JXSW01-014@单斗液压挖掘机工作装置结构设计SW
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JXSW01-014@单斗液压挖掘机工作装置结构设计SW,机械毕业设计全套
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2 00 4 60 60 4 40 3- 200 BB1 : 10A-A3.21 515 1 60 5 X 601 : 10B-B3 . 2160 15 15 1 51 5nts289111213141 3104 5 671510557 4667 g7471g1299g7761g7784g16878g16849湘湘湘湘机机2010-006单单单单机单单1:50654321DCBA5 641 2 3DCBAg4561g7784g16878g16849g7735g16864 g3892g7072 g2102g2410 g7460g7017g7095g1318g2599 g12718g2621 g5284 g7480 g7189g5141g14506g7735g2038g2374g6313g2038g19558 g8677 g7735 g16864g1953 g5456 g12636 g5456g18429g18431 g8708g1467日日签签底底单底旧底底单底描描g10360g7516描底借(通)用用用用零 用 代 底g1131g12753g5456g202322620 6 39 42000 技技技技1.各各各用单各各各各各各各。 2.单各装装装装装装装用机各装装装装装单，各油油油油油油油100。 3.齿齿齿单各齿齿齿齿齿齿齿齿齿装装齿齿齿齿。齿齿试油齿试试试、噪噪，油温齿温温油油油油试温温温齿齿。4.齿齿单各齿，齿齿油齿齿齿齿齿齿齿齿齿齿GB10095齿GB11365油齿齿。5.单各装装装装试装装装用各各装装装各各装，但齿但但装但装装但。 6.装但单各油零用进进用（包包包包用、包外用），均各各g1959试g7920齿进g19480油齿g7788g16881g7145g14125装装单各。 7.零用g3416单各各各各g9269g10806齿g9269g9031g5282g2032，油油试g8715g2154、g20238g17897、g8791g2374g11486、g19256g15536、g2103g4737、各g8849、g11632g14498g2162齿g9888g4680g12665。 8.单各各齿g4649零、进用油g1131技各齿g4714g4648，g10409g2139g7263油g11512各齿g4714g4648进g11560温g13038油装装g3901g7701。 9.单各油g12347但零用油装装g12037、g12000、g2114g1364齿g19256g15536。 10.g15850g19129、g15850g7747齿g15850g8701g13143g3370试，g1109g12209g6275试装装用油齿g17970油g7163g1959齿g6307g6267。g13143g3370齿g15850g19129g8237、g15850g8701齿g15850g19129、g15850g7747g3940进油油g6543g3455。 11.齿齿g6423g13143g2251g11801技技油g13143g3370用，各各装用g2251g11801g6307g6267，g5286g6457齿齿油g6423g13143g2251g11801g13143g3370。 12.g2620g1072零用用g3914用g15850g19129（g15850g7747）g13143g3370试，各g15850g19129（g15850g7747）g19760g1236g2553、g4649g12320、g17984g8597、均g2352g6423g13143。 13.g3382g19285g19248单各试齿g1086g4484齿装装g9138g14498g7920g7701，g1958齿齿g10679油齿g4671g1214各齿g19375油油60%，g5286齿均g2352g2102g5171。 14.g5283g19294g1086装g1082g19294g8237g1108齿齿齿均g2352齿齿，g1958各齿齿油油试g19492齿。 15.g9473装各齿油g5283g19294（装g14561g19294）单各齿，g11560各用g12331装g14362g4018，油油试g7598g13143油均g10720g17041。 16.装装包g3384g1086g5424g5439装装g5335进装装g11526油g2426g3382g4484油温试g2449g1407g10720g17041。 17.装装包g3384g1086g5424g5439装装g5335进装装g11526油g2426g3382g4484齿齿齿g14495g4013，用g9138g14498g7920g7701试，g1086装装g5335g3416g4649g12320g1214但g5619g13551120、g1086装装g11526g3416g4649g12320g1214但g5619g1355190油g14643g3364 g1973齿均g2352齿齿。g3416g1082g17952g14643g3364g1973用g3726g4714g7920g7701试，0.03mm油g3726g4714油油g3726但包 g3384g4589油油1/3。 18.装装包g3384单各齿g1086齿g1405g12575装装g11526g12575齿齿齿齿均g2352。 19.装装装装单g4013齿用g6267g17820装齿滚滚、g5283平。 20.用齿g1405g19248g3370齿装用试，齿g3416应g16881用应齿齿g12575齿g1086g11560温装装g4484油g5424齿齿齿g12575齿包应g5283应应应应应应、各g19248。g19248g6275但齿油油g7598装。 21.球齿装装油装装球g1086装装g5335齿均g2352齿齿，用g9138g14498用g7920g7701，g1958齿齿油齿g4671g121470%。 22.齿合装装合合齿合合g14498试油温装用，g3416齿齿油齿齿在g1973油温试在在g10720g17041 ，g3416齿齿在包油在在齿在油油湘g1214在齿齿在单齿在油10%。 g20g24 g7530g1411 g20g20g23 g19248 g20g20g22 g19248 g21g20g21 g3g7530g7904g21g19g20g19g16g19g19g22 g19234g7111 g20 g19240g19154g20g20 g19248 g23g20g19 g3g7530g7904g21g19g20g19g16g19g19g24 g17934g7542 g20 g23g24g6g19154g28 g3g7530g7904g21g19g20g19g16g19g19g23 g6775g7542 g21 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. 29 5.1 工作装置零件建模 . 24 5.2 整机装配 . 31 6 结 论 . 33 参考文献 . 34 致 谢 . 35 nts 1 液压挖掘机工作装置结构设计 摘 要 液压挖掘机是工程机械的重要产品之一，具有较高的技术含量。工作机构是液压挖掘机的主要装备，机构各铰点以及其具体结构的设计将是决定工作机构性能水平的重要因素，决定了液压挖掘机的工作性能，影响其最终使用性能的好坏，所以对液压挖掘机工作机构的研究是十分有必要的。利用 SolidWorks 软件先建模后分析，可以大大缩短设计周期和 设计工作量，能快速适应市场竞争的需求，有着重大的社会价值和经济价值。 本次设计完成的主要任务有： 1） 挖掘机工作机构类型的综合分析和选用； 2） 液压挖掘机工作装置的结构设计和尺寸计算； 3） 工作装置部分的液压系统设计； 4） 对主要零部件进行力学分析和计算； 5） 驾驶室、三组油缸、铲斗、动臂、斗杆、摇杆的三维建模； 6） 挖掘机整体建模与装配设计； 关键词： 液压挖掘机；工作机构；液压系统；力学分析； nts 2 The Design and Motion Analysis of Hydraulic Excavators Working Mechanism Abstract The hydraulic excavator is one of the most important construction machineries, and includes the higher technical specification. Working device is the main equipment of the Hydraulic Excavator. The design of hinge points and concrete structures is an important factor which has a decisive influence on the use of working device. And it affects the quality of the end-use performance. Therefore, the research of the hydraulic excavator is necessary. Motion simulation is down after modeling by SolidWorks .This method of design can greatly reduce the design cycle. Also it can quickly adapt to the needs of market competition, has significant social value and economic value. Main contents contained in the article are following: 1) The comprehensive analysis and selection of excavator working mechanism type; 2) The structure design and size calculation of hydraulic excavator working equipment; 3) The hydraulic system design of working device; 4) The analysis and calculation of the ma the typical parts; 5) The 3D modeling of operator cab, three groups of oil cylinder, bucket, boom, arm and bucket; nts 3 6) Excavator overall modeling and assembly design; Key Words： Hydraulic Excavator； Working Device； Hydraulic System； Mechanical Analysis； Motion Analysis nts 4 1 绪 论 1.1本课题的目的和意义 液压挖掘机是一种周期作业的土石方施工机械，在交通运输、民用建筑、矿山开采和市政工程等场所得到广泛应用，是各种土石方工程中非常常用的一种重要工程机械。主要用于建筑工程中拆除和开挖地基，水利工程中开挖坑槽和疏通河道，道路建设中道路平整和岩石破碎，市政建设中铺设管道和破碎路面，现在一些新型挖掘机可以水下作业。由于施工环境有时比较恶劣，对挖掘机的技术性能要求比较高，所以液压挖掘机的科技含量比较高，是工程机械中最重要的产品之一。可以说液压挖掘机的制造技术水平和生产能力反映了一个国家的工 程机械的整体水平，不夸张的说也能反映这个国家的装备制造业水平 1。 液压挖掘机结构非常复杂，整机的零部件高达 3000 多件，覆盖机械、液压、石油化工和电气等行业，其发展可以带动这些产业的发展并且对国民经济的发展有重要影响。目前我国正处于经济建设的上升期，各地都在大兴土木进行建设，并且随着“十二五”计划的开始，我国城镇化建设在未来一段时间内将驶上快车道，对于在土方施工以及工程建设方面起重要作用的挖掘机械产品，必将随之保持着繁荣景象。挖掘机行业在未来几年必会迅猛发展，现在能掌握这门技术就显得更为有意义。 1.2国内外液压挖掘机的发展情况 1、国内液压挖掘机的发展和现状 挖掘机的生产在我国开始的比较晚，在 1954 年抚顺重型机器厂才仿照前苏联的机械式挖掘机 W10012 和 W5012 生产了我国第一台斗容量为 1m3的机械式单斗挖掘机 2，而液压挖掘机到 1967年才开始，这都远远落后于西方发达国家。最近几年随着改革开放的深入，液压挖掘机在我国得到大力发展，许多液压挖掘机生产厂商如雨后春笋般的出现，并形成了一定的规模。 目前，国内挖掘机整体技术水平处于国际二十世纪八十年代末九十年代初水平，与国外先进技术的差距还十分明显，许多 关键技术都还没能突破，尤其是液压挖掘机更是任重而道远这。近几年，我国的挖掘机行业发展迅速，特别是中、小型液压挖掘机的发展，现nts 5 在都已形成系列。在这些生产企业中，以三一重工为首，玉柴重工、柳工、福田雷沃、山河智能等企业组成的中国挖掘机团队已达到一定的规模和水平。但是我国至今仍然未能开发出完全自主的液压挖掘机，其关键技术还得依靠外国，国内市场主要被外企占据，即使那些比较有名的国产品牌还得需要与外企合作，没有自主开发的产品。总而言之，近几年我国液压挖掘机发展迅速，但要达到国际水平还任重道远。 2、国外液压挖掘机的发 展和现状 在国外，挖掘机的最早雏形出现在十六世纪的意大利威尼斯，当时还是人力驱动主要用于运河的疏浚工程。到 1836年出现了以蒸汽机驱动的“动力铲”，它可以模拟人的掘土工作。到 1899 年人们开始将电动机应用到挖掘机上从而出现了电动挖掘机。第一次世界大战后，人们开始将汽油机和柴油机用于挖掘机，这大大改善了挖掘机的使用性能和范围，使得挖掘机得到大力发展。 进入二十世纪，由于液压技术的应用，使得挖掘机得到质的改变。 20 世纪 40 年代液压技术开始应用于挖掘机，出现了半液压传动的挖掘机。到 20世纪 50 年代研制出了 全液压传动的挖掘机。尽管初期研制的液压挖掘机的液压技术不够成熟，主要是是采用机床和飞机的液压技术。其液压元件的制造质量也不够稳定，但是液压技术的应用还是让挖掘机得到了一次飞跃式发展。尤其是到了 60 年代，开始出现完全为挖掘机设计的液压技术和液压元件，液压挖掘机正式进入了蓬勃发展的阶段，随着经济发展的加快，挖掘机制造厂商和品种增加迅速，挖掘机产量也迅猛增加 3。到七十年代，液压挖掘机已成为主流挖掘机产品，产量已占据绝大份额。到目前，液压挖掘机几乎已经占领挖掘机市场，特别是中、小型挖掘机。 随着液压技术的进 一步成熟以及计算机技术、自动化控制技术和机电一体化技术等的快速发展，国际上液压挖掘机的生产和研制正在朝向更加节能高效化、小型化、多功能化和人性化的方向发展 4。 1.3设计概述 本设计为液压挖掘机工作机构设计。液压挖掘机的类型较多，其工作装置又可分为正铲式和反铲式。由于目前市场上中、小型挖掘机大多采用反铲式，只有一些大型挖掘机和有特殊要求的挖掘机才采用正铲式，所以本次设计的挖掘机类型为反铲式单斗液压挖掘nts 6 机。 本次设计的任务是设计一个标准斗容为 0.92m3，挖掘 级及以下土壤的液压挖掘机。它属于中型液压挖掘 机，主要设计挖掘机的工作装置。nts 7 2 总体方案 2.1设计任务 分析挖掘工作对工作机构的要求，然后进行挖掘机工作机构类型的综合分析和选用并进行各主要零部件的尺寸设计，再进行工作装置液压系统的设计，在上面各零部件设计的基础上，进行挖掘机的整体装配设计和装配干涉分析，再对各主要零部件进行强度计算检验设计的合理性。 2.2工作装置设计原则 本次设计的液压挖掘机工作装置为反铲式，而要设计合理的反铲装置必须满足以下要求： 1)、主要的工作尺寸和工作范围能满足使用要求， 2)、整机挖掘力的大小和分布情况应满足使用标准，同时机器应具有一定的先进性。 3)、确定各个铰点位置，各零部件的结构形式和截面尺寸形状时应尽可能使受力状态有利，并尽量减轻各个结构的重量。 4)、工作装置的液压缸设计应考虑三化，采用系列参数。 5)、工作装置的结构形式和布置要易于装拆和维修，尤其是那些易损坏的零部件的更换。 6）、采取合理有效的方法来达到特殊使用要求 5。 2.3液压挖掘机的总体结构 液压挖掘机的总体结构包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等 6。其主要 零部件名称如图 2-1 所示： nts 8 图 2-1 液压挖掘机的基本构造 1.动臂缸 2.斗杆缸 3.铲斗缸 4.动臂 5.斗杆 6.铲斗 7.摇杆 8.连杆 9.驾驶室 10.上部机构 11.下部机构 12.行走机构 2.4整体设计 参照 【 2】 P46， 根据经验公式计算法 估算出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=0.92m3。 根据经验公式，估算整机质量为 G=2179+20147q=20.7 吨。 根据经验公式求各 线性 尺寸参数 ： Li=liK 3G（ m） （ 2-1） 式中 Kli 错误 !未找到引用源。 线向尺寸经验系数， G 为整机质量。 参照【 2】 P47 表 1-3 机体尺寸和工作尺寸经验系数表 选取适当系数来计算各部分尺寸： 1) 转台 底部 离地高： 错误 !未找到引用源。 ； 2) 履带长度： 31 . 3 8 2 0 . 7 3 . 7 8 9LL 错误 !未找到引用源。 ； 3) 轨 距： 错误 !未找到引用源。 4) 底架离地高： 30 . 1 4 2 0 . 7 0 . 3 8 4QLm 错误 !未找到引用源。 ； 5) 司机室总高： 31 . 0 0 2 0 . 7 2 . 7 4 6h 错误 !未找到引用源。 nts 9 6) 臂铰离地高： 30 . 6 3 2 0 . 7 1 . 7 3 0HLm 错误 !未找到引用源。 ； 7) 臂铰离回转中心： 30 . 4 2 2 0 . 7 1 . 1 5 3x 错误 !未找到引用源。 ； 8) 臂铰与液压缸铰距： 30 . 3 2 0 . 7 0 . 8 2 4eLm 错误 !未找到引用源。 ； 9) 臂长：标准臂尺寸系数范围 1.7 1.9, 推荐值 错误 !未找到引用源。 。 所以 标准臂 3311 1 . 8 2 0 . 7 4 . 9 4 2ll K G m 错误 !未找到引用源。 ； 10) 标准 斗 杆 ： 推 荐 系 数 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未找到引用源。 , 3322 0 . 8 2 0 . 7 2 . 1 9 7ll K G m 错误 !未找到引用源。 ； 11) 铲斗 长度 ：推荐系数 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。3 0.5lK , 3333 0 . 5 2 0 . 7 1 . 3 7 3ll K G m ； 1）动臂转角 : 00 4050 ； 2）斗杆转角 : 00 60150 ； 3）铲斗转角 : 00 80150 ； 4）最大挖掘半径： KR=3.35， R=9.198m； 5）最大挖掘深度： 2.05liK ，1 m a x 5 .6 2 9Hm； 6）最大挖掘高度： 2.25liK ，2 m a x 6 .1 7 8Hm； 7）最大卸载高度： 1.55liK ，3 m a x 4 .2 5 6Hm； 根据经验公式求工作装置 各部分 的重量： 错误 !未找到引用源。 （ 2-2） 式中 错误 !未找到引用源。 各部分重量系数； G 整机 重量。 根据【 2】 P48 表 1-4，可以估算整个工作装置的重量 0 . 1 5 2 0 . 7 3 . 1 0 5iG 吨 错误 !未找到引用源。 。再由 P83 表 2-7确定工作装置各部分的重量为：（单位：吨） nts 10 表 2-1 工作装置各部分的重量 G 名称 重量（吨） 动臂 错误 !未找到引用源。 1.5 斗杆 错误 !未找到引用源。 0.8 铲斗 错误 !未找到引用源。 0.8 nts 11 3 工作装置的设计 工作装置的设计需根据要求确定其结构方案，进而确定其各部件的尺寸以及铰点位置，最后还应对其作业尺寸和工作臂的强度以及挖掘力的大小进行校核，确保其满足要求。 3.1 工作装置总体方案的选择 工作装置总体方案的选择主要包括工作装置总体结构的选择 ,动臂、斗杆和铲斗结构形式的选择以及各个油缸铰点的布置形式 的选择。 1、 工作装置的总体结构 图 3-1 工作装置总体结构图 1.斗杆油缸 2.动臂 3.液压油管 4.动臂油缸 5.铲斗 6.斗齿 7.侧齿 8.连杆 9.摇杆 10.铲斗油缸 11.斗杆 2、动臂、斗杆和铲斗结构形式的选择 a).确定动臂的结构形式 动臂是挖掘机工作装置的主要部件，可分为整体式和组合式。整体式动臂结构简单，重量轻而强度好具有良好的工作性能；组合式动臂重量大，制造成本也高，现一般仅作为nts 12 特 殊配置使用。所以选用整体式动臂。 整体式动臂又有整体直动臂和整体弯动臂这两种。其中整体直动臂构造简单、重量轻、容易生产，主要用于悬挂式挖掘机，但不能获得较大的挖掘深度，不适用于通用挖掘机；整体弯动臂是目前应用最广泛的结构形式，可获得较大的挖掘深度，但降低了卸土高度，这个正符合挖掘机反铲作业的要求 7。所以，本次设计选用整体弯动臂。 b).确定斗杆的结构形式 斗杆也有整体式和组合式这两种形式。其中组合式不常用，大多数挖掘机都采用整体式，当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆或设置 2 4 个铰链孔的方法。因此 也采用整体式。 c).确定铲斗的结构形式 反铲式挖掘机采用的铲斗形式，其形状和尺寸参数的合理性选择对挖掘机的作业效果往往有很大影响。挖掘机的作业工况各种各样，只用一个铲斗很难完成所有的工况作业。所以为了满足不同工况的作业需求，并能尽可能的提高作业效率，在同一反铲装置上可配几种甚至几十种不同结构和容量的铲斗，如图 3-2 为本次设计所采用的反铲斗常用铲斗形式。 图 3-2 铲斗的常用形式 1.齿座 2.斗齿 3.橡胶卡销 4.卡销 5.6.7.斗口板 装设斗齿可 以增大铲斗挖掘时所产生的压力，从而增大切削力，使铲斗更好的破碎或挖掘物料。铲斗的斗齿大都采用装配形式，其结构形式有螺栓连接式和橡胶卡销式 8如图3-3(a)和 (b)所示。 nts 13 图 3-3 斗齿连接方式 （ a) 螺栓连接式 （ b) 橡胶卡销式 经比较（ a）的结构构造简单，强度和刚度都比较好，所以选择（ a)安装方式。 3、 确定动臂、斗杆、铲斗油缸的铰点布置 a).动臂油缸的铰点布置方式如图 3-4所示： 3-4 几种动臂油缸 的布置方式 其中， a 和 b 比较常见， c 和 d 不常见。 a 的特点是不会消弱动臂的结构强度，但会影响动臂的运动范围， b 则与之相反，并能产生较大的挖掘力，但要采用双液压缸形式。考虑到本次设计的挖掘机需要较大的挖掘力，所以动臂油缸的布置方式选用 b,使用双油缸。 b).斗杆油缸的铰点布置 斗杆油缸的布置方式如图 3-5 所示： nts 14 图 3-5 斗杆油缸的布置方式 C).铲斗油缸的铰点布置 铲斗与铲斗液压缸的连接形式有四连杆机构和六连杆机构这两种，如图 3-6 所示。其中四连杆 机构的连接方式是铲斗直接铰接于铲斗液压缸，特点是铲斗转角较小，但可以获得较大的工作力矩；六连杆机构的连接方式是铲斗通过连杆与铲斗液压缸铰接，其特点是当液压缸活塞杆行程相同时，铲斗能够得到较大的转角从而来改善整个机构的传动特性。 图 3-6 铲斗的连接方式 图 3-7（ a）为直接连接，铲斗、斗杆与铲斗液压缸组成四连杆机构。图 3-7（ b）中nts 15 液压缸通过一个摇杆和一个连杆与铲斗相连，与斗杆组成六连杆机构。图 3-7（ c）和（ d）的铰接形式相似相似，与（ b）的区 别在于前者液压缸活塞杆铰接于摇杆两端之间。因为（ b）形式能让铲斗获得较大挖掘力，所以选用（ b）图所示的连接方式。 3.2工作装置结构尺寸的确定 工作装置的结构尺寸主要包括铲斗、斗杆和动臂的尺寸以及各铰点的位置。 1、铲斗参数的选择 图 3-7 斗形示意图 斗容量 q，平均斗宽 B，转斗挖掘半径 R 和转斗挖掘装满转角 错误 !未找到引用源。 2（这里令max 错误 !未找到引用源。）四者之间有以下几何关系：（见【 2】 P73） 21 ( 2 s i n 2 )2 sq R B K 错误 !未找到引用源。 （ 3-1） 式中：SK 土壤松散系数 ,近似值取 1.35。 因我国标准斗容 q 指堆尖容量，所以装满系数可不再考虑。平均斗宽 B 可根据【 2】P75 表 2-6（反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围）查得 q=0.92m3 时，取 B=1.25m。又因为 q一定时 W1max 和 E 随着 B 和 R 的变大而减小。但 B 和 R 大到一定程度，综合反应到 2 错nts 16 误 !未找到引用源。 900 以后 W1max 和 E 的减小减缓。显然 B 和 R 无限增大会导致 q=0，铲斗变为平板。且 B 的增大使附加载荷引起的对工作装置的扭矩和水平弯矩随之增大，从而对工作装置的结构强度和刚度的要求更高。全面考虑有关因素，可取 2 =900 1000。如果 2 1000 则 W1max 太大；如果 2 900，则 B 和 R 太大。所以取 2 =960。 因此由式 3-1 得： R= 2( s i n 2 )90 sqBK 错误 !未找到引用源。 所以 R=1.36m。 式中 W1max 铲斗挖掘阻力 ， E 铲斗挖掘时挖掘 1m3 容积的土所耗费的能量称为铲斗挖掘能容量 。 铲斗上两个铲点 K 与 Q 之间距离KQl，太大影响铲斗机构传动特性，太小则影响铲斗结构刚度，一般取特性参数2k=错误 !未找到引用源。 /R=0.3 0.38。当铲斗转角较大时，错误 !未找到引用源。 取较小值。一般取10 9 5 1 1 5K Q V oo:。根据实际情况取 错误 !未找到引用源。 =0.43,10 100 o。即 错误 !未找到引用源。 =2kR=0.431.36=0.5848m。 2、动臂和斗杆尺寸的确定 动臂与斗杆的长度比为 K1,当 K1 2 时称为长动臂短斗杆方案，当 K1 1.5 时属于短动臂长斗杆布置方案， K1 在 1.5 2 之间称为中间比例方案 9。对于没有特殊要求的挖掘机，一般取中间比例方案，即取特性参数。 K1= 13ll错误 !未找到 引用源。 =1.5 2，这里取K1=1.8。 根据前面经验公式计算结果并参考现代 ROBEX 215-7 型液压挖掘机的作业参数，初步选取最大挖掘半径 R1=9500mm，据统计，最大挖掘半径 R1 值一般于1 2 3l l l错误 !未找到引用源。 的和很接近，因此在3l和1K值已定时可根据【 2】 P80 经验公式计算： 11211Rll K (3-2) nts 17 1 1 3l K l(3-3) 式中： 1l 动臂长，即尺寸 CF 长 ,mm； 错误 !未找到引用源。 斗杆长，即尺寸 FQ 长， mm； 错误 !未找到引用源。 铲斗尺寸 QV,即 R,mm； R1 最大挖掘半径， mm。 由此计算得 : 错误 !未找到引用源。 2 9 5 0 0 1 3 6 0 29071 1 . 8l m m, 初步选定2 2900l m错误 !未找到引用源。 ； 错误 !未找到引用源。 ，初步选定 错误 !未找到引用源。 。 动臂的弯角1一般可取 错误 !未找到引用源。 =1200 1400，弯角大可增加挖掘深度，但降低了卸载高度，太小则对强度不利，针对实际情况，可初步确定 错误 !未找到引用源。=1200。 图 3-8 各铰点位置 到此，动臂和斗杆的基本长度和弯角已经确定，其余各部分的具体参数，可参照现代ROBEX 系列液压挖掘机进行类比做仿形设计，并结合本次设计要求，运用 SolidWorks 三维技术对工作装置进行建模分析，优化各铰点的位置如图 3-8 所示，进而得 到各部分的尺nts 18 寸如下表所示： 表 3-1 各部件铰点的距离 工作装置组成 距离（ mm） 铲斗 QV=1630 KQ=590 HN=600 HK=700 斗杆 FQ=2900 FE=948 FG=878 QN=600 GN=1867 EG=1429 GQ=2452 EQ=3810 动臂 CF=5200 CD=3405 CB=2495 DF=2384 BF=3256 BD=1022 1 120 o错误 !未找到引用源。 机体 AC=488 至此，工作装置的基本尺寸和铰点位置已全部确定。 nts 19 4 工作装置的强度校核 液压挖掘机主工作装置在作业时其各结构件的受力情况会随着其位置的变化而不同，所以在这里仅计算在最不利工况情况下工作装置的受力，进而对主要零部件进行强度校核。 4.1挖掘力的计算 液压 挖掘机反铲装置工作时既可用铲斗液压缸挖掘（简称转斗挖掘），也可用斗杆液压缸挖掘（简称斗杆挖掘），或作复合动作挖掘。一般认为当挖掘机的斗容量小于 0.5m3 或在土质松软地作业时以转斗挖掘为主，反之则以斗杆挖掘为主 16。本次设计的挖掘机斗容为 0.92m3 且要求 挖掘 土壤，所以本设计中以斗杆挖掘为主。 在不同的位置挖掘阻力也不同，这里仅选阻力最大的位置。 根据【 2】 P71可知斗杆挖掘阻力可用下式表示： 00= 0 .0 1 7 4sKqW K阻（ 5-1） 式中 K 挖掘比阻力 ， K=20 30N/cm2； q 铲斗容量； 0 斗杆挖掘时的切削半径，由 CAD 建模可知 错误 !未找到引用源。 =4.05m； 错误 !未找到引用源。 斗杆在挖掘过程中的总转角，一般 错误 !未找到引用源。=50o 80o ，取 错误 !未找到引用源。 =75o ； Ks 土壤松散系数， 1.26 1.37，取 Ks=1.37。 当 K 取最大值时得最大挖掘阻力，计算得：maxW阻=38KN。 4.2工况的选择 液压挖掘机的工作装置由动臂、斗杆、铲斗、连杆、摇杆和各种液压缸组成。在对这nts 20 些零部件进行强度校核前，首先应该确定工作装置 的最不利工况，即在这工况下对某一零部件出现最大的应力，将这个工况作为校核该零部件的依据 17。 由于本次设计的挖掘机以斗杆挖掘为主，即斗杆挖掘力大于铲斗挖掘力，所以应选取斗杆液压缸挖掘作为计算工况。参考文献【 2】 ，本次设计采用以下位置 (图 5-1)进行计算： （ 1）动臂位于动臂液压缸 对铰点 A有最大力臂处 ； （ 2）斗杆位于斗杆液压缸作用力臂最大处； （ 3）铲斗位于 能够产生最大挖掘力的位置； 该工况下工作装置位置如图 5-1 所示。图中各参数如下（未注单位为 mm）： 错误 !未找到引用源。 ，1 590S ，2 600S 错误 !未找到引用源。 ，3 5190S 错误 !未找到引用源。 ，4 610S 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 ，5 1150S 错误 !未找到引用源。 ，6 560S 错误 !未找到引用源。 ，7 670S 错误 !未找到引用源。 ，9 680S ，1 2950L 错误 !未找到引用源。 ，2 5470L 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 ，3 5570L 错误 !未找到引用源。 ，4 1630L 错误 !未找到引用源。 ，5 3130L ，6 950L ，7 630L ，1 14.7G KN错误 !未找到引用源。 ，2 7.84G K N错误 !未找到引用源。 ， 错误 !未找到引用源。 nts 21 图 5-1 最不利工况尺寸图 4.3力的计算 在此工况下挖掘机工作装置上的作用力仅有工作装置各部分的自身重量 (动臂重 G1、斗杆重 G2、铲斗重 G3)和作用于铲斗齿上的挖掘阻力。各液压油缸的工作状态为：斗杆液压缸液压缸以主动力 F2 工作，铲斗液压缸承受被动作用力 F3，动臂液压缸承受闭锁力 Fl。 各液压缸所能产生的最大力按下式计算： 24F A P D p 错误 !未找到引用源。 (5-2) 式中 D 液压缸的缸径 mm， p 液压油作用力 MP。 已知各液压缸的缸径均为 100mm，系统压力 p=25MP，因此各液压缸所能产生的最大力为： 21 2 3 1 0 0 2 5 1 9 6 . 2 54F F F K N 错误 !未找到引用源。 将铲斗作为独立体，按对铰点 H 的力矩平衡方程 0HM ，求出铲斗液压缸的挖掘力1WF。 241 3 1 3471 ()WSSF G S FLS 1 6 0 0 6 1 0( 7 . 8 4 5 9 0 1 9 6 . 2 5 )1 6 3 0 6 4 0 71.69KN 将整个工作机构作为整体体，按对动臂底部铰点 A 的力矩平衡方程 0AM 错误 !未找到引用源。 求出铲斗液压缸的另一个挖掘力2WF。 2 1 9 1 1 2 2 3 3 1 031 ()WWF F S G L G L G L F SS 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 nts 22 1 (1 9 6 . 2 5 6 8 0 1 4 . 7 2 9 5 0 7 . 8 4 5 4 7 0 7 . 8 4 5 5 7 0 7 1 . 6 9 2 820)5190 错误 !未找到引用源。 11.79 将斗杆作为独立体，按对铰点 F 的力矩平衡方程 0FM求出斗杆油缸在被动状态下的作用力： 2 1 5 2 7 3 5 2 661 ()WWF F L F L G S G SL 错误 !未找到引用源。 1 ( 7 1 . 6 9 3 1 3 0 1 1 . 7 9 6 3 0 7 . 8 4 1 1 5 0 7 . 8 4 5 6 0 )950 错误 !未找到引用源。 230KN 而斗杆液压缸的闭锁力2 1 9 6 .2 5F K N错误 !未找到引用源。 ，由 22FF错误 !未找到引用源。 ，说明 FW2 的值不能够实现 。 计算时取 22 1 9 6 . 2 5F F K N错误 !未找到引用源。代入 0FM计算得到2 9 .5 3WF K N错误 !未找到引用源。 。 再将铲斗取出作为独立体，视连杆 QM 为二力杆，其对铰点 M 作用力的方向沿 QM方向，按对铰点 H 的力矩平衡方程 0HM ，可求出铰点 M 处受力 FM。 错误 !未找到引用源。 1 4 3 141 ()MWF F L G SS 1 ( 7 1 . 6 9 1 6 3 0 7 . 8 4 5 9 0 )610 184KN 错误 !未找到引用源。 由铲斗在水平 X 方向和竖直 Y 方向上的合力分别平衡 0HXF 和 0HYF ,可求出铲斗在铰点 H 处受到的水平力 错误 !未找到引用源。 和竖直力 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 12c o s 2 2 s i n 2 2 s i n 3 5H X W W MF F F F o o o错误 !未找到引用源。 7 1 . 6 9 c o s 2 2 9 . 5 3 s i n 2 2 1 8 4 s i n 3 5 o o o 175.1KN 1 2 1c o s 3 5 c o s 2 2 s i n 2 2H Y M W WF G F F F o o onts 23 错误 !未找到引用源。 1 4 . 7 1 8 4 c o s 3 5 9 . 5 2 c o s 2 2 7 1 . 6 9 s i n 2 2 o o o 错误 !未找到引用源。 183.3KN 根据铰点 Q 处的力平衡，可求得摇杆 QG 对铰点 Q 的水平力QXF和QYF错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 0QXF 错误 !未找到引用源。 3 s i n 1 6 s i n 3 5Q X MF F F oo错误 !未找到引用源。 1 9 6 . 2 5 s i n 1 6 1 8 4 s i n 3 5 oo 51.4KN 0QYF 错误 !未找到引用源。 3 c o s 1 6 c o s 3 5Q Y MF F F oo1 9 6 . 2 5 c o s 1 6 1 8 4 c o s 3 5 oo错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 37.8KN 将斗杆作为独立体，根据斗杆的力平衡方程可以求得在铰点 F 处斗杆受到的水平力FXF 和竖直力 FYF 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 0FXF 错误 !未找到引用源。 32s i n 1 6 c o s 3 3F X H X Q XF F F F F oo1 7 5 . 1 5 1 . 4 1 9 6 . 2 5 s i n 1 6 1 9 6 . 2 5 c o s 3 3 oo错误 !未找到引用源。 337KN 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 0FXF 错误 !未找到引用源。 32c o s 1 6 s i n 3 3F Y H Y Q YF F F F F oonts 24 1 8 3 . 3 3 7 . 8 1 9 6 . 2 5 c o s 1 6 1 9 6 . 2 5 s i n 3 3 oo错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 63.7KN 将整个工作装置作为整体，按对铰点 A 的力矩平衡方程可求出动臂缸的作用力 错误 !未找到引用源。 ，再按力的平衡方程可求出动臂在铰点 A 处受到的水平力 错误 !未找到引用源。 和竖直力 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 0AM 错误 !未找到引用源。 2 3 1 0 1 1 2 2 3 391 ()C B W WF F S F S G L G L G LS 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 1 ( 9 . 5 2 5 1 9 0 7 1 . 6 9 2 8 2 0 1 4 . 7 2 9 5 0 7 . 8 4 5 4 7 0 7 . 8 4 5 5 70)680 错误 !未找到引用源。 178.9KN 错误 !未找到引用源。 0CXF 错误 !未找到引用源。 12c o s 2 2 s i n 2 2 c o s 2 5C X W W C BF F F F o o o7 1 . 6 9 c o s 2 2 9 . 5 2 s i n 2 2 1 7 8 . 9 c o s 2 5 o o o错误 !未找到引用源。 99.24 KN 错误 !未找到引用源 。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 1 7 8 . 9 s i n 3 5 7 1 . 6 9 s i n 2 2 9 . 5 2 c o s 2 2 o o o 错误 !未找到引用源。 66.9KN 到此，各铰点的受力均已求出。 nts 25 4.4斗杆、动臂的强度校核 1、 斗杆的强度校核 斗杆为变截面箱形结构，用钢板焊接而成，有时为了增强刚度还在内部加隔板。根据机械设计手册第一卷第三章，斗杆的材料选用 Q345（即原先的 16Mn），其屈服极限345s M P a 错误 !未找到引用源。 。其特点是综合机械性能好，尤其是 低温韧性、冷冲压性能、焊接性能及切削性能方面 18。应用广泛，价格便宜。用于矿山、运输、化工等各种机械特别是需要承受冲击和动载的焊接结构。 斗杆形状复杂各个截面内力的合成情况也较复杂，而且斗杆断面的变化也较大，因此合成应力最大的危险断面很难准确确定。一般要选取几个断面进行强度校核，如图 5-2,5-3所示。 图 5-2 斗杆危险截面 nts 26 图 5-3 危险截面示意图 （ 单位 ： cm） a).截面 1的强度校核 在该截面上的力有轴力 125.1N K N 错误 !未找到引用源。 、剪 切力 83.3Q KN 、弯矩错误 !未找到引用源。 ,错误 !未找到引用源。 截面面积 2438A cm 错误 !未找到引用源。 截面对参数轴的静矩 33732yS cm错误 !未找到引用源。 ,错误 !未找到引用源。 截面型心 8 . 5 2yCSY c mA错误 !未找到引用源。 ,错误 !未找到引用源。 截 面 的 惯 性 矩 243 1 7 9 4 . 6yCI A Y c m 错误 ! 未 找 到 引 用
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