挖掘机手臂设计【含CAD图纸+说明书完整资料】
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含CAD图纸+说明书完整资料
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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述1沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述 挖掘机手臂设计实验装置设计文献综述挖掘机手臂设计实验装置设计文献综述 姓名：王卓 班级：机制 1102 指导教师：赵艳春摘要：摘要：单斗挖掘机利用单个铲斗挖掘土壤或矿石的自行式挖掘机械。由工作置转台和行走装置等组成。作业时，铲斗挖掘满斗后转向卸土点卸土，空斗返转挖掘点进行周期作业。广泛应用在房屋建筑施工、 筑路工程、 水电建设、农田改造和军事工程以及露天矿场、露天仓库和采料场中。根据工作装置，分正铲反铲、刨铲、拉铲、抓铲（也称抓斗）等形式。正铲挖掘机 的铲斗铰装于斗杆端部，由动臂支持，其挖掘动作由下向上，斗齿尖轨迹常呈弧线，适于开挖停 机面以上的土壤。 反铲挖掘机 的铲斗也与斗杆铰接，其挖掘动作通常由 上向下斗齿轨迹呈圆弧线，适于开挖停机面以下的土壤。刨铲挖掘机的铲斗沿动臂下 缘移动，动臂置于固定位置时，斗齿尖轨迹呈直线,因而可获得平直 的挖掘面,适于开挖斜坡、边沟或 平整场地 。拉铲挖掘机的铲斗呈畚箕形，斗底前缘装斗齿。工作时,将铲斗向外抛掷于挖掘面上 ,铲斗齿借斗重切入土中，然后由牵引索拉曳铲斗挖土，挖满后由提升索将斗提起，转台转向卸土点，铲斗翻转卸土可挖停机面以下的土壤，还可进行水下挖掘，挖掘范围大，但挖掘精确度差。抓铲挖掘机的铲斗由两个或多个颚瓣铰接而成 ,颚瓣张开 ,掷于挖掘面时，瓣的刃口切入土中,利用钢索或液压缸收拢颚瓣 ,挖抓土壤。松开颚瓣即可卸土。用于基坑或水下挖掘， 挖掘深度大。也可用于装载颗粒物料 。土方工程中常用的中小型挖掘机，其工作装置可以拆换，换装上不同铲斗，可进行不同作业。还可改装成起重机、打桩机、夯土机等，故称通用（多能）挖掘机。采掘或矿用挖掘机一般只配备一种工作装置，进行单一作业，故称专用挖掘机。反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式，在工程实践 中占有重要地位反铲装置的各组成部分有各种不同的外形，要根据设计要求选用适合的结沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述2构并对其作运动分析。然后在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算，确定各机构尺寸参数，确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标，对其分析计算至关重要。挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关，而挖掘力则受众多条件限制，危险工况的分析是关键点。在挖掘力分析基础上，可对各杆件铰接点进行力的分析计算，并进行机构设计的合理性分析。本文设计主要包括：挖掘机手臂各个部件的结构设计，斗杆、动臂长度的选取，以及斗杆和动臂的应力要求计算 。(1)机构部分的设计主要是考虑到各个部件能否很好的安装和定位， 以及安装和定位后能否按照要求正常工作 (2)各个部件主要是通过销轴来连接的，所以就应校核销轴的强度要求(3)液压挖掘机的动力元件是液压缸。关关键键字字： 单斗挖掘机；反铲装置；运动分析；力学分析；强度校核挖掘机手臂设计实验装置及发展挖掘机手臂设计实验装置及发展1.挖掘机手臂设计 装置基本组成 ：单斗挖掘机的动力装置有柴油机驱动、电驱动（称电铲） 、蒸汽机驱动和复合驱动等。其传动有机械传动和液压传动等。其行走装置有履带式、轮胎式、轨道式、步行式和浮式。转台可作360全回转或局部回转。土木建筑施工中常用的为柴油机驱动、全回转、液压传动挖掘机。2. 挖掘机手臂的工作原理：机械传动单斗挖掘机利用齿轮、 链条、 钢索滑轮组等传动件传递动力的挖掘机。常见的为正铲挖掘机，其动臂中间装有特种轴承（称鞍式轴承），斗杆支承于此轴承上，可绕其转动，并利用齿轮齿条或钢索进行伸缩。作业时，以动臂为支承，斗杆伸出，将斗齿强制压入挖掘面，同时由起升索提升铲斗进行挖土。铲斗底部可以开启，以进行卸土。转台回转借齿轮传动，并采用滚球式或滚柱式回转支承，大型机也常采用滚轮式回转支承，但摩擦阻力矩大。整机行走由发动机通过链条和齿轮传动来完成。轮胎式行走装置由于底盘结构和承载能力的沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述3限制，只适用于中小型挖掘机。机械传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，常据以计算机械生产率和估算运土车辆的车斗大小。此种挖掘机由于重量大、机构性能不能很好地满足作业要求、操纵不轻便，故中小型机已基本上被液压传动挖掘机所取代。液压传动单斗挖掘机利用油泵、液压缸、液压马达等元件传递动力的挖掘机。油泵输出的压力油分别推动液压缸或马达工作，使机械各相应部分运转。常见的是反铲挖掘机 (见彩图)。反铲作业时，动臂放下 ,作为支承，由斗杆液压缸或铲斗液压缸将铲斗放在停机面以下并使之作弧线运动，进行挖掘和装土,然后提起动臂 ,利用回转马达转向卸土点，翻转铲斗卸土。整机行走采用左右液压马达驱动，马达正逆转配合，可以进、退或转弯。轮胎行走也有由发动机经变速箱、主传动轴和差速器传动的，但机构复杂。中小型机多采用双泵驱动，也有再添设一泵单独驱动回转机构的，可以节省功率。液压传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，也有以机重或发动机功率为主要参数的。此种挖掘机结构紧凑、重量轻，常拥有品种较多的可换工作装置，以适应各种作业需要，操作轻便灵活，工作平稳可靠,故发展迅速 ,已成为挖掘机的主要品种。3 单项挖掘机装置发展概况 ：最早的挖掘机设备室用于十六世纪 意大利威尼斯运河的疏浚工作。 随着工业发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断地发展改进,但它的基本工作原理至今未变。动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机发展的以下几个阶段：(1)蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到广泛应用，大约经历了100年。当时主要用于开挖运河和修建铁路。结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述4回转式。(2)挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。产量日益增长，六十年代初期液压挖 掘机产量占挖掘机总产量的 15%，发展到七十年代初期占总产量90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎己全部采用液压传动。与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。大型矿用挖掘机在基本传动型式不变的情况下，其工作装置也改为液压驱动。(3)控制方式的不断革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。(4)现在的挖掘机 趋向于大型化、微型化、多能化和专用化。大型矿用挖掘机将继续增大斗容量以降低挖方单价。结合城市和农村建设需要，则发展轻便灵活的微型机。产量大的中小型机趋向于一机多能，发展多种工作装置，以便进行不同作业。为解决特殊施工，还要发展低比压、低噪声、水下专用、水陆两用等特种专用挖掘机。4：现拥有单斗挖掘机的厂家：深圳玉工机械有限公司 YG30-9X 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述5沃尔华集团 DLS890-9A 轮式液压挖掘机小松 PC200-8 挖掘机三一重工股份有限公司 SY355H-9 大型挖掘机沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述6Cat(卡特) 313D 系列 2 液压挖掘机徐工集团 XXE150W加藤挖掘机 HD1430R沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述7龙工挖掘机龙工挖掘机 LG6060D 挖掘机挖掘机厦工机械股份有限公司 LT230 履带式液压挖掘机履带式液压挖掘机沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述8沃尔沃 240 挖掘机设计总结：设计总结：挖掘机手臂是由液压缸控制的因此要对液压传动、液压缸和液压泵 的运作做逐一了结。液液压压传传动动原原理理 以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。1、动动力力部部分分 将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）2、执执行行部部分分 将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。3、控控制制部部分分 用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。4、辅辅助助部部分分 将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用。在一定体积的液体上的任意一点施加的压力,能够大小相等地向各个方向沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述9传递.这意味着当使用多个液压缸时 ,每个液压缸将按各自的速度拉或推 ,而这些速度取决于移动负载所需的压力 . 在液压缸承载能力范围相同的情况下 ,承载最小载荷的液压缸会首先移动 ,承载最大载荷的液压缸最后移动 .为使液压缸同步运动 ,以达到载荷在任一点以同一速度被顶升 ,一定要在系统中使用控制阀或同步顶升系统元件.然而液压泵则 为液压传动提供加压液体的一种液压元件 其工作原理是运动带来泵腔容积的变化，从而压缩流体使流体具有压力能。参考文献参考文献(1)冯培恩，邱清盈，潘双夏等；机械产品的广义优化设计进程研究；中国科学（E辑）；1999(2)石来德，袁礼平等；机械参数电测技术； 上海；上海科学技术出版社； 1986(3)张如一，陆耀桢等；实验应力分析； 北京；机械工业出版社； 1981(4)石来德，曹善华，徐呜谦等；工程机械结构件远程参数；工程机械；1990(5)美阿弗里尔；实验应力分析手册； 北京；机械工业出版社； 1985(6)石来德，曹善华，俞丽萍等；单斗液压挖掘机模型模拟；北京；机械工业山版社； 1985(7)刘希平；工程机械构造图册； 北京；机械工业出版社； 1987(8)成大先；机械设计手册单行本； 北京；化学工业出版社； 2004(9)雷天觉，杨尔庄，李寿刚等；新编液压工程手册；北京；北京理工大学出版社； 2005(10)张玉，刘平等；几何量公差与测量技术； 沈阳；东北大学出版社； 1999(11)罗鹏，于玲等；专业外语 I、II、III等；沈阳；化学工业出版社； 2004(12)刘朝儒，彭福萌，高政一等； 北京；机械制图第四版；高等教育出版社； 2000(13)薛焱，胡腾，程跃华等； 北京；中支版AUTOCAD 2006基础教程；清华大学出版社； 2005(14)美 Reed Elsevier; Construction Equipment; America; 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述10Reed Business Infonnation;2008(15)美 Paul Golevicz; New Product; America ;THE LATEST PRODUCT DEVELOPMENT; 2008(16)吴敬东，邱国俊，田健等；材料力学； 北京；中国石化出版社； 2008(17)巩云鹏、田万禄等主编 . 机械设计课程设计 . 沈阳：东北大学出版社 2000(18)孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编 . 机械设计 . 沈阳：东北大学出版社 2000(19)刘鸿文主编 . 材料力学 . 北京：高等教育出版社 1991(20)孙 桓，陈作模主编 . 机械原理 . 北京：高等教育出版社 2000(21)高泽远，王 金主编. 机械设计基础课程设计 .沈阳：东北工学院出版社 1987(22)喻子建，张磊、邵伟平、喻子建主编 . 机械设计习题与解题分析 .沈阳：东北大学出版 社 2000(23)张 玉，刘 平主编. 几何量公差与测量技术 .沈阳：东北大学出版社 1999沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 文献综述沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述 挖掘机手臂设计实验装置设计文献综述 姓名：王卓 班级：机制1102 指导教师：赵艳春摘要：单斗挖掘机利用单个铲斗挖掘土壤或矿石的自行式挖掘机械。由工作置转台和行走装置等组成。作业时，铲斗挖掘满斗后转向卸土点卸土，空斗返转挖掘点进行周期作业。广泛应用在房屋建筑施工、 筑路工程、 水电建设、农田改造和军事工程以及露天矿场、露天仓库和采料场中。根据工作装置，分正铲反铲、刨铲、拉铲、抓铲（也称抓斗）等形式。 HYPERLINK /doc/4137242.html t _blank 正铲挖掘机的铲斗铰装于斗杆端部，由动臂支持，其挖掘动作由下向上，斗齿尖轨迹常呈弧线，适于开挖停 机面以上的土壤。 HYPERLINK /doc/6829043.html t _blank 反铲挖掘机的铲斗也与斗杆铰接，其挖掘动作通常由上向下斗齿轨迹呈圆弧线，适于开挖停机面以下的土壤。刨铲挖掘机的铲斗沿动臂下 缘移动，动臂置于固定位置时，斗齿尖轨迹呈直线,因而可获得平直的挖掘面,适于开挖斜坡、边沟或 HYPERLINK /doc/6429162.html t _blank 平整场地。拉铲挖掘机的铲斗呈畚箕形，斗底前缘装斗齿。工作时,将铲斗向外抛掷于挖掘面上,铲斗齿借斗重切入土中，然后由牵引索拉曳铲斗挖土，挖满后由提升索将斗提起，转台转向卸土点，铲斗翻转卸土可挖停机面以下的土壤，还可进行水下挖掘，挖掘范围大，但挖掘精确度差。抓铲挖掘机的铲斗由两个或多个颚瓣铰接而成,颚瓣张开,掷于挖掘面时，瓣的刃口切入土中,利用钢索或液压缸收拢颚瓣,挖抓土壤。松开颚瓣即可卸土。用于基坑或水下挖掘，挖掘深度大。也可用于装载颗粒物料。土方工程中常用的中小型挖掘机，其工作装置可以拆换，换装上不同铲斗，可进行不同作业。还可改装成起重机、 HYPERLINK /doc/5572638.html t _blank 打桩机、夯土机等，故称通用（多能）挖掘机。采掘或矿用挖掘机一般只配备一种工作装置，进行单一作业，故称专用挖掘机。反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式，在工程实践中占有重要地位反铲装置的各组成部分有各种不同的外形，要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。然后在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算，确定各机构尺寸参数，确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标，对其分析计算至关重要。挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关，而挖掘力则受众多条件限制，危险工况的分析是关键点。在挖掘力分析基础上，可对各杆件铰接点进行力的分析计算，并进行机构设计的合理性分析。本文设计主要包括：挖掘机手臂各个部件的结构设计，斗杆、动臂长度的选取，以及斗杆和动臂的应力要求计算。(1)机构部分的设计主要是考虑到各个部件能否很好的安装和定位， 以及安装和定位后能否按照要求正常工作 (2)各个部件主要是通过销轴来连接的，所以就应校核销轴的强度要求(3)液压挖掘机的动力元件是液压缸。关键字：单斗挖掘机；反铲装置；运动分析；力学分析；强度校核挖掘机手臂设计实验装置及发展挖掘机手臂设计装置基本组成：单斗挖掘机的动力装置有柴油机驱动、电驱动（称电铲）、蒸汽机驱动和复合驱动等。其传动有机械传动和液压传动等。其行走装置有履带式、轮胎式、轨道式、步行式和浮式。转台可作360全回转或局部回转。土木建筑施工中常用的为柴油机驱动、全回转、液压传动挖掘机。2. 挖掘机手臂的工作原理：机械传动单斗挖掘机利用齿轮、 链条、 钢索滑轮组等传动件传递动力的挖掘机。常见的为正铲挖掘机，其动臂中间装有特种轴承（称鞍式轴承），斗杆支承于此轴承上，可绕其转动，并利用齿轮齿条或钢索进行伸缩。作业时，以动臂为支承，斗杆伸出，将斗齿强制压入挖掘面，同时由起升索提升铲斗进行挖土。铲斗底部可以开启，以进行卸土。转台回转借齿轮传动，并采用滚球式或滚柱式回转支承，大型机也常采用滚轮式回转支承，但摩擦阻力矩大。整机行走由发动机通过链条和齿轮传动来完成。轮胎式行走装置由于底盘结构和承载能力的限制，只适用于中小型挖掘机。机械传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，常据以计算机械生产率和估算运土车辆的车斗大小。此种挖掘机由于重量大、机构性能不能很好地满足作业要求、操纵不轻便，故中小型机已基本上被液压传动挖掘机所取代。液压传动单斗挖掘机利用油泵、液压缸、液压马达等元件传递动力的挖掘机。油泵输出的压力油分别推动液压缸或马达工作，使机械各相应部分运转。常见的是反铲挖掘机(见彩图)。反铲作业时，动臂放下,作为支承，由斗杆液压缸或铲斗液压缸将铲斗放在停机面以下并使之作弧线运动，进行挖掘和装土,然后提起动臂,利用回转马达转向卸土点，翻转铲斗卸土。整机行走采用左右液压马达驱动，马达正逆转配合，可以进、退或转弯。轮胎行走也有由发动机经变速箱、主传动轴和差速器传动的，但机构复杂。中小型机多采用双泵驱动，也有再添设一泵单独驱动回转机构的，可以节省功率。液压传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，也有以机重或发动机功率为主要参数的。此种挖掘机结构紧凑、重量轻，常拥有品种较多的可换工作装置，以适应各种作业需要，操作轻便灵活，工作平稳可靠,故发展迅速,已成为挖掘机的主要品种。3 单项挖掘机装置发展概况：最早的挖掘机设备室用于十六世纪意大利威尼斯运河的疏浚工作。随着工业发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断地发展改进,但它的基本工作原理至今未变。动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机发展的以下几个阶段：(1)蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到广泛应用，大约经历了100年。当时主要用于开挖运河和修建铁路。结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。(2)挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。产量日益增长，六十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总产量的15%，发展到七十年代初期占总产量90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎己全部采用液压传动。与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。大型矿用挖掘机在基本传动型式不变的情况下，其工作装置也改为液压驱动。(3)控制方式的不断革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。(4)现在的挖掘机趋向于大型化、微型化、多能化和专用化。大型矿用挖掘机将继续增大斗容量以降低挖方单价。结合城市和农村建设需要，则发展轻便灵活的微型机。产量大的中小型机趋向于一机多能，发展多种工作装置，以便进行不同作业。为解决特殊施工，还要发展低比压、低噪声、水下专用、水陆两用等特种专用挖掘机。4：现拥有单斗挖掘机的厂家： HYPERLINK ?spm=a261b.2187593.1998088710.10&tracelog=p4p t _blank 深圳玉工机械有限公司 YG30-9X 沃尔华集团 DLS890-9A轮式液压挖掘机小松PC200-8 挖掘机三一重工股份有限公司 SY355H-9大型挖掘机Cat?(卡特) 313D系列2液压挖掘机徐工集团 XXE150W加藤挖掘机 HD1430R HYPERLINK /zj_company_6_13_0_125.html 龙工挖掘机 LG6060D挖掘机厦工机械股份有限公司 LT230 履带式液压挖掘机沃尔沃240挖掘机设计总结：挖掘机手臂是由液压缸控制的因此要对液压传动、液压缸和液压泵的运作做逐一了结。液压传动原理以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。1、动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）2、执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。3、控制部分用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。4、辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用。在一定体积的液体上的任意一点施加的压力,能够大小相等地向各个方向传递.这意味着当使用多个液压缸时,每个液压缸将按各自的速度拉或推,而这些速度取决于移动负载所需的压力. 在液压缸承载能力范围相同的情况下,承载最小载荷的液压缸会首先移动,承载最大载荷的液压缸最后移动.为使液压缸同步运动,以达到载荷在任一点以同一速度被顶升,一定要在系统中使用控制阀或同步顶升系统元件.然而液压泵则为液压传动提供加压液体的一种液压元件其工作原理是运动带来泵腔容积的变化，从而压缩流体使流体具有压力能。参考文献(1)冯培恩，邱清盈，潘双夏等；机械产品的广义优化设计进程研究；中国科学（E辑）；1999(2)石来德，袁礼平等；机械参数电测技术；上海；上海科学技术出版社； 1986(3)张如一，陆耀桢等；实验应力分析；北京；机械工业出版社； 1981(4)石来德，曹善华，徐呜谦等；工程机械结构件远程参数；工程机械；1990(5)美阿弗里尔；实验应力分析手册；北京；机械工业出版社； 1985(6)石来德，曹善华，俞丽萍等；单斗液压挖掘机模型模拟；北京；机械工业山版社； 1985(7)刘希平；工程机械构造图册；北京；机械工业出版社； 1987(8)成大先；机械设计手册单行本；北京；化学工业出版社； 2004(9)雷天觉，杨尔庄，李寿刚等；新编液压工程手册；北京；北京理工大学出版社； 2005(10)张玉，刘平等；几何量公差与测量技术；沈阳；东北大学出版社； 1999(11)罗鹏，于玲等；专业外语I、II、III等；沈阳；化学工业出版社； 2004(12)刘朝儒，彭福萌，高政一等；北京；机械制图第四版；高等教育出版社； 2000(13)薛焱，胡腾，程跃华等；北京；中支版AUTOCAD 2006基础教程；清华大学出版社； 2005(14)美 Reed Elsevier; Construction Equipment; America; Reed Business Infonnation;2008(15)美 Paul Golevicz; New Product; America ;THE LATEST PRODUCT DEVELOPMENT; 2008(16)吴敬东，邱国俊，田健等；材料力学；北京；中国石化出版社； 2008(17)巩云鹏、田万禄等主编. 机械设计课程设计 . 沈阳：东北大学出版社 2000(18)孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编. 机械设计. 沈阳：东北大学出版社 2000(19)刘鸿文主编. 材料力学. 北京：高等教育出版社 1991(20)孙 桓，陈作模主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社 2000(21)高泽远，王 金主编. 机械设计基础课程设计.沈阳：东北工学院出版社 1987(22)喻子建，张磊、邵伟平、喻子建主编. 机械设计习题与解题分析.沈阳：东北大学出版 社 2000(23)张 玉，刘 平主编. 几何量公差与测量技术 .沈阳：东北大学出版社 1999沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文题 目： 挖掘机手臂设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1102 班 学生姓名： 王卓 指导教师： 赵艳春 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书机械设计制造及其自动化专业1102 班 学生：王卓毕业设计（论文）题目： 挖掘机手臂设计毕业设计（论文）内容： 1.设计说明书一份 2.CAD 图纸一套（包括总装图、零件图 ） 3.文献综述（不少于 3000 字） 毕业设计（论文）专题部分： 挖掘机手臂结构起止时间： 2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日指导教师： 签字 2015 年 3 月 6 日摘要摘要 单斗挖掘机采用单斗来挖泥土或矿石自行开采由回转工作台和行走装置，斗臂斗杆完全放电尖端放电后的土壤，空桶面临落后于业务的周期。在建筑施工，道路工程，水电工程，农田改造，以及军事工程和露天，开放式存储和挖掘，到工作装置广泛使用，点反铲，铲挖，把握铲（也叫抢）和斗杆与其他铰链，由动臂支撑，从下往上，斗齿尖轨迹往往采用弧线行动，停止适用于开挖面以上的土壤机器。反铲挖掘机铲斗和斗杆铰链，挖掘行动通常是由斗齿向下的轨迹呈圆弧线，适用于向下跌破铲挖掘机铲斗下，动臂沿着边缘移动，可移动的土壤挖掘手臂在固定位置，在一条直线上斗齿轨，从而能够获得直采工作面，适用于开挖边坡，沟渠，或平挖掘机铲斗簸箕形，罐底部前端装入桶，在铸造采掘工作面向外桶，重切斗齿借到土壤中，然后通过牵引拖铲挖，用绳子升斗升降，转台期满后挖转身卸土，挑流鼻坎能向下挖掘表面以下的土壤卸土，也为水下开采，大范围的挖掘，开采，但精度铲挖掘机铲斗的两个或两个以上的下巴盘铰链，下颚打开阀门组成，扔在采掘工作面，叶片瓣切成土壤，使用钢丝绳或液压缸轮，挖钳口阀可以卸载基坑或水下采矿，挖掘也可用于装载颗粒中常用小型和中型挖掘机,其工作装置可左右移动，更换不同的铲斗，可以不同也被转换成一台起重机,打桩机，篡改，故称一般（IPS）或地雷司机一般只配备了工作装置，单操作,因此使用单斗挖掘机。关键词：关键词：单斗挖掘机; 矿业机构; 创造性思维; 多用的功AbstractSingle bucket excavator using a single bucket digging soil or ore self-propelled mining machinery. Work by rotary table and walking device, etc. Homework, after the bucket digging bucket full discharge point discharge soil, empty bucket faces backward at the cycle of operations. Widely used in building construction, road engineering, water and electricity construction, farmland leveling, and military engineering and open pit, open storage and mining in the yard. According to the working device, points are shovel backhoe, digging shovel, shovel, grasp the shovel (also called grab), and other forms. Shovel bucket hinge of bucket rod end, supported by movable arm, the mining action from down to up, bucket tooth tip trajectory often arcs, stop the machine suitable for excavation surface above the soil. Backhoe excavator bucket and bucket rod hinged, the mining action are usually made of bucket teeth down on trajectory assumes the circular arc line, suitable for the soil excavation down below the surface. Digging shovel excavator bucket moving along the edge under the movable arm, movable arm in a fixed position, bucket tooth track in a straight line, thus can obtain straight mining face, suitable for excavation slope, ditches, or flat ground. Shovel excavator bucket is dustpan shape, bucket bottom front loaded bucket teeth. Work, casting at mining face outward bucket, bucket tooth borrow in heavy cut into the soil, and then by traction drag shovel digging, digging by ascending rope lift bucket, after the expiration of the turntable turned to unloading soil, flip bucket can dig down below the surface soil unloading soil, but also for underwater mining, large range of mining, but mining accuracy is poor. Grasp shovel excavator bucket composed of two or more jaw disc hinge, jaw valve open, throw in mining face, the flap of the blade cut into the soil, the use of wire rope or hydraulic cylinder round in palate, digging soil. Loosen the jaw valve can be unloaded soil. Used for foundation pit or underwater mining, digging depth. Can also be used for loading grain material. Earthworks commonly used in small and medium-sized excavators, its working device can be moved around, change different bucket, can be different operations. Can also be converted into a crane, pile driver, tamper, therefore calls the general (ips) excavator. Mining or mine drivers generally only equipped with a working device, single operations, therefore calls for excavators. Key words: single bucket excavator; mining institutions;creative thinking; multi-purpose function.目目 录录绪论 .1 1第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 .2 2第二章 挖掘机手臂的工作设置 .4 42.1 动臂的结构形式：.42.1.1 组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点.42.2 确定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式.42.2.1 斗齿安装方式:.52.2.2 铲斗的结构形式:.52.3 设计步骤及参数选择：.62.4 斗型设计.72.4.1 铲斗参数设计：.72.4.2 斗型计算.72.5 动臂的参数选择：.82.6 斗杆参数计算：.112.7 摇杆连杆参数设计：.13第三章 液压元件的选择及系统的计算 .14143.1 主要参数的设定：.143.2 铲斗油缸作用力的确定：.143.3 斗杆油缸作用力的确定.163.4 动臂油缸作用力计算.173.5 液压系统计算.173.5.1 液压传动计算.18第四章 强度校核计算 .2020设计结论 .2525结论 .2626参考文献 .2727致 谢 .2929沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 绪论1绪论绪论 液压挖掘机开发的机械工作过程的基础上，是一种尖端切割土壤和铲斗装满提升，转向卸土的位置，清空铲斗挖掘位置和下后再次启动，液压后，挖掘机是一种土方机械的运行周期。 液压挖掘机的机械传动，工业与民用建筑，交通，水利建设，露天开采和军队现代化建设，在工程广泛的应用，并且是不可缺少的各种建设条件是一个重要的机械设备。在建项目，可用于苦坑，排水沟，拆除的旧建筑，平坦的地方，在使用工作装置中，可卸可装，安装，打地基，脱出其根源。在水利建设，水库，运河，水坝可用于基坑，排水和灌溉沟渠，疏浚和深挖原有的渠道，等开挖在铁路，公路，土石方，路基建设，平整场地，用来挖掘道路开挖水渠的建设。 在石油，电力，通信基础设施和市政建设，电缆和管道等的挖掘采矿在开放领域，可用于剥离矿石或煤炭，也可用于队旗，装载和钻井作业。在军事工程，或用于道路建设，挖战壕和掩体，建有各类军事结构。因此，液压挖掘机品种的工程机械是最重要的一条，减少繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快建设进度，推进工程建设的发展，起着很大的施工部门统计，一 1.0 立方米液压挖掘机挖斗容量埋在土壤中，每类相当于生产率工作。因此每天约 300300 名工人，发展液压挖掘机，以提高劳动生产率加快国民经济的发展具有十分重要的意义。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍2第一章第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍单臂挖掘机反铲工作装置介绍图中为反铲工作装置为单臂挖掘机时的一种主要工作结构 ，单臂反铲工作装置是由 1 动臂、2 动臂液压缸、3 斗杆液压缸、4 斗杆、5 铲斗液压缸、6 铲斗、7 连杆和 8 摇杆组成。单臂挖掘机特点是因为各构件之间都运用的是铰接连接，并通过改变各液压的运动缸运行周期来改变工作过程中的各个动作。动臂 1 通过动臂液压缸2 的支撑将下铰点与回转平台铰接，动臂的升降是由动臂的倾角大小决定的，只有改变动臂液压缸的运动周期即可改变动臂倾角。动臂的上端和斗杆 4 铰接于，斗杆绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸 5 控制，当斗杆液压缸运作时，斗杆通过绕动臂的上铰点转动来改变转角。斗杆 4 的末端与铲斗 6 铰接，因此铲斗绕铰点转动是由铲斗液压缸 5 的伸缩来控制。为了便于增大铲斗的转角，铲斗液压缸一般由连杆 7 和摇杆 8 连接再与铲斗连接。液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如基坑等，其挖掘轨迹是由各液压缸的运动及其组合来控制。然而反铲液压挖掘机的工作过程，则是先将动臂放置至挖掘位置，然后转动斗杆连接铲斗，当挖掘至装满铲斗时，便提起动臂使铲斗离开土壤，边回转边提升至卸载位置，使转斗卸出土壤，然后再回周而复始转至工作装置开始下一次作业。动臂液压缸主要作用是调整工作装置的挖掘位置，一般不可单独挖掘土壤；而斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，使挖掘力小一些。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 图11 整体式弯动臂沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍3的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。工作效率因采矿和开采的行程很短，所以转向挖掘可用于消除障碍或提高实践，熟练运用的液压挖掘机的人员可根据实际情况，从而合理的控制液压缸，准确运用所有的液压缸液压气缸，以达到最有效的挖掘。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置4第二章第二章 挖掘机手臂的工作设置挖掘机手臂的工作设置2.12.1 动臂的结构形式：动臂的结构形式：井架是在工作单元的主要成分，所述斗杆的结构通常依赖于可动臂的分为两类，积分和模块化的结构。简单的直动臂结构，重量轻，紧凑的布局，它主要用于悬挂挖掘机，挖土装置整体的可动臂的常见的形式是有用的，以获得更大的采矿转动可动臂在弯曲结构的形状和强度，值得指出的是，有时采用臂的三个变化是有益的，以减少弯曲的应力集中。积分斗臂结构简单，价格优廉，相同的结构结合可动臂是光缺点是替代能力低，差为了扩大其机械通用性，增加其需要配几套普通工作装置，用于类似于长期的操作是更合适的积分可动臂结构。合并的可动臂通常用于弯曲所述臂是两种的结合，有辅助连杆（或液压缸）连接，另一种抽苔。2.1.12.1.1 组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点2.2 确定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式确定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式将合并的可动臂的主要优点是： 1.工作尺寸和挖掘力可根据通过螺栓或连杆调整时间连接运转变化仅 10 分钟，通过液压缸连接时可以调节来调整。2.合理满足各种设备参数和结构的操作的要求，然后简单地解决的主要更换设备的统一的问题越多，更换也一般情况下，动臂装置要求能适应各种作业，也不需要改变。3.容易清除。 由于上述优点，结合可动臂的结构比和对可动臂理解的更复杂性，但它已被越来越广泛地在小型和中型一般的液压挖掘机的操作条件时，使用组合的可动臂是比较合适的。设计操作条件是单一的，因此选择整体动臂。臂也具有整体的和模块化二，大部分沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置5的挖掘机采取和，当需要调整或杠杆臂长度改变斗杆被使用，或在斗杆上设置 24 为调整时，提供选择和可动臂孔端利用反铲结合斗杆。2.2.1 斗齿安装方式斗齿安装方式:至今为止挖掘机安装的方式有两类，第一种就是大多采用螺栓连接-斗容量q0.6m3时，第二种使用橡胶卡销结构-斗容量 q0.6m3时。 由于本次设计斗容量 q=0.2 m30.6m3，因此斗齿安装方式为螺栓连接2.2.2 铲斗的结构形式铲斗的结构形式:合理选择的桶参数和结构形状在挖掘机操作效果是非常铲斗操作目标是多方面的，不同的操作条件下，采用一个水桶，以适应任何困难的工作对象和为了满足具体的情况，尽可能提高了工作效率，一般挖土设备配备甚至十个不同桶的容量，桶的不同结构的形式。 至今为止，对于斗结构形式的研究尚处于现场试验，模型试验在实验室测试或阶段，没有建立例如某人的一次系统 0.6 立方米能力和吊桶式不同的反向斗在对比测试二在 RH6 液压挖掘机中，如表 3-1.Due 挖掘阻力的结果是小的，是不以反映的桶设计的合理性敏感，所以两种页岩的测试结果操作效果是不同的，切割前中间稍微突起的桶中的一个，与没有横向齿，横向臂微凹，这些因素使得页岩开采电阻桶是相反。 对于各种桶结构中的一个统一的要求的形状是： 1.有利于材料的自由流动，所以不应该被铲斗内设置臂水平凸缘，如边缘与桶的底部的纵剖面形状应当适合于各种材料的运动。 2.为使材料容易在网络上的粘土排出卸载，因此延长运转周期，减少使用铲斗容量如此有效地在国外已经被迫卸土泥桶。3.为了使进料水桶不容易掉出来，斗宽度和材料的比例颗粒直径应大于 4：1。当这个比例大于 50：1 不考虑的影响粒径，作为均质材料。4.单齿，有利于增加，以切断或损坏的阻力是很大的挖硬土或砾石从齿耙料出来的水桶和材料刚刚接触线挖掘的压力，形状，结构和安装尺寸参数是值得研究的，其主要的要求是采矿，阻力小，耐磨损，更换方便。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置6 表表 2-12-1 反铲斗对比试验结果反铲斗对比试验结果作业条件铲斗编号铲斗充满时间（s）生产率（10KN/h）效率（%）在页岩中作 业铲斗 1铲斗 219.0540.642.622.6810053.3在砂中作 业铲斗 1铲斗 25.96.3163.5152.710093.32.32.3 设计步骤及参数选择：设计步骤及参数选择：反铲装置总体方案包括以下几个方面：1.井架和安排井架液压缸确定与组合式或整体可动臂，并且可动臂的模块化组合或积分可动臂液压缸布置悬挂或类型下方的形状。在所识别的积分可动臂，为下一个可动臂式液压缸装置的前面。2.斗杆和斗杆液压缸排列确保整体的或组合使用的斗杆，和合并的斗杆组合或独石斗杆是否可变转折点确定的积分杆。3.确保比可动臂和斗杆臂的长度，即设有参数对于具有一定规模的工作中，动臂臂长比之间有很多时 2（ 3）已呼吁反铲长动臂短臂，当1.5 属于短动臂长臂，为 1.52 的比例。本设计采用了中型解决方案，取= 1.8。4.确定匹配的水桶，水桶的容量及主要参数，并考虑铲斗连杆传动比调整的需要与否。5.根据液压缸系统的压力，流量，系统循环注射方式，条件和达到制造诸如以确定液压缸，气缸，气缸的直径，总延伸率和的总收缩率的数量的要求结构尺寸，运动沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置7津贴，稳定性和因素如成分的运动的幅度一般取= 1.61.7，个别情况下为可动臂摆动角度和铰链点置要求可以取1.75，而取1.61.7，1.61.7。1232.4 斗型设计斗型设计2.4.1 铲斗参数设计：铲斗参数设计：铲斗容量、转斗挖掘半径，斗宽和转斗挖掘装满转角（令）qRB2max是铲斗的四个主要参数。、及三者与之间有以下几何关系 RB2q q = (22)SKBR)2sin2(212其中：铲斗挖掘半径，单位m；R0.2m 其中：=0.2m3(已知)，铲斗斗容量；qq铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范B围，查表 26，取0.75m；B 铲斗挖掘装满转角，一般取90100，取951.658rad222把、代入式(31)得：qB2 0.20.75（1.658sin95）212RSK 解得：0.803mR2.4.2 斗型计算斗型计算通过计算斗形尺寸来确定铲斗主要参数，常见铲斗斗形参数参考表 3-1。不同的形状的斗形是通过改变三角形的形状来改变的。 根据比拟法得出斗形尺寸OEG=0.75m(已知)、=0.803m(已知), 得到：bDR =0.294m;=0.534m;=0.87;1x2x3x =0.7324m;=0.0706m;Rm =40; =23; =108 =0.56m.HL沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置81 1斗齿几何形状斗齿几何形状 挖掘比阻力达到最小值是通过改变铲斗的几何形状。铲斗切削时的主要参数，如图 3-10 所示，图中长度 L、铲斗容量 q、高度 H、宽度 B、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。为使斗侧壁不参与切削，铲斗应装有侧齿。齿宽0.11=0.11=0.064m; (2-3)bq32 . 0 齿长 0.260.260.152m; lq32 . 0 齿距为：=(2.53.5)=(0.160.192)m,取=0.18maba 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=0.244m =3.07 因此铲斗装有 3 个齿。baB244. 075. 0切削角对切削阻力影响也很大。通常，挖级土时，斗切削角为2035（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，切刃角取 25。2.5 动臂的参数选择：动臂的参数选择：铲斗容量0.2m3,根据单臂液压挖掘机的有关设计标准，通过类比法，选出参数q机重5 吨。也可根据经验公式计算法，参考表 1-3 机体尺寸和工作尺寸经验系G数表，线尺寸参数:=m 得出:LiLik3G 最大挖掘半径=3.35=5.728m； (2-4) R135最大挖掘深度=2.05=3.505m； (2-5) Hmax135最大卸载高度1.55=2.65m； (2-6) 据统计Hmax335，最大挖掘半径值一般与+ + 的和值很接近。因此由要求，已R1l1l2l3R1定的和可按下列经验公式初选、：3l1Kl1l2 （2-7）l21311KLR沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置9 =Kl1l2其中：=5.728m；1.8；R11K经计算得出：=1.759m；l2= =1.81.759=3.166m (2-8)l11Kl2在三角形 CZF 中，、和都可以根据经验初选出：1l13K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 120140，取140；1前面已算出为 3.166m；l1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3KZCZF步设计取1.11.3，取1.2；3K3K因此根据公式：可以算出、41l42l39l 4113231cos21KKl lK l （2-9）42341 =ZCFarccos()39142241212422lllll经计算得出：ZC= =1.529m；41l ZF= =1.834m； 42l =17.939斗杆液压缸全缩时=最大（图 312），常选 （）=CFQ832832max160180.本设计中取（）170。832max取决于液压缸布置形式，（图 3-11），动臂液压缸结构中这一夹角较小，可BCZ能为零。单臂挖掘机动臂液压缸其铰点一般置于动臂下翼加耳座上，B 在 Z 的下面。初定BCZ5，根据已知CZF22.1 ，解得BCF17.1。由图 3-12 得最大卸载高度的表达式为沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置10）211max11115Amax3sin(sinYHll （2-32118max1max322)180sin(ll10）由图 3-13 得最大挖掘深度绝对值的表达式为 （2-AYllllH1152min111123max1sin)sin(11）将这两式相加，消去，5l并令，+-，得到：A112BA8max32- -A) +-1=0 Hmax1Hmax3l1)sin(max1Asin(min12l)Bsin(max1式 （2-12）又特性参数： （2-4Kmin11max1sinsin13）因此 sinmin114max1sinK =) （2-14）cosmin12124max12sin(1K 将上式代入式（3-6）则得到一元函数 f()=0。式中和已根据经max1Hmax1Hmax3验公式计算法求出，经计算得出：29.6；73.5min1max1最后由式（3-5）求为5l （2-5l11max1min1123sin)sin(HYAlllA15） 70sin505. 365. 0)6 .291 .97sin(166. 3562. 2 0.638m沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置11（其中：=3.166m；1.759m；97.1；1l2lA由于履带总高0.320.547，近似取=0.65m）35AY然后，解下面的联立方程，可求 和 ：=arcos()=arc(min1572min125272 llLll) 2122 =arcos()=arc() （2-max1572max125272 llLll222216）于是： =min1L5l =x max1Lmin1L（2-17） =1Lmin1L经计算得出：1.63；0.67；=0.952m；min1L 1.52m；=1.61mmax1L7l由上述结果联系实际的到下列几何公式：+=2.36；|- =0.9612.6 斗杆参数计算：斗杆参数计算： 1.计算斗杆挖掘阻力： 斗杆挖掘过程中，切削行程较长，对于土的切削能力在挖掘过程中视为常数，通常取斗杆在挖掘过程中总转角=5080,在本次设计65，这时半齿的gg运行行程为：grs601745. 0 其中：斗杆挖掘时的切削半径，；6r6rFV 取1.7590.8032.562mmaxFV32ll 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置12斗杆挖掘时的切土厚度：gh SgBSKqh SgBKrq601745. 0斗杆挖掘阻力为： (2-18)sgggKrqKBhKW600101745. 0式中挖掘比阻力，由表 010查得，20（级土壤以下）0K0K土壤松散系数近似值取 1.25。sK斗杆与铲斗和之间，为了满足下铲和最终卸载及运输状态的要求，铲2l3lminFV斗的总转角往往要达到 150180， (2-19)322min2322230cosllFVll0.866803. 0759. 12803. 0759. 12min22FV计算得：1.137mmin6rminFV 把、代入式 3-12 得0Kqmin6rgsK 2.48KN3max11025. 165137. 101745. 02 . 020gW 2.确定斗杆液压缸的最大作用力臂。 m232max9max2)(PllPleG455. 096.13803. 0759. 148. 2）（ 其中：根据公式计算得出13.96KN2P 斗杆液压缸初始力臂与最大力臂之比是斗杆摆角的余弦函数。设20emax2emax2,则zee220 (2-20)9max29max2202cosllee2cosmax2沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置13由图 313，取，求得zee220 1.203m12sin22max29min2lL16 . 15 .52sin455. 02 （其中斗杆摆角范围大致在 105125，取105）max2 )2cos(2max29min2292min28lLlLl =）2105cos(455. 02455. 0203. 122 =1.588m2.7 摇杆连杆参数设计：摇杆连杆参数设计： 通过对几何要求和结构分布的角度要求考虑，重要是保证铲斗六连杆机构在全行程中任一瞬间时都不会被破坏，即保证、及四边形在3lGFNGNMHNQK任何情况皆成立。根据铲斗六连杆机构的要求，凭借外界有力因素选出可行的方案：0.27m；0.156m；0.195m；0.312m；0.3mQNMHNMHKHN沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算14第三章第三章 液压元件的选择及系统的计算液压元件的选择及系统的计算3.1 主要参数的设定：主要参数的设定： 系统的工作压力，流速，以及两者的乘积，即液压动力的系统是液压系统设计的主要参数，常常选定的工作压力，同时根据所叙述的移动速度执行元件，来确定其流率。由于本设计结构简单质量较轻所以选液压功率小于 40kW，工作压力取16000 kPa。p3.2 铲斗油缸作用力的确定：铲斗油缸作用力的确定： 为了容易观看如图 41 所示，忽略土和斗的质量，同时忽略所有机构质量及器之间的工作效率影响因素，对铲斗油缸作用力为： (3-1)gdcdllFFmax1铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为摇臂长度），gdl=0.24m；gdl 对铲斗与斗杆铰点的力臂，m；clmax1FC最大铲斗挖掘阻力，N；max1F 最大铲斗挖掘阻力为： (3-2)17000)cos1 (501235. 1maxmax1XZABDkkkkRCF式中土壤硬实密实计打击次数，对级土壤，915，对级土壤，CC1635；本设计取15。CC 铲斗与斗杆铰点齿尖距离，即铲斗的转斗切削半径，m；0.803m.DRDR挖掘过程中总转角的一半，即最大转斗挖掘力位置，已得出47.5maxmax沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算15切削刃宽度影响系数，12.6b,b 为铲斗宽度 0.75m；BkBk2.95m；Bk切削角变化影响系数，取1.3；AkAk斗齿的影响系数，取0.75（无齿时取1）；zkzkzk前边斗齿对地面倾斜角度的影响系数，取1.15；XkXk 得出：57.455KN。max1F 因此把57.455KN、=0.24m、0.705m 代入式 41 得：max1Fgdlcl =168.77 KNdF 而此时动臂油缸及斗杆均处于关闭封锁状态，得出斗杆油缸的闭锁力应满足gF (3-3)gFgBBgBBllFllF2max1 式中斗杆油缸闭锁力对斗杆与动臂铰点的力臂，参考图 41gBlgF 由 CAD 得出0.42m；gBl对斗杆与动臂铰点的力臂，由 CAD 做图得2.565m；Blmax1FBBl 对斗杆与动臂铰点的力臂，由 CAD 做图得0.98m；Bl2FBBl 挖掘阻力的法向分力，取（0.10.2）5.745511.491KN,2F2Fmax1F取 8.5KN；2F因此400.7KNgF 动臂油缸闭锁力应满足： bF525max1llFllFAA 式中动臂油缸闭锁力对铰点的力臂，0.638m；5lbFA5l 对动臂下铰点的力臂，5.255m；Almax1FAAl沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算16 对铰点的力臂，0.3m；Al2FAAl因此478.7KNbF3.3 斗杆油缸作用力的确定斗杆油缸作用力的确定 如图所示忽略所有机构的重量和连杆机构效率的影响，斗杆油缸作用力为：gF (3-4)gFgBBllFmax1 式中：由 CAD 做图得，2.07m；BlBl 由 CAD 做图得，0.36m；gBlgBl得出：330.34KNgF 而此时铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁状态，所以铲斗油缸闭锁力应满足dF dFgdCllFmax1 式中：由 CAD 做图得，0.8m；ClCl 由 CAD 做图得，0.42m；gdlgdl 得出：109.438KNdF 动臂油缸闭锁力应满足：bFdF32max1llFlFAA 式中:由 CAD 做图得，4.52m；AlAl由 CAD 做图得，可忽略不记；AlAl由 CAD 做图得，0.638m5l5l 得出：407.05KN。dF沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算17 3.4 动臂油缸作用力计算动臂油缸作用力计算 运动过程中中最大提升力，是由动臂油缸的作用力决定的，同时可以提高铲斗装满土壤时的位置至最佳卸载位置进行卸载，其计算简图 43 所示，此时动臂油缸作用力为： (3-5)(15bAbgAgdAdtblGlGlGlF 式中:铲斗及其装载土壤的重力，N；dtG斗杆所受重力，N；1.79KN；gGgG动臂所受重力，N； =2.23KN；bGbG铲斗质心到动臂下铰点的水平距离，m；4.72m；dAlAdAl 斗杆质心到动臂下铰点的水平距离，m；3.33m；gAlAgAl 动臂质心到动臂下铰点的水平距离，m；1.155m；bAlAbAl200.8620.86KN 其中斗内土重=20KN,铲斗重=0.86KN；dtG 把、0.61m 代入上式得：dAlgAlbAlbGgGdtG5l ）23. 2155. 179. 133. 386.2072. 4(38. 01bF =281.57KN3.5 液压系统计算液压系统计算 单斗液压挖掘机的主要参数如下，由此根据不同样式的液压泵和压力进行初步计算。 机械总重 5t 动臂液压缸推力 281.57KN 斗杆液压缸推力 330.34KN沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算18铲斗液压缸推力 168.77KN3.5.1 液压传动计算液压传动计算 使用定量泵，根据液压缸推力来决定系统工作压力kPa 工作液压缸缸16000p径，假使液压油缸的压力损失500kPa,液压缸回油背压1000kPa，液压缸大1p1p小腔作用面积之比为（为大腔作用面积，为小腔作用面积），根据公02AA A0A式 (3-6)0211 . 0)( 1 . 0ApAppF 0.1（16000500）0.11000A0A 1500A 求得：动臂液压缸：281.57KNbF 15.46 取系列值 16150041bFD 150014. 32815704 斗杆液压缸：330.34KNgF 16.75取系列值 17150042gFD 150014. 33303404 铲斗液压缸：330.34KNdF 11.97 取系列值 12150043dFD 150014. 31687704 假设在分流情况下，斗杆液压缸与动臂的伸出速度为 9cm/s,铲斗液压缸的伸出速度为 12cm/s，则根据公式 (3-7)vAQv100060vDv41000602 式中液压缸的容积效率，取 0.98v当动臂液压缸单独动作时所需流量沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算19 9110.73 L/min1Q41698. 01000602当斗杆液压缸单独动作时所需流量 9125.01 L/min2Q41798. 01000602 当动臂液压缸单独动作时所需流量 1283.05L/min2Q41298. 01000602 由此得出，各泵流量均取系列值 125L/min、125L/min、100L/min 动臂液压缸实际的伸出速度： =11.56m/sAQvv601000114156098. 012510002 斗杆液压缸实际的伸出速度： =9m/sAQvv601000224176098. 012510002 铲斗液压缸实际的伸出速度： =14.45m/sAQvv601000334126098. 010010002 根据计算初选 CBFA18CFL（C）型齿轮双泵，排量 18.32ml/r,额定转速1800r/min,最高转速 2400r/min,额定压力 14MPa,最高转速 17.5MPa沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算20第四章第四章 强度校核计算强度校核计算臂（特别是在标准和扩展臂）强度由弯曲力矩控制，所以计算出的位置可根据斗杆挖土工作可能的最大弯矩到斗杆工作手测试表明挖掘阻力的最大应力发生在斗杆危险截面转弯采矿工况下计算的位置是根据下列条件决定： 1.根据现有结果选定一个反铲挖土机设备力分析。 2.近似计算，通常采取以下两个位置： 计算出的位置（图 5-1），条件如下： 1）动臂位于最低（井架液压缸完全收缩）的; 2）在斗杆油缸动作杠杆臂（最大斗杆液压缸和动臂角度的端部为 90）; 3）在铲斗和斗杆斗齿铰接点和在臂描述和附连到可动臂铰接点的延伸部分; 4）侧齿遇到障碍物有横向力。 此时，工作力具有重量各部分（斗，斗杆和动臂），在横向斗齿的挖掘阻力的影响的工作设备（包括切向力，力和水平力正常组件.Bucket 挖的），斗液压缸工作力量可以通过切向阻力可取桶隔离体来克服，根据点的铰链力矩平衡方程= 0 获得 (4-1)(126671rGrrrPlWddd 由图 51 画图得： 0.766m；0.3m；dl5r0.423m；，0.268m；，0.142m；6r7r2r 把 、代入式 51 得： dl5r6r7r ）0.1420.860.4230.30.26877.168(766. 011W求得：41.718kN1W 动臂液压缸的闭锁力由法向阻力决定，认为工作装置为隔离体，同时对BP2W动臂底部铰点的力矩平衡方程0 求得：AAM沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算21 (4-2)01A12)GGM1rWGrPrWdgbBB（ 式中：动臂液压缸的闭锁力，286kN；BPBP工作装置各部分重量对点的力矩之和，相应的力臂值)G(dgbAGGMA由 图 51 确定为： 1.36m；，1.99m；，1.1m；，0.325m；3.16m；，2.05mbrgrdrBr1r0r；代入式 52 得： 2.0541.7181.10.861.991.791.362.230.32528616. 312W 4.15kN 当斗杆（带斗）为隔离体，列举出对铰点力矩平衡方程0，可求得斗BBM杆液压缸在被动状态作用力。通常情况下，力与其闭锁力值（按该液压缸闭锁压gP力决定）相近。 3421)(rGrGllWlPgddbg（43） 由做图得知，=1.56m；，=0.46m；，=1.39m；，=0.766m；， 2lbl4rdl=0.49m；3r把、代入式 53 得：2lbl4rdl3r 0.4641.718(1.56+0.766)+0.861.392.230.49gP 解得：45.69kNgP 当铲斗边齿遇到阻碍时，由横向挖掘阻力作为回转机构的制动器来承受，其kW最大值决定了回转平台的制动力矩，其值为： rMWTk（44）沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算22 式中： 横向阻力与回转中心间的距离, 由 CAD 做图得， =1.28m；rkWr回转平台制动器可承受的最大力矩，4925.3Nm。TMTM 把 、代入式（54）得： =3.848kNrTMkW 计算位置（图 52），条件为：1) 斗杆液压缸作用力臂最大；2) 动臂位于动臂液压缸对铰点有最大作用力臂处；AmaxBr3) 当铲斗的斗齿尖位于、两铰点连线的延长线上，直至铲斗位于最大挖掘力位BC置；4) 正常工作时，即挖掘阻力对称于铲斗，无侧向力作用。作用力的分析方法同上。 切向阻力：)(126671rGrrrPlWddd 法向阻力：横向挖掘阻力：01A12)GGM1rWGrPrWdgbBB（ (4-5)rMWTk 由图得：0.423m；0.29m；0.14m；1.52m；2.225m；1.36m；0.56r7r2rbrgrdrBr6m；2.8m；0.45m；=0.46m；=1.56m；=0.77m；=1.39m；=0.49m1r0rbl2ldl4r3r； =1.22m；r 通过计算得出：63.51kN；6.45kN；4.037kN；1W2WkW 上述分析斗杆作用力，便可作出斗杆的受力图。对于计算位置，斗杆受力图包括斗杆纵向力，斗杆外表面内、外的弯矩、和剪力、，以及扭矩NxMyMxQyQ； KPM斗杆受载荷最严重的那一侧，危险断面为 m-m。作用在这个截面中心上载荷有：力可对斗齿取力矩平衡方程式来解得：2T沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算23 (4-6)01121222)()2(1hTfrrGlrrGrTdbb =2.87kN8 . 218. 0)4 . 0803. 0759. 1 (2)2214. 2803. 0759. 1 (15. 2759. 11垂直平面内的弯矩（y-z 平面内） )2(2)(2(02100012ClGebrWCrbhWbaWTMbbTkkyz2 . 0759. 1037. 44 . 0803. 02 . 018. 0037. 42 . 0036. 051.63287. 2(）（）=81.35kN)4 . 02214. 2215. 25 . 2（ 通过斗杆中心垂直于 yz 平面的 xz 平面中的弯矩为： =0.8kNm (4-7)(21CrWMkxz）（4 . 0803. 02037. 4 沿斗杆轴向拉力为： =39.25kN02132brWTNk2 . 0759. 1037. 45 . 232 这样斗杆危险断面上正应力为： =83Mpa FNWMWMyxzxyz036. 025.39618. 02 . 08 . 0618. 02 . 035.8122 式中：许用应力，取0.85； s 斗杆梁的断面积。F 斗杆还应根据危险断面上的内力进行整体稳定验算，其应力值为： myxzxyzFNWMWM 式中：截面对 x-x 轴、y-y 轴的抗弯断面系数；yxWW 、斗杆梁横断面的毛面积；mF中心压杆许用应力折减系数，可根据斗杆梁的细长比来定。按下式求出：沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校核计算24 =3.34minrl527. 0759. 1 上式中用下式求出minr =527minrmFJmin2 . 00.1810000 式中： 斗杆的计算长度；l计算截面的最小回转半径；minr计算截面的最小转动惯量；minJ 因此斗齿截面上的应力：82.45Mpa 对于承受扭力的单梁方型断面斗杆，还要计算其扭力矩：=63
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