 工作机构品种扩大 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 因此在整机参数不变下 可加大铲斗容量 提高生产率 抓斗可以强制切土和闭斗 使切 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 2 土力和闭斗力都提高 液压挖掘机的行走力和牵引力远远大于机械挖掘机 爬披能力都 大为提高 还可换装加宽履带 使机械接地比压大大降低 甚至 10kPa 2 简化结构 减少易损件 采用液压传动后省去了机械挖掘机复杂的中间传动零部件 简化结构并减少易损件 由于传动机构紧凑 重量减少导致转台 底架等结构件的尺寸 和重量都相应降低 故同级液压挖掘机可比机械挖掘机总重量减轻30 40 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 最高与最低速度之比可达1000 1 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 因此在挖掘机工作中换向频繁的情况下动作平稳 冲击很小 而且液 压油还能吸收部分冲击能量减少机械的冲击 振动 4 机构布置合理紧凑 由于液压传动采用油管连接 各机构部件之间相互位置可不受 传动关系的影响限制 布置可较灵活 5 操作简便 灵活 液压传动比机械传动操作轻便而灵活 采用先导阀后 操作杆数 大为减少 主操作手柄为2个 故操作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 振动减径 改善了司机的工作条件 6 易实现 三化 提高质量 液压元件易于实现标准化 系列化 通用化 便于组 织专业化生产 进一步提高产品质量 降低成本 液压挖掘机的主要缺点是 1 对液压元件加工精度要求高 要求严格 制造较为困难 使用中系统出现故障 现 场进行排除较困难 维修条件和修理调整的技术都要求较高 2 液压油的粘度受温度影响较大 总效率较低 同时液压系统容易漏油 掺入空气后 产生噪音和振动 动作不稳 并对液压元件产生腐蚀作用 1 1 2 液压挖掘机的基本类型及其主要特点液压挖掘机的基本类型及其主要特点 单斗液压挖掘机可按用途及其主要机构的特征进行分类 按液压挖掘机主要用途及工作机构的不同分为通用型和专用型两种 中小型挖掘机 大多数为通用型 以挖掘土攘容重18000N 1m3 为标准反铲斗的主要机构外 还配有道 于挖掘各种轻重土质和挖掘幅度的反铲 正铲 抓斗 起重等多种机构而大型液压挖掘 机则以矿用正铲为主要机构外 一般亦配有挖掘轻重土 各种挖掘幅度的正 反铲等机 构 主要用于矿山采掘和装载 称采矿或矿用型 按工作机构的结构不同分为铰接式和 伸缩臂式挖掘机 常用者均为铰接式 伸缩臂式挖掘机因可用于平整清理场地等作业 所以有挖掘平地机之称 按行走机构的不同 液压挖掘机分为履带式 轮胎式 汽车式 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 3 悬挂式及拖式等种 履带式因有良好通过性能应用最广 对松软地面或沼泽地带还可采用加宽 加长以 及浮式履带来降低接地比应 轮式挖掘机具有行走速度快 机动性好 可在城市道路边行 故近年来在中小型挖 掘机中发展较快 汽车式 悬挂式是以汽车及拖拉机为基础机械装设挖掘或装载工作机构的小型挖掘 机 适用于城建小量土方工程及农村建筑 拖式则没有行走驱动机构 转移时由牵引车牵引 主要优点为结构简单 成本低 按回转部分转角的不同 液压挖掘机有全回转和半回转两类 大部分液压挖掘机是全 回转式的 小型液压挖掘机如悬挂式等工作机构仅能作1800 左右的回转 为半回转式 液压挖掘机按主要机构是否全部采用液压传动又分为全液压式与半液压式两种 两者区 别在于半液压传动挖掘机的行走机构采用机械传动 少数挖掘机仅工作机构采用液压传 动 如大裂矿用挖掘机等 目前国产轮胎式液压挖掘机多采用半压式 1 2 液压挖掘机的发展概况液压挖掘机的发展概况 1 2 1 国外液压挖掘机的发展现状及发展趋势国外液压挖掘机的发展现状及发展趋势 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半回转挖 掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机 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 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 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 4 1 2 2 国内液压挖掘机的发展概况国内液压挖掘机的发展概况 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 1m3 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 30 40 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 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 1 2 5 m3等 12 个等级 20 多种型号 还生产 0 5 4m3以及大型矿用 10m3 12m3机械传动单斗挖掘机 1m3隧道挖掘机 4m3长臂挖掘机 1000m3 h 的排土机等 还开发了斗容量 0 25m3的船用液压挖掘机 斗容量 0 4m3 0 6m3 0 8m3的水陆两用挖掘机等 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 作的自动化 1 3 小型液压挖掘机发展趋势小型液压挖掘机发展趋势 小型挖掘机的技术发展顺应全球多样化施工现场的需求 经历了三十多年的历史演 变过程 经历不断的改进 在技术性能 作业功能 作业效率 安全 环保 节能和维 护保养等方面有了大幅度提高 形成了比较一致的技术标准和作业规范 主要体现在一 下几个方面 1 无尾回转和动臂偏转技术 作为小挖基本概念的动臂偏转和无尾回转功能与 20 世 纪 90 年代中后期面向世界推出 无尾回转结构的应用 使其在狭窄的地带作业时无需担 心尾部的碰撞 其设计难点在于回转平台的总体布置 以及整机稳定性的解决 2 新型液压控制技术 新型液压控制技术具有作业效率高 操作性能好 具有良好 经济性和环境适应性 可进行高效率 强有力的作业 新的液压系统不受负荷大小的影 响 完全根据操作杆的幅度分配所需液压油的流量 完全柑橘操作人员的意图轻松完成 作业 3 安全性能 设备的安全性能给操作者提供安心作业的环境 提高操作人员的安全 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 5 性 小型挖掘机的安全性主要体现在驾驶室的设计上 在驾驶室的使用中 应满足一下 性能要求 可满足必须的能量吸收 可满足必须的抗载荷 成员安全区域足够大 4 环保技术 主要体现在高功率 低油耗 清洁排放发动机的应用上 新型发动机 同时降低了震动和噪声 有易于环境保护和操作人员的健康 5 人机工程技术 司机室符合人机工程徐原理 内部宽敞 造型美观 操作方便 省力 仪表显示直观准确 能给驾驶员提供一种舒适的操作环境 充分减轻驾驶员的疲 劳 1 4 反铲挖掘机构的工作原理反铲挖掘机构的工作原理 反铲工作机构是液压挖掘机的一种主要工作机构 如图 1 1 所示 液压反铲工作机构一般由动臂 1 动臂液压缸 2 斗杆液压缸 3 斗杆 4 铲斗液压 缸 5 铲斗 6 连杆 7 和摇杆 8 等组成 其构造特点是各构件之间全部采用铰接连接 并 通过改变各液压缸行程来实现挖掘过程中的各种动作 动臂 1 的下铰点与回转平台铰接 并以动臂液压缸 2 来支承动臂 通过改变动臂液压缸的行程即可改变动臂倾角 实现动 臂的升降 斗杆 4 铰接于动臂的上端 可绕铰点转动 斗杆与动臂的相对转角由铲斗液 压缸 5 控制 当斗杆液压缸伸缩时 斗杆即可绕动臂上铰点转动 铲斗 6 则铰接于斗杆 4 的末端 通过铲斗液压缸 5 的伸缩来使铲斗绕铰点转动 为了增大铲斗的转角 铲斗液 压缸一般通过连杆机构 即连杆 7 和摇杆 8 与铲斗连接 液压挖掘机反铲工作机构主要 用于挖掘停机面以下的土壤 如挖掘沟壕 基坑等 其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动 及其组合 反铲液压挖掘机的工作过程为 先下放动臂至挖掘位置 然后转动斗杆及铲 斗 当挖掘至装满铲斗时 提升动臂使铲斗离开土壤 边提升边回转至卸载位置 转斗 卸出土壤 然后再回转至工作机构开始下一次作业循环 动臂液压缸主要用于调整工作 机构的挖掘位置 一般不单独直接挖掘土壤 斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程 但挖掘 力小一些 转斗挖掘的行程较短 为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗 需要较大的挖 掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤 因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的 由于挖掘力大且挖掘行程短 因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率 在实际工作 中 熟练的液压挖掘机人员可根据实际情况 合理操作各个液压缸 往往是各液压缸联 合工作 实现最有效的挖掘作业 例如 挖掘基坑时由于挖掘深度较大 并要求有较陡 而平整的基坑壁 则采用动臂和斗杆同时工作 当挖掘基坑底时 挖掘行程将结束 为 加速装满铲斗 或挖掘过程中调整切削角时 则需要铲斗液压缸和斗杆液压缸同时工作 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 6 图 1 1 整体式弯动臂 1 5 本次设计主要内容本次设计主要内容 本次设计斗容量为 0 2m3 全液压履带式挖掘机 由于履带式液压挖掘机因有良好通 过性能应用最广 对松软地面或沼泽地带还可采用加宽 加长以及浮式履带来降低接地 比压 见表 1 1 表 1 1 本次设计的挖掘机主要参数 铲斗容量 最大挖掘深 度 最大挖掘半 径 最大挖掘高 度 最大挖 掘力 整机 质量 0 20 3 m 4 50 m 5 50 m 2 50 m 30 0 KN 约 5 吨 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 7 2 工作机构设计分析工作机构设计分析 2 1 工作机构设计方案工作机构设计方案分析分析 设计合理的工作机构应能满足下列要求 主要工作尺寸及作业范围能满足要求 在设计通用反铲机构时要考虑与同类型 同等级机器相比的先进性 考虑国家标准的规定 并注意到结构参数受结构碰撞限制等 的可能性 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 功率利用情况尽可能好 理论工作时间尽可能短 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意分清主次 在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 运输或停放时工作机构应有合理的姿态 使运输尺寸小 行驶稳定性好 保证安 全可靠 并尽可能使液压下尽量减轻结构自重 作业条件复杂 使用情况多变时应考虑工作机构的通用性 采用变铰点构件或配 套构件时要注缸卸载或减载 工作机构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 尤其是易损件的种类 工作机构的结构型式和布置使于装拆和维修 尤其是易损件的更换 要采取合理措施来满足特殊使用要求 2 2 液压系统设计方案液压系统设计方案分析分析 按照挖掘机各个机构和机构的传动要求 把各种液压元件用管路有机连接起来的组 合体叫做挖掘机的液压系统 液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质 利用 液压泵转变为液压能进行传送 然后通过液压缸和液压马达等执行元件转返为机械能 实现各种动作 2 2 1 单斗液压挖掘机作业过程单斗液压挖掘机作业过程简介简介 液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作 动臂升降 斗杆收放 铲斗装载 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 8 转台回转 整机行走 以及其它辅助动作 除辅助动作不需要功率驱动外 其它都是挖 掘机的主要动作 要考虑全功率驱动 由于挖掘机的作业对象和工作条件变化较大 主机的工作有两项特殊要求 实现各种主要动作时 阻力与作业速度随时变化 因此 要求液压缸和液压马达 的压力和流量也能相应变化 为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间 工作过程中往往要求有两个主要 动作同时进行 叫做复合动作 这两项要求需要由液压系统来保证 2 2 2 液压系统工作要求液压系统工作要求 液压挖掘机的动作复杂 机构经常启动 制动 换向 负载变化大 冲击和振动频 繁 而且野外施工作业 温度变化和地理条件差别大 因此 应根据液压挖掘机的工作 特点和环境特点 对其液压系统提出一些有别于其他应用的基本要求 液压挖掘机的液压系统应满足的作业动作要求如下 保证液压挖掘机动臂 斗杆和铲斗可以各自单独动作 也可以相互配合实现复合 动作 保证工作机构的动作与回转平台的回转动作既能单独动作 又能作复合动作 以 提高液压挖掘机的作业效率 履带式液压挖掘机的左 右履带应能分别驱动 使挖掘机行走转弯方便灵活 并 能实现原地转向 以提高 挖掘机的机动性 保证液压挖掘机工作安全可靠 对各机构及液压执行元件应具有完善的安全保护 措施 例如 对回转机构和行走机构有可靠的制动和限速 防止动臂因自重而下降过快 防止机器下坡行驶时超速溜坡等 2 2 2 液压系统的基本要求液压系统的基本要求 根据液压挖掘机的作业动作和环境特点 对液压系统提出如下要求 液压挖掘机的液压系统应具有较高效率 以充分发动机的动力性和燃油经济性 液压系统 和液压元件在大负载和剧烈振动冲击作用下 应具有足够的可靠性 选择轻便 适用 耐振的冷却散热系统 减少系统总发热量 使液压系统工作温 度及温升在规定范围内 由于液压挖掘机作业现场尘土多 液压油被污染 因此液压稭密封性能要好 整 个液压系统要设置滤油器和防尘机构 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 9 在必要时采用液压先导或电液伺服操作机构 提高液压挖掘机操作的舒适性 减 轻操作人员的劳动强度 在液压系统中采用先进的自动控制技术 提高液压挖掘机的技术性能指标 使液 压挖掘机具有节能 高效和自动适应负载变化的特点 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 10 3 工作机构的设计计算工作机构的设计计算 3 1 动臂 斗杆 铲斗结构形式动臂 斗杆 铲斗结构形式的确定的确定 3 1 1 动臂结构形式动臂结构形式的确定的确定 动臂是反铲工作机构的主要部件 斗杆的结构形式往往取决与动臂的机构形式 目 前采用得多的是整体式动臂 组合式动臂用在作业工况复杂 多变的场合 现一般作为 特殊配置 如图 3 1 3 2 所示 整体式动臂的优点是结构简单 轻巧 质量轻而刚度大 其缺点是更换的工作机构 少 通用性较差 多用于长期作业条件相似的挖掘机上 整体式动臂又可分为直动臂和 弯动臂两种 其中的直动臂结构简单 质量轻 制造方便 主要用于悬挂式液压挖掘机 但它不能使挖掘机获得较大的挖掘深度 不适用于通用挖掘机 弯动臂是目前应用最广 泛的结构型式 与同长度的直动臂相比 可以使挖掘机有较大的挖掘深度 但降低了卸 土高度 这正符合挖掘机反铲作业的要求 经比较 选择整体弯动臂 图 3 1 整体直动臂 图 3 2 整体弯动臂 3 1 2 斗杆结构形式的确定斗杆结构形式的确定 斗杆也有整体式和组合式两种 大多挖掘机都采用整体式斗杆 当需要调节斗杆长 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 11 度或杠杆比时采用更换斗杆的办法 或者在斗杆上设计 2 4 个可供调节的孔 经比较 选择整体式斗杆 如图 3 3 3 4 所示 图3 3 整体式斗杆 图3 4 组合式斗杆 3 1 3 铲斗结构形式和斗齿的铲斗结构形式和斗齿的装配装配 基本要求 1 铲斗的纵向剖面形状应适应挖掘过程各种物料在斗中运动规律 有利于物料的流 动 使装土阻力最小 有利于将铲斗充满 2 装设斗齿 以增大铲斗对挖掘物料的线比压 斗齿及斗形参数具有较小的单位切 削阻力 便于切入及破碎土壤 斗齿应耐磨 易于更换 3 为使装进铲斗的物料不易掉出 斗宽与物料直径之比应大于 4 1 4 物料易于卸净 缩短卸载时间 并提高铲斗有效容积 反铲用的铲斗形状 尺寸与其作业对象有很大关系 为了满足各种挖掘作业的需要 在同一台挖掘机上可配以多种结构型式的铲斗 图 3 5 图 3 6 分别为反铲用铲斗的基本 形式和常用形式 铲斗的斗齿采用装配式 其形式有橡胶卡销式和螺栓连接式 如图 3 7 所示 经比较 选择 a 安装形式 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 12 图 3 5 反铲用铲斗基本形式 图 3 6 反铲用铲斗常用结构 图 3 7 斗齿安装形式 3 1 4 铲斗与铲斗液压缸的连接形式铲斗与铲斗液压缸的连接形式 铲斗与液压缸连接的结构型式有四连杆机构和六连杆机构 如图 3 8 所示 其中的 四连杆机构方式是铲斗直接铰接于液压缸 使铲斗转角较小 工作力矩变化较大 六连 杆机构连接方式的特点是 在液压缸活塞杆行程相同条件下 铲斗可获得较大转角 并 改善机构的传动特性 图 3 8a 为直接连接 铲斗 斗杆与铲斗液压缸组成四连杆机构 图 3 8 b 中铲斗液 压缸通过摇抨 1 和连杆 2 与铲斗相连 与斗杆组成六连杆机构 图 3 8d 与图 3 8b 类似 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 13 区别在于前者液压缸与活塞杆端铰接于摇杆两端之间 经比较 选用 b 结构 虽然 六连抨中方式 b 和 d 在液压缸行程相同时 后者能得到 更大的铲斗转角 但其铲斗挖掘力的平均值较小 铲斗液压缸一般都只有一个 因为传动比小 单油缸作用力足以保证斗齿所需作用 力 图3 8 铲斗的连接形式 3 2 动臂 斗杆 铲斗油缸的铰点布置动臂 斗杆 铲斗油缸的铰点布置 3 2 1 动臂油缸的布置动臂油缸的布置 动臂液压缸的连接 一般有两种布置方褒 第一种如图 3 9a 和 b 所示 动臂液压 缸装于动臂的前下方 动臂下支承点 即与转台的铰点 可以设在转台回转中心之前 并稍高于转台平面 也可以设置在转台之后 改善受力状况 a图中 铰点设在动臂箱体下方的凸缘上 b图中 设在动臂箱体中间 铰点布置a不 削弱动臂结构强度 但影响动臂下降幅度 b则与之相反 但对动臂双液压缸则较合适 C和d动臂 动臂液压缸位于动臂的上方或后方 有的称之为 悬挂式液压缸 由此 选 定方案a为动臂油缸的布置方案 图3 9 动臂油缸的布置 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 14 3 2 2 斗杆油缸的布置斗杆油缸的布置 确定斗杆油缸铰点 行程及斗杆力臂比时应该考虑下列因素 保证斗杆油缸产生足够的斗齿挖掘力 即油缸从最短长度开始推伸时和油缸最大 伸出时产生的斗齿挖掘力应该大于正常挖掘阻力 油缸全伸时的偷税漏税力矩应该足以 支承满载铲斗和斗杆静止不动 油缸力臂最大时产生的最大斗齿挖掘力应大于要求克服 的最大挖掘范围可以取得越小一些 保证斗杆的摆角范围 斗杆摆角范围一般取 100 130 在斗杆油缸和转斗油 缸同时伸出最长时 铲斗前壁和动臂之间的距离应大于 10cm 一般来说 斗杆越长 则 其摆角范围可以取得越小一些 铰点位置的确定需要反复进行 在计算中初定铰点位置 如不够合理 应进行适当 修改 反铲斗杆油缸的布置如图 3 10 所示 图3 10 斗杆油缸的布置 3 2 3 铲斗油缸的布置铲斗油缸的布置 确定铲斗油缸铰点应考虑以下因素 保证转斗挖掘时产生足够大的斗齿挖掘力 即在铲斗油缸全行程中产生的斗齿挖 掘力应大于正常工作情况下的挖掘阻力 当铲斗油缸作用力臂最大时 所产生的最大斗 齿挖掘应能使满载铲斗静止不动 保证铲斗的摆角范围 铲斗的摆角范围一般取140 160 在特殊作业时可以 大于180 摆角位置可以按图3 12布置 当铲斗油缸全缩时 铲斗与斗杆轴线夹角 在 轴线上方 应大于10 常取15 25 铲斗油缸全伸 铲斗满载回转时 应使土壤不 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 15 从斗中撒落 铲斗从位置 到位置 时 图3 11 铲斗油缸作用力臂最大 这里能得到斗齿最 大切削角度的1 2左右 即当铲斗挖掘深度最大时 正好斗齿挖掘力也最大 实际上铲斗 的切削转角是可变的 在许多情况下 特别是进行复合动作挖掘时 铲斗的切削转角一 般都小于100 而且铲斗也不一定都在初始位置 开始挖掘 因此 目前一般取位置 至位置 的转角为30 50 在这个角度范围内可以照顾到铲斗在挖掘过程中能较好 地适应挖掘阻力的变化 又可以使铲斗在开始挖掘时就有一定的挖掘力 图 3 11 铲斗摆角范围 3 3 动臂 斗杆 铲斗机构参数的选择动臂 斗杆 铲斗机构参数的选择 3 3 1 反铲机构总体方案的反铲机构总体方案的确定确定 反铲方案选择的主要依据是设计任务书规定的使用要求 据以决定工作机构是通用 或是专用的 以反铲为主的通用机构应保证反铲使用要求 并照顾到其它机构的性能 专用机构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 下性能 反铲机构总体方案的选择包括以下方面 1 动臂及动臂液压缸的布置 确定用组合式或整体式动臂 以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状 确 定动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式 前面已确定采用整体式动臂 动臂液压缸的布置为下置式 2 斗杆及斗杆液压缸的布置 确定用整体式或组合式斗杆 以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆是否采用变 铰点调节 图3 6 铲斗摆角范围 45 140 50 15 25 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 16 前面已确定采用整体式杆 3 确定动臂与斗杆的长度比 即特性参数 1 K 2 1 l l 对于一定的工作尺寸而言 动臂与斗杆之间的长度比可在很大内选择 一般当 2 时 有反铲取 3 称为长动臂短斗杆方案 当 1 5 叶属于短动臂长斗杆 1 K 1 K 1 K 方案 在 1 5 2 之间称为中间比例方案 1 K 要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案 相反 当用配套替换构件或可调连接适应不同作业条件时 不同的配置或铰点连接情况可组成 各种比例方案 在使用条件单一 作业对象明确的条件下采用整体式动臂和斗杆固定铰 接 值由作业条件确定 从作业范围看 在挖高 挖深与挖掘半径均相同的条件下 1 K 愈大作业范围愈窄 从挖掘方式看大宜用于斗杆挖掘为主 因其刚度较易保证 而 1 K 1 K 值小宜用于以转斗挖掘为主 1 K 本设计采用中间比例方案 取 1 8 1 K 4 确定配套铲斗的种类 斗容量及其主参数 并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要 调节 5 根据液压缸系统压力 流量 系统回路供油方式 工厂制造条件和三化要求等确 定各液压缸缸数 缸径 全伸长度与全缩长度之比 考虑到结构尺寸 运动余量 稳定 性和构件运动幅度等因素一般取 1 6 1 7 个别情况下因动臂摆角和铰点布置要求 1 可以取 1 75 而取 1 6 1 7 1 6 1 7 1 2 3 3 3 2 机构几何参数的确定机构几何参数的确定 机构自身几何参数有三类 第一类是决定机构运动特性的必要参数 称原始参数 本次设计主要选择长度参数作为原始参数 第二类是由第一类参数推算出来的参数 称 推导参数 多为运算中需要的角度参数 第三类是作方案分析比较所需要的其它特性参 数 反铲机构自身几何参数的计算图式及有关符号于图 3 12 所示 反铲机构各部分原始参数 推导参数和部分特性参数见表 3 1 所示 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 17 图 3 12 反铲机构几何参数的计算简图 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 18 表 3 1 反铲机构几何参数表 机 构 组 成 铲斗斗杆动臂机体参数分类 符 号 意 义 原始参数 l3 QV l12 MH l13 MN l14 H N l24 QK l25 K V l29 KH l2 FQ l9 EF l10 FG l11 EG l15 GN l16 FN l21 NQ l1 CF l6 CD l7 CB l8 DF l22 BF l4 CP l5 CA l17 CI l19 CT l30 CS l38 JT l39 JI 推导参数 9 NMH 10 KQV 4 EFG 5 GNF 6 GFN 7 NQF 8 NFQ 2 BCF 3 DFC 11 CAP 9 TCP K2 l3 9 2 l l K2 l3 41 42 l l 1 CZF 5 7 l l特性参数 K2 l3 3 24 l l K1 2 1 l l 11 备注 l 斗 2 杆长 l1 动臂长 1 动臂弯角 悬挂式 11 ACU 各液压缸运动参数的意义见表 3 2 3 3 3 铲斗参数的铲斗参数的确定确定 a 铲斗主要参数的选择 斗容量 平均斗宽 转斗挖掘半径和转斗挖掘装满转角 这里令qBR 2 是铲斗的四个主要参数 及三者与之间有以下几何关系 图 3 max RB 2q 13 3 1 q S KBR 2sin2 2 1 2 其中 0 2m 其中 0 2m3 已知 铲斗斗容量 铲斗挖掘半径 单位qqR m 铲斗斗宽 根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围 查表 取 0 75m BB 2 铲斗挖掘装满转角 一般取 90 100 取 95 1 658rad 2 2 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 19 max 图3 8 铲斗主参数示意图 把 代入式 3 1 得 qB 2 0 2 0 75 1 658 sin95 2 1 2 R S K 解得 0 803mR 图 3 13 铲斗主要参数示意图 铲斗上两个铰点与的间距 图 3 12 太大将影响铲斗传动特性 太小则影响KQ 24 l 铲斗结构刚度 一般取特性 0 3 0 38 取 0 34 0 34 0 803m 2 k 3 24 l l 2 k 3 24 l l R 得出 0 273m 当转角较大时取较小值 取 95 115 取 24 l 2 kKQV 10 105 KQV 表 3 2 铲工作液压缸运动参数表 参 数 意 义 瞬时力臂 瞬时长度 全缩力臂 全缩长度 全缩力臂 全伸长度 特性参数液压缸种类 参 数 符 号 动臂液压缸 1 1 L e 10 1min L e z e1 1max L min1 1max L L 斗杆液压缸 2 2 L e 20 2min L e z e2 2max L min2 2max L L xxxxx 学院本科毕业设计 论文 20 铲斗液压缸 3 3 L e z e2 2min L z e3 3max L min3 3 L L man b 斗形尺寸计算 根据铲斗主要参数可进一步设计计算斗形其尺寸 如图 3 14 所示 图中三角形 为等腰三角形 段为直线 弧段为抛物线 点至直线的距离为 抛OGEOAABAEBH 物线定点高度为 一般取 斗尖角取值范围一般为 20 30 斗侧壁角为LHL 取 30 50 包角取 108 常见铲斗斗形参数参考表 3 1 改变三角形的形 OEG 状可以获得不同的形状的斗形 斗形尺寸根据比拟法 0 75m 已知 0 803m 已知 得出 b D R 0 294m 0 534m 0 87 1 x 2 x 3 x 0 7324m 0 0706m Rm 40 23 108 0 56m HL 图 3 14 反铲铲斗计算尺寸 O y ax2 bx c l 图3 9 反铲铲斗计算尺寸 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 21 c 初选斗齿的几何形状 铲斗的几何形状应对挖掘比阻力达到最小值 铲斗及切削时的主要参数 如图 3 15 所示 图中铲斗容量 q 长度 L 宽度 B 高度 H 切削角 刃角 和后角 等参数 的选择都对挖掘比阻力有直接影响 斗齿在铲斗上的布置 齿宽和齿距 也是一个重要 参数 为使斗侧壁不参与切削 铲斗应装有侧齿 一般齿宽 0 11 0 11 0 064m bq 3 2 0 齿长 0 26 0 26 0 152m lq 3 2 0 斗前臂与切削面的间隙取 0 7 0 0448mfb 又由于铲斗宽度 B 0 75m 齿宽与齿距之和为 0 064 0 18 0 24 3 07 因此铲斗装有 3 个齿 ba B 244 0 75 0 另外齿尖应保持锐利 否则挖掘阻力将急剧增加 新铸 或锻 的齿只有 一个小的圆弧尖连续工作后 齿尖将逐渐磨损 并变钝 通常 挖掘 级土壤 齿尖显著磨钝后 挖掘阻用将增加 50 100 因此 为避免这种超载挖掘 应及时更换 或在齿刃口上堆焊硬质合金层 斗齿做成楔入式或组合式 以便快速更换和修补 切削角对切削阻力影响也很大 通常 挖 级土时 斗切削角为 20 35 较大值适用于硬土 小值适用于一般土 常用切削角为 30 本次设 计取 30 后角不应小于 5 刃角取 25 l 图3 10 铲斗的基本参数 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 22 图 3 15 铲斗的基本参数 3 3 4 动臂机构参数的选择动臂机构参数的选择 由于铲斗容量 0 2m3 根据国内外液压挖掘机有关设计标准 通过类比法 选出参q 数机重 5 吨 G 又根据经验公式计算法 机体尺寸和工作尺寸经验系数 mL iLi k 3 G 得出 最大挖掘半径 3 35 5 728m R 1 3 5 最大挖掘深度 3 05 4 505m H max1 3 5 最大卸载高度 1 55 2 65m H max3 3 5 据统计 最大挖掘半径值一般与 的和值很接近 因此由要求 已R 1 l 1 l 2 l 3 R 1 定的和可按下列经验公式初选 3 l 1 Kl 1 l 2 3 l 1 31 1K LR 2 Kl 1 l 22 其中 5 728m 1 8 R 11 K 经计算得出 1 759m l 2 1 8 1 759 3 166ml 11 Kl 2 在三角形 CZF 中 和都可以根据经验初选出 1 l 13 K 其中 动臂的弯角 采用弯角能增加挖掘深度 但降低了卸载高度 但太小对 1 结构的强度不利 一般取 120 140 取 140 1 前面已算出为 3 166m l 1 动臂转折处的长度比 一般根据结构和液压缸铰点 B 的位置来考虑 初 3 K ZC ZF 步设计取 1 1 1 3 取 1 2 3 K 3 K 因此根据公式 可以算出 41 l 42 l 39 l 41 13 2 3 1 cos21 KK l l K l 42341 3 3 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 23 ZCF arccos 39 142 2 41 2 1 2 42 2ll lll 经计算得出 ZC 1 529m 41 l ZF 1 834m 42 l 17 9 39 如图 3 16 所示 动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比 K4按不同情况选取 专用反铲可取 0 8 以 4 K 反铲为主的通用机 0 8 1 1 斗容量 1m3左右的通用机 则可取 1 4 K 4 K 本设计中取 1 4 K 的取值对特性参数 最大挖掘深度和最大挖高有影响 加大 11 4 KH max1 H max2 会使减小或使增大 这下符合反铲作业要求 因此基本用作反铲的小型机取 11 H max1 60 11 本设计中取 70 11 斗杆液压缸全缩时 最大 图 3 12 常选 CFQ 832 832 max 160 180 本设计中取 170 832 max 取决于液压缸布置形式 图 3 16 动臂液压缸结构中这一夹角较小 可能BCZ 为零 动臂单液压缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼加耳座上 B 在 Z 的下面 初定 BCZ 5 根据已知 CZF 22 1 解得 BCF 17 1 由图 3 17 得最大卸载高度的表达式为 211max11115Amax3 sin sinYH ll 3 4 32118max1max322 180sin ll 由图 3 18 得最大挖掘深度绝对值的表达式为 3 5 A YllllH 1152min111123max1 sin sin 将这两式相加 消去 5 l 并令 得到 A 11 2 BA 8 max32 A H max1 H max3 l 1 sin max1 A sin min1 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 24 1 0 3 6 2 l Bsin max1 又特性参数 3 7 4 K min11 max1 sin sin 因此 sin min1 14 max1 sin K 3 8 cos min1 2 1 2 4 max1 2 sin 1 K 将上式代入式 3 6 则得到一元函数 f 0 式中和已根据经验 max1 H max1 H max3 公式计算法求出 经计算得出 29 6 73 5 min1 max1 最后由式 3 5 求为 5 l 0 638m 3 9 5 l 11 max1min1123 sin sin HYAlll A 其中 3 166m 1 759m 97 1 由于履带总高 1 l 2 lA 0 32 0 547 近似取 0 65m 3 5 A Y 然后 解下面的联立方程 可求 和 arcos arc min1 57 2 min1 2 5 2 7 2 ll Lll 2 1 22 arcos arc 3 10 max1 57 2 max1 2 5 2 7 2 ll Lll 2 222 于是 min1 L 5 l x max1 L min1 L 3 11 1 L min1 L 经计算得出 1 63 0 67 0 952m 1 52m 1 61m min1 L max1 L 7 l 得到的结果符合下列几何条件 2 36 0 96 1 xxxxx 学院本科毕业设计 论文 25 图 3 16 动臂实际尺寸 图 3 17 最大卸载高度时动臂机构计算简图 5 B 17 9 140 Z C F 图3 11 动臂实际尺寸 图3 13 最大挖掘深度时动臂 机构计算简图 11 2 11 1 图3 12 最大卸载高度时动臂机构计算简图 1 11 2 32 8 X Y O xxxxx 学院本科毕业设计 论文 26 图 3 18 最大挖掘深度时动臂机构计算简图 3 3 5 斗杆机构参数的选择斗杆机构参数的选择 第一步计算斗杆挖掘阻力 斗杆挖掘过程中 切削行程较长 切土厚度在挖掘过程中视为常数 一般取斗杆在 挖掘过程中总转角 50 80 取 65 在这转角过程中 铲斗被装满 这时半