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液压挖掘机反铲装置的结构设计与计算【4张图/20000字】【优秀机械毕业设计论文】

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编号:604804    类型:共享资源    大小:7.96MB    格式:RAR    上传时间:2016-02-26 上传人:木*** IP属地:江苏
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液压 挖掘机 装置 结构设计 计算 优秀 优良 机械 毕业设计 论文
资源描述:

文档包括:
说明书一份,45页,20000字左右.
英文翻译一份.
开题报告一份.
任务书一份.

图纸共4张:
A0-铲斗总成.dwg
A0-动臂总成.dwg
A0-斗杆总成.dwg
A0-反铲装置总装图.dwg

1.毕业设计的背景:

液压挖掘机是一种重要的工程机械,广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中,对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。
中国国土面积大,各项建设事业正处于蓬勃发展过程中,对挖掘机的需求量大。而我国的挖掘机生产起步较晚,与发达国家的发展水平有很大差异。
液压挖掘机的反铲装置作为挖掘机的重要组成部分,对其进行设计计算具有重要的现实意义,本课题的选定应运而生。
2.毕业设计(论文)的内容和要求:

(一)、设计内容:
1、液压挖掘机反铲装置方案的选择;
2、反铲装置原理、运动与动力学分析;
3、反铲装置的结构设计与计算;
4、反铲装置关键另部件的设计与计算。
5、说明书2.0万字
6、与课题相关的英文翻译(4000个词汇)
7、图纸3张(0#)
(二)、设计要求:
按照毕业设计大纲和相关设计手册进行选型、设计、计算,说明书要求不低于2万字,图纸量不少于3张0号图纸,与课题相关的英文翻译(4000个词汇)。
3.主要参考文献:
[1]同济大学.单斗液压挖掘机.机械工业出版社. 1988
[2]曹善华. 单斗挖掘机. 机械工业出版社. 1988
[3]天津工程机械研究所. 单斗液压挖掘机. 中国建筑出版社. 1977
[4]姬鹏. 液压挖掘机反铲装置的运动学仿真及动力学分析. 吉林大学硕士学位论文. 2005(4)
[5]荣洪均. 液压挖掘机反铲工作装置整机理论复合挖掘力的计算模型及其应用研究. 重庆大学
[6]康海洋. 液压挖掘机动臂结构动态分析. 长沙理工大学硕士学位论文. 2007(4)

调研、查资料;
液压挖掘机反铲装置的方案设计,反铲装置动臂机构运动、力学分析;
反铲装置斗杆、铲斗运动、力学分析,反铲装置铲斗及其连杆机构运动、力学分析;
机构绘图;
机构装配图;
反铲装置关键零件的受力分析与计算;
反铲装置关键零件的结构设计,机构关键零件的制图;
写说明书,整理说明书和图纸,准备答辩。

摘要
液压挖掘机是工程机械的一种主要类型,广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中。单斗反铲液压挖掘机是挖掘机械中最重要的机种之一,主要应用于挖掘停机面以下的土壤。
单斗液压挖掘机的反铲装置是完成液压挖掘机各项功能的主要组成部分,其结构设计的合理性直接影响到液压挖掘机的工作的稳定性能和可靠性。本文根据液压挖掘机反铲装置的结构特点和工作原理,对其各主要机构进行了运动学分析。并在此基础上,根据设计说明书的设计要求,结合各机构的工作特点和设计要求,在对各机构分析计算的同时,结合构件已知尺寸参数,算出各机构中构件的其它参数,为各构件的结构设计提供数据支撑。
挖掘力是衡量挖掘机挖掘能力的重要参数。挖掘力是由各液压缸中的油液压力提供的,是主动力。最大挖掘力的实现受诸多因素的制约,它是工作装置各铰点受力分析的基础。挖掘阻力不仅与铲斗的尺寸形状有关,还与挖掘对象有关,是两者的综合反映。

关键词 液压挖掘机;反铲装置;运动分析;参数设计;力学分析

Abstract
hydraulic excavator is a major construction machinery types, widely used in housing construction, road construction, water conservancy, port construction, national defense projects such as construction of earth and stone mining and mine . Single-Doo backhoe excavation machinery hydraulic excavator is one of the most important aircraft, mainly used in mining stands below the soil surface.
Hydraulic excavator backhoe device is the completion of the hydraulic excavator features a major part of its structure directly affect the rationality of the hydraulic excavator to the work of performance and reliability. Based on the hydraulic excavator backhoe device characteristics and the structure of principle, to all the major institutions of the kinematic analysis. On this basis, in accordance with the design specification design requirements, with the bodies of the characteristics and design requirements, in terms of the various agencies at the same time, combining elements ofknown size parameters, calculated in the component agencies of other parameters,for various components The shape of design data support.
Mining is a measure of the ability of excavators digging the important parameters.Mining is done by the hydraulic cylinder of the pressure on the oil, is initiative, thelargest excavation of the realization by many factors, it is also working device to hinge point Analysis of the foundation. Mining resistance not only reflect the size of bucket shape, but also with the excavation of the object, is a comprehensive reflection of the two.

Keywords hydraulic excavator backhoe device motion analysis design parameters mechanical 


目 录
1 绪论 1
1.1 挖掘机在国民经济建设中的作用 1
1.2 我国挖掘机的生产现状及发展趋势 1
1.3 国外挖掘机目前水平及发展动向 2
1.4 液压挖掘机的发展动方向 3
1.5 本课题研究的目的和意义 4
1.6 本课题研究的主要内容 4
2 液压挖掘机反铲装置机构的运动学分析 6
2.1 反铲装置的工作原理及工作特点 6
2.1.1 反铲装置的工作原理 6
2.1.2 反铲装置的工作特点 7
2.2 液压挖掘机反铲装置的方案选择 10
2.3 挖掘机反铲装置各机构的运动分析 10
2.3.1 反铲装置几何参数 10
2.3.2 动臂机构的运动分析 13
2.3.3 斗杆机构的运动分析 15
2.3.4 铲斗机构的运动分析 15
2.3.5 整机作业范围的确定 16
3 液压挖掘机反铲装置各机构尺寸的确定 19
3.1 液压挖掘机的基本参数 19
3.2 铲斗各参数的确定 19
3.2.1 铲斗结构形状的设计及基本要求 20
3.2.2 铲斗主要参数的确定 20
3.3 各机构尺寸的确定 21
3.3.1 动臂机构参数的确定 21
3.3.2 斗杆机构参数的确定 22
3.3.3 铲斗机构参数的确定 24
4 液压挖掘机反铲装置的力学分析及整机复合挖掘力的计算 26
4.1 挖掘阻力分析 26
4.1.1 转斗挖掘阻力计算 26
4.1.2 斗杆挖掘阻力计算 26
4.2 挖掘力的分析 28
4.2.1工作液压缸的理论挖掘力 28
4.2.2整机的理论挖掘力 28
4.2.3整机的实际挖掘力 29
4.3 整机理论复合挖掘力的计算 29
4.3.1复合挖掘力的定义 29
4.3.2整机理论复合挖掘力的计算 29
4.4 复合挖掘工况下工作装置各铰点的受力分析 39
4.4.1 复合挖掘方式一工作装置各铰点的受力分析 39
4.4.2 复合挖掘方式二工作装置各铰点的受力分析 42
结论 43
致谢 44
参考文献 45
附录 46
英语原文 46


液压挖掘机反铲装置的结构设计-铲斗总成

液压挖掘机反铲装置的结构设计-动臂总成

液压挖掘机反铲装置的结构设计-斗杆总成

液压挖掘机反铲装置的结构设计-反铲装置总装图

内容简介:
徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 3 液压挖掘机反铲装置各机构尺寸的确定 压挖掘机的基本参数 液压挖掘机基本参数是标示和衡量挖掘机性能的重要指标,主要包括: 整机质量: 指整机处于工作状态下的质量。 标准斗容量: 指挖掘级或密度为 1800 公斤 /米 3 的土壤时,代表该挖掘机登记的一种铲斗堆积容量。 发动机功率:指发动机的额定功率。 液压系统形式:主要指液压挖掘机选用的工作油泵形式,分定量、变量两种。 液压系统压力:指主油路安全阀的溢流压力。 爬坡能力:挖掘机以最大油门进行爬坡,直至发动机最大功率输出或挖掘机出现滑移为止,折算出最大的 爬坡角度或百分比。 接地比压:指挖掘机重量与履带接地面积之比,或轮式挖掘机的轮与接地面积之比。 作业循环时间:指挖掘机按一定的回转角度完成整个工作循环所需的时间。 最大挖掘高度:指工作装置处于最大举升高度时,铲斗齿尖到停机地面的距离。 最大挖掘半径:在挖掘机纵向中心平面上铲斗齿尖离机器回转中心的最大距离。 停机面最大挖掘半径:指在停机面上,从回转中心到铲斗斗齿尖端的最远距离。 停机面最小挖掘半径:指在停机面上,从回转中心到工作装置铲斗斗齿尖端的最近距离。 最大卸载高度时的半径:指当动臂斗杆处于最高位置时,从 回转中心到工作装置铲斗斗齿尖所通过的轨迹最低点的水平距离。 最大挖掘高度时的半径:指当工作装置处于最大挖掘高度时,回转中心到斗齿尖的水平距离。 最大挖掘半径时的高度:指斗杆油缸全收处于最大挖掘半径时,铲斗斗尖到停机面的距离。 最大挖掘深度:指动臂处在最低位置,且斗齿尖,铲斗与斗杆铰点,斗杆与动臂铰点三点在同一条垂直停机面的直线上,斗齿尖与停机面的最大距离。 最大挖掘深度时的半径:指处于最大挖掘深度状态时,铲斗斗尖到回转中心线的水平距离。 最大卸载高度:指动臂、斗杆处于最大举升高度,翻转卸土,斗齿尖处在最低位 置时,斗齿尖到停机面的距离。 最大挖掘力:按照液压系统工作压力工作的铲斗油缸(或斗杆油缸)所能发挥的最大斗齿切向挖掘力,对于反铲工作装置,有铲斗最大挖掘力和斗杆最大挖掘力之分。 斗各参数的确定 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 斗 结构形状的设计及基本要求 ( 1) 、有利于物料的自由流动。因此,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各种物料的运动规律。 ( 2) 、要使物料易于卸净,缩短卸载时间,并提高铲斗有效容积。 ( 3) 、为使装进铲斗的物料不易掉出,斗宽与物料直径之比应不大于 4 : 1. ( 4) 、装设斗 齿有利于增大铲斗与物料刚接触时的挖掘比压,以便切人或破碎阻力较大的物料。挖硬土或碎石时还能把石块从土壤中耙出。对斗齿的材料、形状、安装结构及其尺寸参数的基本要求是挖掘阻力小,耐磨,易于更换。 斗主要参数的确定 当铲斗容量 削转角 2 ,切削半径具有尺寸b 的铲斗转过 2 角度所切下的土壤刚好装满铲斗,于是斗容量可按下式计算: 21 2 s i n 22 b K式 ( 式中: 铲斗充满系数 ; 土壤松散系数。 铲斗挖掘 31m 体积土壤所消耗的能量称为切削能容量。反铲铲斗的主要参数,即平均铲斗宽度 b,切削转角 2 和切削半径用下式表示: 21232000 s i n c o s 1 . 5 s i n 2 2 c o 0 02 s i n 2 2 s i n 2k R 式 (中: E 铲斗切削能容量, 3 ; 1k 考虑切削过程中其他影响因素的系数; 2k 具有应力因次的系数,在铲斗容量 q=1 3m 时,取2k= 3k 具有容积质量因次的系数,在铲斗容量 q=1 3m 时,取3k= 显然,在设计铲斗时,在满足铲斗容量 使铲斗切削能容量 上式可以看出,减小 角,增大铲斗宽度 b 和切削半径,但受铲斗结构的限制,一般取: 31 . 0 1 . 4 式 (式中: q 铲斗容量, 3m ; b 铲斗平均宽度, m。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 考虑到铲斗切削入土和出土的余量,一般取 2 140 。同时考虑到转斗速度一定时,转斗角度太大会增加挖掘阻力,降低生产力,因此一般取 2 9 0 1 1 0 。在确定铲斗宽度 后,即可导出切削半径: 22 s i n 2sD 式 (式中: b 铲斗宽度, m; 铲斗转角的一半, ; 土壤松散系数; 铲斗充满系数,这里取 /1 当铲斗宽度 在上述推荐范围内时,此时 31 . 3 1 . 6 式 (机构尺寸的确定 臂机构参 数的确定 据统计,最大挖掘半径1 3l l l的值很接近。因此要求1知的3: 由 : 1 m a x 1 2 3R l l l 式 (得: 1 m a x 3211式 ( 其中: 1 1 2 l K l 可解得: 1l、 2中已知1、1l、3 14123 3 11 2 c o 式 ( 42 3 41l K l 式 (2 2 24 2 1 4 1394 2 1c o s 2l l C a r c 式 (最大卸载高度的表达式为: 3 m a x 5 1 1 1 1 m a x 1 1 2 2 8 1 1 2 31 m a xs i n s i n s i n 3 2 m a xA l l l 式 (最大挖掘深度绝对值的表达式为: 1 m a x 3 2 1 1 1 1 m i n 2 5 1 1s i n s i n AH l l l l Y 式 (将上两式相加,消去5l, 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 并令:11 2A , 8 3 2 m a 得: 1 m a x 2 m a x 1 1 m a x 1 m i n 2 1 m a xs i n s i n s i n 0H H l A A l B 式 (又特性参数 1 m a m 式 (: 1 m a x1 m i i ns i n K 式 (21 m a x1 m i i nc o s 1K 式 (上式代入 1 m a x 2 m a x 1 1 m a x 1 m i n 2 1 m a xs i n s i n s i n 1 0H H l A A l B 式 (联立上式可解得: 1 1 m a m i ns i ns i 然后,解下面的联立方程,求 和 2 2 2 227 5 1 m i n1 m i r c c o s a r c c o l l 式 (2 2 2 227 5 1 m a x1 m i r c c o s a r c c o l l 于是: 51 m 1 m 臂机构的全部参数初步选定。 杆机构参数的确定 确定斗杆液压缸的铰点位置、行程及力臂比时应当考虑以下因素: ( 1)、保证斗杆液压缸产生足够的斗齿挖掘力。一般来说希望液压缸在 全行程中产生的斗齿挖掘力始终大于正常挖掘阻力,液压缸全伸时的作用力矩应足以支撑满载斗和斗杆静止不动;液压缸作用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阻力。 ( 2)、保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。对于以转斗挖掘为主的中小型反铲,选择徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 斗杆机构参数时必须注意转斗挖掘时斗杆液压缸的闭锁能力,要求在主要挖掘区内转到液压缸的挖掘力能得到充分地发挥。 ( 3)、保证斗杆的摆角范围。斗杆摆角范围大致在 105 125之间。在 满足工作范围和运输要求的前提下此值应尽可能取得小些,对以斗杆挖掘为主的中型机更应注意到这 点。一般说斗杆愈长,其摆角范围也可稍小。当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时,铲斗前壁与动臂之间的距离应大于 10 斗杆机构的参数选择可按下述步骤进行 : 根据斗杆挖掘阻力计算,并参考国内外同类型机器斗杆挖掘力值,按要求的最大挖掘力确定斗杆液压缸的最大作用力臂9a (P 式 (杆液压缸初始力臂20余弦函数,设20 2则: 2 m a 2 m a x2 m a x 9c o s 22式 (见,9大,20均挖掘阻力也就越小。 取20 2求得: 2 m a m i s i n 21 式 (2 2 m a x2 m i n 9 2 m i n 98 2 c o s 2L l L 式 (斗杆上 取决于结构因素,考虑到工作范围,一般在 130 170之间。动臂上图 3斗机构参数选择要求 V 论文 ) 6 也是结构尺寸,根据结构因素预先估计。 斗机构参数的 确定 反铲铲斗机构是四连杆机构。作机构参数选择时3l 2 4 2 3l l、2l 10 等往往都预先选定,待选参数还有 8个 (图 2 15), 即10l=15l=2l= 13l=9l=1l=及3些参数必须满足以下要求: 铲斗的转角范围 10 2529211510241312322292杆机构参数计算简图 图 3斗机构参数计算简图 如前所述,铲斗在挖掘过程中的转角大致为 90 110,为了满足开挖和最后卸裁及运输状态的要求,铲斗的总转角往往要达到 150 180。如图 3 4 所示,设3 3斗齿尖为0V。,则0Q 延长线上,或在其上侧 0 30处 (此时01仰角 ),在个别情况下,例如为了适应挖掘深度及垂直侧壁的作业要求,不使斗底先于斗齿接触土壤,常采用大仰角机构,这时仰角01能达到 25 45。 总转角必须选择恰当,不宜过大,一般在 150 180之间。设计时还要避免当转斗液压缸全伸时斗齿尖碰撞斗杆下缘的现象。 铲斗 机构的载荷分析 转斗挖掘过程为大曲率 切削,挖掘过程因切削土壤厚度的变化较大所以阻力的变化也很大,这点在本节中已作了详细的论述,然而在挖掘机实际作业过程中转斗挖掘土壤的纵断面形式是多种多样的,其阻力变化的情况也各不相同,故挖掘过程中转斗机构的实际裁荷是随机的。从挖掘工艺来分析,挖掘土壤的纵断面形状基本上可归纳为以下几种(图中箭头所示的方向为铲斗挖掘行进方向)。对图中 a 断面,其阻力的变化应与其切削厚度变化所示的相适应,并可以近似地以曲线 a 的形状示于图 3 5 中;而图 b 断面挖掘阻力的变化则由于自转斗起始点到转角的切削厚度增大,阻力也相应地有所提高 ;图 c 断面阻力在转角 2段有所增高;图 d 的断面近似于扇形,切削厚度变化较小,因而阻力亦接近相等,大致接近于平均挖掘阻力,其阻力的变化如图 3 5d 所示。至于 可近似地取为相当于平均切削厚度,因而其阻力曲线就可用图 3 5 曲线 b 和 c 分别表示。这样,取几种断面挖掘阻力曲线的徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 包络线作为转斗在 2范围内 (即挖掘区段内 )的载荷曲线就大致能适应各种断面的挖掘,满足各种断面挖掘阻力变化的要求。 在非挖掘区段,铲斗机构除应满足充斗的要求外,当达到最大转角时还应当满足支撑铲 斗自重及斗中土重并计及动载影响的力矩要求。根据这些要求可以画出转斗机构在整个转角范围内的计算载荷曲线 。 3掘土壤的纵断面形状 图 3装斗机构载荷曲线图 转斗机构最大理论挖掘力应与转斗最大挖掘阻力相适应,常布置在。当铲斗以的仰角开始挖掘时,最大挖掘力则大致出现在 20 35处。因此铲斗液压证的作用力臂3 323 1 m a 式 ( 式中: 1 最大挖掘阻力; 1r、2r、3r 铲斗处于置时连杆机构的力臂值。起始点及转角 2的挖掘力按载荷曲线应与平均挖掘阻力相适应。 铲斗的几何可容性与结构布置要求 ( 1)、必须保证铲斗杆机构在3保证 、及四边形 任何瞬时皆成立; ( 2)、液压缸全仲和全缩长度之比应当在允许的范围内,对铲斗机 构可取3 m a m i 4 5 1 . 6 5 ; ( 3)、3 传动角应当在允许的范围内; ( 4)、在任何瞬间各构件之间都不应有干涉、碰撞现象。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 4 液压挖掘机反铲装置的力学分析及 整机复合挖掘力的计算 掘阻力分析 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。一般认为斗容量小于 在土质松软时以转斗挖掘为主,反之则以斗杆挖掘为主。这两种情况的挖掘阻力不同。 斗挖掘阻力计算 转斗挖掘时,土壤切削阻力随挖掘深度改变而有明显变化。 切削阻力与切削深度基本上成正比。但总的说前半过程切削阻力较后半过程高,因前半过程的切削角不利,产生了较大的切削阻力,对斗形切削刃所作的大曲率切削有同样结果,其切削阻力的切向分力可以用下列公式表达: m a x1 m a xc o s1 c o s W C R B A Z X 式中 : C 表示土壤硬度的系数, 对 土宜取 C 5080, 对 土宜取 C=90150,对 =160320; R 铲斗与斗杆铰点至斗齿尖距离,即转斗切削半径, R3l,单位为 挖掘过程中铲斗总转角的一半; 铲斗瞬时转角; B 切削刃宽度影响系数, 1 ,其中 A 切削角变化影响系数 ,取 A 1 3; Z 带
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本文标题:液压挖掘机反铲装置的结构设计与计算【4张图/20000字】【优秀机械毕业设计论文】
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