WY40挖掘机设计【15张图/16400字】【优秀机械毕业设计论文】
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wy40
挖掘机
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说明书一份,45页,16400字左右.
图纸共15张,如下所示
A0-WY40液压挖掘机总装图.dwg
A1-动臂.dwg
A1-斗杆.dwg
A2-导向轮装配.dwg
A2-底盘轴承装配.dwg
A2-铲斗.dwg
A2-驱动轮装配.dwg
A2-驱动轮轴.dwg
A3-导向轮轴.dwg
A3-导向轴内侧端盖.dwg
A3-承重轮内侧端盖.dwg
A3-承重轮端盖.dwg
A3-承重轮轴.dwg
A3-驱动轮毂.dwg
A3-驱动轮端盖.dwg
摘 要
总的看来，在全世界的挖掘机市场内越来越多的国外智能挖掘机具有思考的能力。几乎所有的制造商已经密切注意智能的挖掘机。挖掘机的最初智力水平可以提供不同的工作方式以便适合不同的工作条件，同时选择方式必须是操作者做。但这里仍有一些人类的影响。操作者习惯，并不是实际工作条件，仍然有一些影响。因此在最新型的智能挖掘机里的一个明显的功能，就是根据工作形势调整工作方式，使得机器的动力完全与状态相配。以这种方法，更多的燃料可以被节省。
从节能角度考虑，通过对液压挖掘机功率匹配的分析，提出了将液压泵的功率曲线设定在发动机的功率曲线之上的功率匹配方法．随着负载压力的变化，主控制器对液压泵的排量进行控制，使液压泵能够完全吸收发动机的功率，保证了发动机始终在设定的转速下运行，实现了发动机功率充分利用和节能的目的．研究了单神经元比例-积分-微分（PID）控制器在节能控制系统上的应用，试验结果表明，文中提出的功率匹配方法可行，单神经元PID控制器能够根据不同的环境和作业工况进行参数自调整，具有自适应的能力．研究结果为进一步研究开发智能化挖掘机提供了依据．
关键词：液压挖掘机；功率匹配；自动控制；自适应；单神经元
Abstract
An Overview on Intelligent Excavators Abroad More and more excavators have thinking functions in the excavator market worldwide. Almost all manufacturers have paid great attention to intellective excavators. Initial intelligence level of excavators was to provide different work modes to suit different work conditions, while the mode selection must be made by operators. There was some degree of human influence in it. Operator habit, rather than actual work condition, still had some effects. So an obvious function in state-of-the-art intelligent excavators is to adjust work mode according to work situations themselves, which makes the power of machine match the condition perfectly. In this way, more power and fuel can be saved.
Compared with the scheme that power of pump is lower than that of the engine， a new scheme is put forward from the view point of energy saving in power system of hydraulic excavator, where the power of the pump is proposed to be higher than that of the engine according to the analysis of the power match of excavator. The main controller controls the displaced volume from the pump while the load pressure changes and the pump can absorb the output of the engine totally. The engine can run steadily at the expected speed. The scheme of single neuron proportion integral-differential（PID） is applied to an energy saving system and the experimental result shows that the suggested power match and the scheme of single neuron PID are efficient for excavator system，and the single neuron PID controller has the self-adaptive ability to learn from the different operating conditions．
Keywords: Hydraulic excavator; Power match; Automatic control；Single neuron; Self-adaptive
目 录
第1章 概述 1
1.1国内、外液压挖掘机现状、特点 1
1.2液压挖掘机技术的发展趋势 3
1.3 SolidWorks在工程机械设计中的应用 5
1.4橡胶履带的发展概况及特点 5
第2章 铲斗的计算 10
2.1 挖掘机铲斗设计方案 10
2.2 铲斗设计校核 15
第3章 斗杆设计及尺寸参数 23
3.1 斗杆的设计计算 23
3.2 斗杆的有限元分析 27
第4章 动臂机构的有限元分析 31
4.1 动臂的静态分析 31
4.2 静态分析结果 32
第5章 WY40挖掘机尺寸参数 35
5.1 挖掘机技术参数 35
5.2 挖掘机规格尺寸 36
第6章 结论 39
附录 40
致 谢 41
参考文献 42
- 内容简介：
-
大庆石油学院本科生毕业设计（论文） I 摘 要 总的看来，在全世界的挖掘机市场内越来越多的国外智能挖掘机具有思考的能力。几乎所有的制造商已经密切注意智能的挖掘机。 挖掘机的最初智力水平 可以 提供不同的工作方式 以便 适合不同的工作条件 ，同时选择方式必须是操作者做。但这里仍有一些人类的影响。 操作者习惯， 并 不是实际工作条件，仍然有一些影响。因此在最新型的 智能 挖掘机里的一个明显的功能 ，就是 根据工作形势调整工作方式， 使得 机器的动力完全与状态相配。 以这种方法，更多的燃料可以被节省。 从节能角度考虑，通过对液压挖掘机功率匹配的分析，提出了将液压泵的功率曲线 设定在发动机的功率曲线之上的功率匹配方法随着负载压力的变化，主控制器对液压泵的排量进行控制，使液压泵能够完全吸收发动机的功率，保证了发动机始终在设定的转速下运行，实现了发动机功率充分利用和节能的目的研究了单神经元比例 微分（ 制器在节能控制系统上的应用，试验结果表明，文中提出的功率匹配方法可行，单神经元 制器能够根据不同的环境和作业工况进行参数自调整，具有自适应的能力研究结果为进一步研究开发智能化挖掘机提供了依据 关键词： 液压挖掘机 ； 功率匹配 ；自动控制； 自适应 ； 单神经元 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） n in to of to to be by of in So an in is to to of In be of is of a is of in of of is to be of to of of of at of is to an of ID ID to 庆石油学院本科生毕业设计（论文） 录 第 1 章 概述 . 1 内、外液压挖掘机现状、特点 . 1 压挖掘机技术的发展趋势 . 3 工程机械设计中的应用 . 5 胶履带的发展概况及特点 . 5 第 2 章 铲斗的计算 . 10 掘机铲斗设计方 案 . 10 斗设计校核 . 15 第 3 章 斗杆设计及尺寸参数 . 23 杆的设计计算 . 23 杆的有限元分析 . 27 第 4 章 动臂机构的有限元分析 . 31 臂的静态分析 . 31 态分析结果 . 32 第 5 章 掘机尺寸参数 . 35 掘机 技术参数 . 35 掘机 规格尺寸 . 36 第 6 章 结论 . 39 附录 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 42 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 1 第一章 概述 内、外液压挖掘机现状、特点 近十年来，液压挖掘机总的发展趋势是围绕提高可靠性和效率、降低成本为核心，继续向大型化发展的同时向微型化发展；着眼于动力、传动系统的改进以达到高效节能，应用范 围不断扩大，实现标准化、组件化 ,以提高零部件和整机的可靠性；由于微电子技术的应用，使其自动化、机电一体化和智能化的进程加快；为适应使用条件，不仅可以提供柴油机，也可提供电力动力；延长维修周期、加快维修进度和降低维修费用；提高机械作业性能，降低振动和噪声，消除公害，更好地设计和装备驾驶室，而这正是使一种设备得以成功发展的关键。最近几年，各地对液压挖掘机的需求量日益增加，液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是不可回避的事实。其主要特点是： (1)结构紧凑、机动灵活、零部件少、成本低、工作重量轻、生产能力高、挖掘高度高 ；下挖准确，具有良好的选采性能；功能多样，完成装载作用后可以迅速转化为辅助作业，可自行清理场地，保持工地平整。 (2)中小型液压挖掘机通用性强，既可以进行强力挖掘作业，也可以完成地表平整等轻巧作业，近年来还发展到装有碎石器，进行建筑物拆除和大块矿岩破碎等作业；用途广泛，依靠人 发动机功率最大限度地灵活运用，从而发挥机器的强大挖掘力，快速作业，且操作轻巧。 (3)产品规格以中小型为主，逐渐向微型化发展，同时兼顾发展大斗容、大功率液压挖掘机。例如在日本，由于缺乏劳动力，为降低施工成本而大力发 展微型液压挖掘机，它们可在环境狭窄、恶劣施工条件下代替人工劳动。随着矿山开采的大型化，在欧洲发展了一批大型液压挖掘机。德马克公司 6251 的 、 O&201 的 、利勃海尔公司 5301 的 和日本神户公司 4201 的等液压挖掘机均可以与载重 17012141 矿用汽车配套。 (4)应用微电子技术，实现机电一体化和智能化。以液压挖掘机为主体，传感检测、信息处理、执行机构和接口等部分组合在一起，用微机和检测装置进行记录、优选和显示挖掘机系统重要参数，自动调节功率分配， 节省燃料、减少磨损、提高效率和可靠性。液压挖掘机智能化的最终结果是机器人化，甚至实现无人操纵或遥控，以便在人们无法接近的危险条件下作业。目前国外各制造公司竞相研大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 2 制智能化的液压挖掘机，可获得巨大的经济效益和社会效益。 (5)改善司机工作环境，不断提高操作舒适性。设有全封闭防噪声、隔灰尘的驾驶室，与车架的连接采用抗振橡胶垫块，提高耐振性和舒适性，使工作噪声降到 80下。室内色彩协调、温度适宜、视野开阔、弹性座椅可调、自动化操作省力。装有可靠的驾驶室翻转支撑机构，给维修带来极大的方便并大大提高安全性能。 早在 1958 年我国便开始了液压挖掘机的研制开发工作，随后开发出一系列比较成熟的产品，如 。当时由于受配件如发动机、液压件及企业自身条件的影响，其质量和产量远未达到应有的水平，与国外同类产品相比也存在较大差距。自改革开放以来，国产液压挖掘机行业进入了一个快速发展的重要阶段。出现了一批实力比较雄厚的生产企业如中国一拖、柳州工程机械厂、黄河工程机械厂、广西玉柴股份有限公司等。它们生产的部分产品已出口，打破了多年来主要由少数几家国外挖掘机制造企业垄断国内市场的局面，使国产液压挖掘机的产量 和质量都上了一个新台阶。 90 年代以来，随着迅速发展的微电子技术、计算机技术、控制技术、通信技术等新技术日益渗透到液压挖掘机技术中，世界各工业发达国家的液压挖掘机技术水平得以迅速提高，使一度与国外技术水平缩小的国产液压挖掘机再次与国外液压挖掘机差距拉大了。因此，国内液压挖掘机市场大部分被国外产品所占据的局面长期得不到改善。 随着我国改革开放的进一步深入，国家对基础建设和基础设施投资的规模日益扩大，国内用户对高质量、高水平、高效率的液压挖掘机的需求愈来愈迫切。尤其是在城市建设中，对于中小型液压挖掘机的需求与日俱 增。据权威部门估计，到 2005 年我国用于购置工程机械的费用约为 800 多亿元 (含国产和进口 )，其中液压挖掘机的年需求量为 1200014000 台，这无疑对国产液压挖掘机的发展既是机遇，又是挑战。积极发展高性能国产液压挖掘机已迫在眉睫。 对美国、日本和德国等工业发达国家工程机械的发展研究表明，他们在上述技术方面都有不同程度的发展，特别是微电子技术和液压挖掘机相结合的机电一体化技术更是发展迅速，促进了液压挖掘机控制技术的飞速发展。 国内液压挖掘机总的来说是机型和规格少，数量少、斗容量小，技术性能较低，可靠性和质量 总的来说不如国外，品种、规格上满足不了国内市场需要。在中国城市建设 飞速发展的过程中，对于中小型挖掘机的外形尺寸，以及行走机构都有一定的限制。所以现在面临的问题就是开发研究以多履带驱动方式，绗架结构的挖掘臂形式的新型液压挖掘机。 0 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 3 压挖掘机技术的发展趋势 纵观挖掘机发展史，在技术上大致经历了三次飞跃，第一次是柴油机的出现，使挖掘机有了较理想的动力装置；第二次是液压技术的广泛应用，使挖掘机的传动方式更趋合理；第三次是控制技术的广泛应用，使液压挖掘机的控制系统日益完善，并向着自动化、智能化方向发展。由于液 压挖掘机的工作原理没有什么大的突破，今后对液压挖掘机的研究与发展的重中之重是对其控制系统的完善和高精度液压控制元件的制造。 目前，液压挖掘机的研究与发展应致力解决三个基本问题： (1)着眼于动力、传动系统的改进以达到高效节能，提高机器的生产率和降低工作损耗，减少对环境的污染； (2)局部操作控制自动化到整机完全自动化甚至智能化发展； (3)改善操作者的劳动条件和操作安全性。 针对上述三个问题，根据市场调查预测， 21 世纪的液压挖掘机上将会广泛采用下述技术： (1)微电子技术 (包括计算机技术、集成电路技术、数 字电子技术以及通讯技术 )； (2)现代传感器技术； (3)虚拟现实 (术。 电一体化技术在液压挖掘机上的应用 电子技术、计算机技术和传感器技术与液压机械相结合，实现机械的自动控制、自动监视和处理叫机电液一体化技术。传感器是机电液一体化产品的感觉器官，以微机为核心的电子技术是机电液一体化产品的大脑，它接受传感器送入的各种信息，进行处理后送至执行部分，执行各种操作命令，以完成人们所期望的工作。 机电液一体化技术在液压挖掘机上的应用范围越来越广泛。未来的十至二十年中，机电液一体化技术将进一步向 前发展，其发展进程大致将经历以下阶段： (1)机器工作状态及安全性的电子自动监控； (2)局部操作控制的自动化； (3)在操作者可以控制下的整机完全自动化； (4)实现恶劣、危险环境下的无人化操作。 目前，先进的液压挖掘机已经达到第二阶段，而且正努力实现第三阶段的整机完全自动控制目标。图 一大型液压挖掘机的发动机 泵的电子控制系大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 4 统的一个实例。 图 掘机电子控制系统 该系统的电子调速机构由目标转速的节流传感器、检测输出转速的调节传感器、操纵喷油泵控制齿条的调速执行元件及电子调速控制器等构成 。这种场合有两台主泵，控制流量的调节器用的是比例电磁阀，根据液压控制器的指令可对主泵的输入转矩进行控制。该系统是通过速度偏差 N 来控制泵的输入转矩的。以上是液压挖掘机采用机电液一体化技术对发动机与泵的控制的较详细的实例，在其他许多方面如电子控制自动变速，自动报警，电子监控的故障预测等方面也广泛应用了机电一体化技术。 子液压集成控制为当前主要研究目标 电子控制技术与液压控制技术相结合的电子液压集成控制技术近年来获得了巨大发展，现代的液压挖掘机 (国外先进产品 )在各功能部件的自动控制和各功能部件的 联合控制方面已趋成熟，现在的研究重点是实现整机的电子液压集成控制。电子液压集成控制的优点在于： 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 5 (1)提高系统可靠性。液压挖掘机作为在较恶劣环境下持续工作的施工设备，各功能部件都会受到恶劣环境的影响，而作为控制系统中必不可少的线束和液压管路将会分布到机器的很多部分，这将成为系统不稳定的一个重要因素。而采用电子液压集成控制，既能保证控制功能，又能有效提高系统可靠性。 (2)扩展了系统功能。电子液压集成控制的调整控制单元是根据通用标准设计的，其功能及完成的具体任务是由控制中心的微处理器决定并控制的，通常 微处理机中可存储多套功能控制方案，以适应不同结构功能的控制要求。变换机器的功能只需调换相应的执行机构，选择相应的控制形式即可。 1. 3 工程机械设计中的应用 1. 3. 1 介 微机版技术指标特征造型软件的新秀，旨在以 1/4 的工作站版相应软件的价格向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的实体造型实用功能。 施 作策略，在单一的 构分析 控加工 动分析 塑模分析 向工程 态模拟装配 品数据管理 级渲染 级曲面造型 开始面世到现在曾先后推出多个版本，一直到今天的件充分利用了众人所熟悉的 形用户界面的优势。使用这套简单易学的工具，机械设计工程师能快速地按照其设计思 想绘制出草图，并尝试运用特征与尺寸，制作模型和详细的工程图。 1. 3. 2 限元分析插件介绍 用 带的插件 所建模型通过标准数据接口，调入并进行有限单元分析。首先进行网格划分，得到部件的有限元网格图。在此我们可按挖掘机挖土时的情况，进行受力分析，以计算出此时与铲斗相连的各部件的受力情况，以及强度状况。这时挖掘机地盘的履带与地面接触，颤抖的铲齿承受沿铲齿指向铲斗的地面反力，可以对于铲斗相连的各部件进行如下约束，将斗杆的上部进行全约束，斗齿 处施加沿斗齿指向铲斗的力。进行计算后，得到上述部件的应力分布图，从图上可以明显看出各部分的应力分布情况。铲斗液压缸与斗杆的铰点是应力最大的地方。总之，通过上述设计装配过程可以看出，整个过程与实际的工艺过程是非常相似的，就像是在运用现有的零部件，真正地装配挖掘机，这样在设计阶段就可以发现并解决下列问题：挖掘机的外形造型问题，大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 6 运动干涉问题，生产工艺实现问题，装配工艺问题，如再与有限元分析软件相结合，那么在设计过程中就可以进行强度校核，这样就可大大缩短设计试制的周期，减少设计生产费用。 胶履带的发展概况 及特点 橡胶履带是在金属履带的基础上开发出来的。目前世界上橡胶履带有两种形式 :一种是“芯铁式”橡胶履带，它是由芯铁、钢丝、帘子布和橡胶模压成一体的，最后形成一个封闭环带，驱动轮的动力通过芯铁驱动履带，钢丝主要承受拉力，属于轮齿传动形式；另一种是“摩擦式”橡胶履带，它是由橡胶、帘子布和内藏多层编织柔韧的钢丝模压而成的封闭环，属于摩擦传动形式。这种橡胶履带要求驱动轮外缘也是橡胶的，并模压出凸缘花纹与橡胶履带环内表面上相应的花纹相嵌，以增大摩擦力，减少滑转，并要求行走系有足够的恒定压力。 橡胶履带的特点是： (1)操纵轻便：拖拉机使用橡胶履带，在直线运行时所受的滚动磨擦阻力比金属履带车要小，而在转向时主要受滑动磨擦阻力，在数值上，橡胶比金属小，因此操纵起来轻便、省力。 (2)对路面的破坏性小：拖拉机使用的金属履带，为增加附着力，设计时采用了链刺式。在道路上行驶时，对道路产生很大的破坏性。 (3)振动小，噪音低，使用寿命长。因为橡胶履带由非金属构成，其本身具有一定的弹性，工作中可以缓冲履带与其接触部件以及它与地面之间产生的挤压和冲击，从而大大降低机车的噪音和振动，改善工作环境，延长机车使用寿命。 当履带遇到坚硬物体时 ，金属履带底盘的行走是金属与硬物之间的直接磨损，加之土壤中的磨料更加剧了它们的磨擦，缩短了行走系的使用寿命，工作一段时间就要更换一副链轨板，其间还要更换一套履带链轨销，一副驱动轮、导向轮片。而支重轮磨损更为严重。而橡胶履带底盘其支重轮、导向轮、托带轮基本不磨损，寿命与机车相近。 因为金属履带不适合沙漠和凸凹路面行驶，为了找到一种适应各种路面的履带， 1935 年美国开发出一种前轮后履带的橡胶半履带，这就是橡胶履带的雏型。当时还申请了专利，由于没有过多的研究，橡胶履带也没有得到更进一步的发展。80 年代，美国卡特公 司开发出摩擦驱动橡胶履带，广泛应用在大型履带拖拉机和大型运输车上，这种履带有金属驱动筋，靠摩擦驱动，寿命长、速度高，工作过程中产生的热量小，耐久性得到提高。日本在 60 年代末又开发出不用维修和保养的整体式、埋有金属驱动筋，芯铁式的橡胶履带，并很快应用于联合收割机、脱大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 7 谷机等农业机械上。因为它具有噪声小、振动小、接地压力小、牵引力大、适应各种路面等优点，国家给予优惠政策推广使用 运输车、拖拉机、除雪车、挖掘机、收割机、筑路机械等多种机械上都得到推广。在欧洲，橡胶履带的发展比较晚。 80 年代初，在德国和瑞士开发出一种单齿橡胶履带，导向齿是后安装的。这种橡胶履带主要用于沙漠地带，如运输车、急救车。也在 5t 以下小型挖掘机上使用。 在日本，橡胶履带应用很广泛。 1972 年用于运输车、除雪车上， 1976 年用于小型挖掘机上， 1979 年投入到筑路机械上。最初是用于小型机械上，经过 2的探索和研究， 1985 年橡胶履带才用于 6t 以上挖掘机上，如今已经在 15t 以上大型机械上使用。日本诸冈公司，把橡胶履带应用于运输车等各种机械上。最初是用在农田挖沟机械上，然后用于小型挖掘机、装载机。 80 年代开发的大型运输 车，机器质量 5t，载重质量 3t。因为橡胶履带有速度高、噪声小、乘坐舒适等优点，这种机型开发出来之后，很快占领了市场。已经应用到装载质量 15t 的大型装载机上。日本小松公司，把橡胶履带推广到中小型推土机上。 90 年代，橡胶履带开始用于拖拉机上，有诸冈、洋马、久保田三家公司生产橡胶履带拖拉机，在日本销量比较大的有 5t 和 7t 级的拖拉机。最近橡胶履带开始向汽车方面发展。 在中国，橡胶履带的应用仅限于农业机械，大部分是小型联合收割机，江苏无锡洋马农机 (中国 )有限公司生产的联合收割机和一拖公司开发的东方红拖拉机采用了橡胶履 带，均已批量投放市场。拖拉机、小型挖掘机械、钻探机械、盐业机械和建筑机械上使用橡胶履带的前景看好。 现在世界各国生产橡胶履带的厂家很多，具有较大规模的有 :美国惠尔斯通公司，主要生产摩擦式和少量的芯铁式橡胶履带。日本普利司通公司，主要生产芯铁式橡胶履带。这两家公司生产的橡胶履带占国际市场的 80%国内橡胶履带生产厂家，有沈阳普利司通有限公司、杭州中策橡胶 (股份 )有限公司等，但规模都很小。 综合世界上几个主要生产厂家所生产的橡胶履带，概括起来有下面几种型式 (图 (1)摩擦式 (1用于 大型机械上，这种橡胶履带要求强度高、投资大、成本高，行走装置要有很大的张紧力，美国卡特匹勒公司、约翰迪尔公司所生产的橡胶履带拖拉机都是采用此种履带。 (2)双齿式 (图 1单齿式 (图 1这两种橡胶履带用于中小型机械上，它们比摩擦式橡胶履带强度要求低，成本低，张紧力要求也不高，日本的洋马、久保田、小松等公司所生产的橡胶履带拖拉机和推土机多采用这两种履带，双齿式比单齿式应用广泛。国内拖拉机和收割机上使用的也都是芯铁式橡胶履带。 (3)欧洲使用的型式 (图 这种橡胶履带含有轻量金属，有防脱轨 装置，大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 8 用于小型履带机械上，使用不广泛。 (4)镶块式 (图 这两种橡胶履带是首先把橡胶和履带板硫化在一起，用螺栓与履带节联接成一节履带，然后用履带联接成整条履带，制造简单、 成本低，日本有少数拖拉机生产厂采用这种形式，用于中小型机械上，没有芯铁式和摩擦式橡胶履带应用广泛。 (1)前驱动、小驱动链轮不落地 (图 采用这种行走型式的机械工作速度较低 (15- 20 km/h)，多用于收割机和小型运输车辆。 (2)半履带式、驱动轮高置 (图 采用这种行走型式的机械速度高 (可达70h)，与轮胎可替换，采用轮胎轴驱动，多用于大型收割机、汽车等。 (3)前驱动，驱动轮和导向轮都不落地 (图 多用于大型运输车辆上，采用这种行走型式的机械，其工作速度一般为 40 km/h 左右。 (4)混合型后驱动行走系 (图 有摩擦传动和轮齿传动两种型式。卡特皮勒公司的挑战者 65E95E 系列拖拉机采用摩擦传动，俄罗斯伏尔加格勒拖拉机厂列拖拉机采用轮齿传动。 (5)混合型前驱动行走系 (图 这种行走系一般是轮齿传动，多用于建筑机械和收割机械 15km/h )，如日本小松公司的 220 系列拖拉机一拖公司和开封联合收割机厂合作开发的 1036 橡胶履带式谷物联合收割机都采用了这种行走型式。 (6)大驱动轮摩擦传动行走系 (图 用于大型机械，最大速度可达 50 km/555 系列拖拉机和约翰迪尔公司的 8100列拖拉机均采用这种行走型式。 图 胶履带的行走系形式 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 9 图 压挖掘机采用的的行走装置，采用橡胶履带，图 驱动轮结构图，内部用液压马达驱动轮毂转动，从而实现轮毂带动履带的运动。 图 压挖掘机行走机构 图 动内部结构 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 10 第二章 铲斗的计算 2. 1 挖掘机铲斗设计方案 2. 1. 1 常规计算方法 挖掘机 机铲斗的几何形状与尺寸按原来的设计方法是把铲斗的回转半径R(铲斗下铰点到切削刃的距离 )作为基本参数 (如图 示 )，该参数不仅影响掘起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关，因此铲斗的其它参数则视为 R 的函数。 图 斗基本尺寸 回转半径 R 可按下式计算： 1212R V / B 0 . 5 z k c o s s i n r c t g / 2 0 . 5 1 / (m) (2中： V 平装斗容 B 铲斗净宽 g 斗底长度系数， g R ，通常取 g 斗底长，指切削刃至斗底与后斗壁延长线交点之距离 z 后斗壁长度系数， z R ，通常取 庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 11 后斗壁长，指后斗壁上缘至斗底与后斗壁延长线交点之距离 k 挡板高度系数， R ，通常取 挡板高度， m r 圆弧半径系数， r r / R ，通常取 0.4 r 铲斗圆弧半径 ， m 斗张角，取 48 52 1 挡板与后斗壁延长线之间的夹角，通常取 5 10 求出 R 后，再根据各项选取的系数来确定铲斗的几何尺寸 2. 1. 2 原设计方法存在的问题 (1)将回转半径 R 视为基本参数，其它尺寸均为 R 之函数是不够合理的。因为R 只是设计挖掘机工作装置时所需的主要尺寸，其值应根据铲斗结构尺寸与动臂下铰点处 的结构强度而定，不应视为铲斗基本参数。 (2)铲斗尺寸通过许多系数计算而得，系数过多，不便于分析它们对铲斗形状的影响，不便于试验研究。 (3)按推荐系数计算的结果有时不得不进行适当修正。 为此有必要寻求能反映铲斗形状的较为简单的参数和设计方法。 2. 1. 3 新设计方法 经研究，对挖掘机铲斗几何尺寸的设计与计算提出一种新的设计方法。新设计方法由 4 个基本参数来确定铲斗的几何形状 (见图 图 算法铲斗形状及参数 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 12 (1)斗张角 0。 (2)底弧比 D L r，该比值 能反映铲斗侧面中两个最主要的尺寸 r 和 L，取L/r 作为基本系数 。 (3)侧刃倾角1。 (4)挡板高度系数 F R。 由图 知： 00A L R c t g / 2 R D c t g / 2 (m) (2根据正弦定理得： 12B s i n / s i n A (m) (2 02C s i n / s i n A (m) (2侧面积 0 1 2 0 2 0S 0 . 5 A B s i n 0 . 5 L C R c t g / 2 0 . 5 R 1 / 2m (2 120 0 1 2 02 0 0 00 . 5 D c t g / 2 2 s i n s i n / s i n 0 . 5 / s i n D c t g / 2 c t g / 2 0 . 5 1 / (m) (2式 (5)中，面积 S 可由0S V/ B确定 ( V 为平装斗容，0)。 挡板高度系数定义为： 1 2 0 2 3F L / R D c t g / 2 s i n s i n t g (2下铰点的位置主要由结构强度设计而定，其原则是：使该点尽量靠近铲斗的后壁和斗底，但又要保证该点处有足够的强度。铲斗结构尺寸确定后，影响下铰点位置的主要因素是挖掘机的额定载重量、动臂钢板厚度及挖掘机的牵引力等。为确定下铰点的位置，将 铰点距斗后壁之间的距离 h 与额定载重量 G 的关系回归为如下经验公式： 15h 15G (2式中 G 的单位为 铰点距斗底的距离约为 h，故铲斗的回转半径 R 为： 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 13 1222122 2 2 1 r h h 2 hD h 4 . 8 r h 2 h (m) (2 2. 1. 4 压挖掘机铲斗设计 新设计方法中，铲斗几何形状基本参数不是由回转半径 R 计算而得，而是由总体参数、斗形参数计算得出， R 的计算也较原来简单，而且便于利用微机进行辅助设计。 新设计方法也便于分析铲斗截面形状的斗形参数0、 D、1、 r、 L、 R 等参数的影响。 通过对 r 0、 r D、 R D、 L D 之间的关系分析可以得出下列结论： (1)S 一定时，0对 r 无影响。 (2)S 一定， D 增加时， r 迅速减小， L、 R 迅速增大。 (3)S 一定 ，1增加时， r、 R 略减。 由于以上分析可得知新设计方法具有设计考虑参数少，设计方便等优点。故在本设计中，采用新设计方法，用计算机辅助设计、计算来确定铲斗的基本参数。 掘机的总体参数 G=11000定斗容 3m 。 (1)铲斗净宽0考同类样机定为 (2)斗张角0的确定：当0等于所铲物料料堆的堆积角 时，铲斗插入阻力较小，不至于使漏斗系数降低，故取0为 40。 (3)侧刃倾角1对水平切削阻力无影响，考虑到铲斗在最大举升高度与最大上翻角时应使斗面近于水平，以减少物料撒落并增大漏斗系数，因此取1=50 60。 (4)挡板的作用是使物料尽量不在后方撒落，在铲斗最大举升高度与最大上翻角位置时仍使挡板上缘略高于前刃，并取挡板近似垂直于侧壁切削刃，故取1=7。 当 1=60时，挡板的高度系数 F 取 综上所述，可得 度 )，1=F= 取 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 14 图 算程序框图 在图 示的框图中： 2 2H 1 0 1 1 1V V b B / 8 b L C / 6 (2式中：1 1 1 1C b / 4 L b / 2 C 122211b L，1 1 1 1C b / 4 L b / 2 C， V 为水平装斗容。 最后输出： A=B=C=R=r=L=述参数单位均为 m。 由计算所得各铲斗参数，可画出 压挖掘机铲斗平面图 (图 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 15 图 斗平面图 由参数，经过 维建模得到模型 ( 如图 示 ) 图 图 . 2 铲斗设计校核 经过 铲斗的三维建模，我们还不知道设 计是否合理，所以在此就需要利用 有限元分析插件 铲斗做有限元分析，以便检测铲斗设计缺陷，确定铲斗设计是否合理。 2. 斗切削阻力和挖掘阻力的计算 斗型装置挖掘土时，除需克服切削阻力外还需克服土流进入铲斗而产生的土与土间及土与斗壁间挤压和摩擦的附加阻力 (或称装土阻力 )。 目前，斗型土方机械 (单斗，多斗挖掘机 )多采用下列公式来分析挖掘阻力文 ） 16 1 K b h 1 c q K g (2由式可见，斗型挖掘装置工作时阻力由三部分组成： 1 铲斗与土间的摩擦阻力，决定了铲斗对土的压力 N 和两者间的摩擦系数 ； 2 土的切削阻力，决定了切开断面的面积 切削比阻力 K； 3 装土阻力和斗前小土堆的推移阻力，决定了系数 ，斗容量 q，斗的充盈系数的比率。试验说明装土阻力与斗的形状以及土的的等级有关，一般随土的工程等级的升高，装土阻力下降，对反铲挖掘机，其装土阻力占总阻力的 48%。 实际应用中，为了综合考虑以上三项阻力的影响，常把挖掘阻力的三个组成部分合并起来，把公式改为： 1 a 0W N K b h 1 c q K K b h g (2式中 0K 挖掘比阻力，它综合反映了铲斗挖掘时，土体破裂、装土 、 摩擦等阻力的总 合。 挖掘比阻力010 WK 2挖掘比阻力0值视土的性质、挖掘装置形状，挖掘断面宽度与深度以及铲斗运动轨迹而定。一般说来，当土的等级一样时，0 表 2试验得到的0用于带齿立方体铲斗，若斗容量小于 m ，0斗容量大于 3 3m 时，015%。若是圆弧斗，则正铲反铲可减小 1020%。 表 2掘比阻力0 2N/ 土壤等级 土壤名称 正、反铲 拉铲 挖沟机 铲运机 大庆石油学院本科生毕业设计（论文 ） 17 干而松的砂 砂土、亚砂土、轻质亚砂土、松湿亚砂土 亚砂土、细小砾石、普通砾石、轻质湿粘土、松粘土 普通粘土、松湿的重质粘土、坚实亚粘土 重质粘土、极重的湿粘土 略胶结的砾岩 夹有石块的重质砾岩、轻质页岩、重质干粘土、爆破不良的泥灰石 7 613 030 1 2812 1019 1626 2640 3140 3742 612 612 1018 1626 2640 8 1525 2539 简化公式10W K 用于： (1) 铲斗切削宽度大于 500 (2)切削深度 h 在 (b(斗宽 )范围之间； (3)斗的侧壁基本不参加切削。按此条件计算结果，基本能满足都 行挖掘装置的设计要求。 斗型挖掘装置工作时的挖掘阻力垂直分力2采用系数来表示，即 21(2铲斗装置试验所得的 值见表 2 表 2型装置挖掘阻力系数 值 土壤等级 土壤名称 装置型式 值 (%) 最小 普通 最大 砂土 亚粘土 粘土 略胶结的砾石 砾石、爆破后石块 正、反铲 /拉铲 正、反铲 /拉铲 正、反铲 /拉铲 正、反铲 正、反铲 20/30 20/12 23/11 21 19 51/25 35/19 42/20 34 63 80/44 62/40 65/40 42 104 当铲斗尖磨钝时， 值增大 5080%。 2斗齿 (或刃口 )极钝，切削角很大 ( 50 60 )，切削深度 h 较小时，由于2力铲斗挖入土层，此大庆石油
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