组合式挖掘装载机工作装置设计

组合式挖掘装载机工作装置设计摘要挖掘装载机是生活中经常用到的工作设施，是水工建筑物不可或缺的组成部分，它在建筑工程中占据着非常重要的作用。挖掘装载机主要在城市与农村的电缆铺设、电力、机场工程、公路建设及养护、农田水利建设、农村住宅建设、开山取石等各种小型建筑队从事的建筑施工工程发挥着重要的作用。它可以跟多种工作装置及辅具想配用，从而进行铲装、挖掘、路面、开挖沟渠、铺设管道等多种作业。 最近几年来，我国经济不断快速发展，处在能源水利、道路交通、城市建设各方面基础建设高峰后期，并且我国一些公路建设等基础设施，已经进入维护保养期，在城市建设不断完善时，人们对道路等维护的要求期望值不断提高，我国基础设施建设逐渐成熟，未来几年中国挖掘机市场必然是大型基建项目不断减少，但是改建、扩建、修缮各种小型工程不断增多。使得新型挖掘装载机具有了良好的社会效益和很好的应用价值。本论文较系统地论述了组合式挖掘装载机设计的背景，详细地论述了传统的挖掘装载机特点及类型，分析了新型挖掘装载机的潜在市场价值。本文主要对组合式挖掘装载机工作装置总体方案设计，各机构设计，包括组合动臂，斗杆，铲斗设计，连杆机构，快换装置和安全锁紧装置进行了详细的计算和分析，各部件之间位置分布。本文采用液压系统控制，要保证挖掘力得到充分发挥就必须确定合理的液压缸的闭锁能力。对各个液压缸的参数进行设计选型并进行必要的校核计算。本毕业设计主要是根据传统两头忙原型进行了计算及设计上的创新，针对现在装载机和挖掘机存在的缺点，设计了这款组合式挖掘装载机，可以实现挖掘机和装载机两种工作模式的自动切换。在机械结构上简单化，多功能化，以便提高组合式挖掘装载机得机电一体化，实现局部自动化，提高生产率、提高在工作上的使用率。第一章 绪论1.1 研究背景传统的挖掘装载机“两头忙”是小型多功能工程机械中的一种，通常在大工程完成后里的小工程中使用。传统挖掘装载机是生活中经常用到的工作设施，是水工建筑物不可或缺的组成部分，它在建筑工程中占据着非常重要的作用。它结构独特，后端为挖掘装置，前端是装载装置。在工作时，只要转动座椅，就可以完成从装载状态到挖掘机操作手角色的变化。挖掘装载机主要在城市与农村的电缆铺设、电力、机场工程、公路建设及养护、农田水利建设、农村住宅建设、开山取石等各种小型建筑队从事的建筑施工工程发挥着重要的作用。它可以跟多种工作装置及辅具想配用，从而进行铲装、挖掘、路面、开挖沟渠、铺设管道等多种作业。 1.2 研究意义20 世纪 60 年代左右，世界各地开发挖掘装载机的热潮不断上升，一直到今天都还在不断发展。现在，全世界挖掘装载机的年产销量大概在 10 至 12 万台，为什么挖掘装载机需求量这么大呢？主要是因为：根据高速公路比较发达的数据统计可以看出，每一百公里高速公路就需要有一台挖掘装载机对其进行维护，而并且挖掘装载机非常适用于道路的建设与维护。但是传统的挖掘装载机体积偏大、而且功率小、较笨重，功能非常单一。随着多功能工程机械慢慢变成世界工程机械市场的焦点，最近几年来，我国经济不断快速发展，挖掘装载机市场也不断变好。主要因为，我国现在处在能源水利、道路交通、城市建设各方面基础建设高峰后期，并且前几年我们大量投入使用公路建设等基础设施，已经进入维护保养期，在城市建设不断完善时，人们对道路等维护的要求期望值不断提高，而靠人力已经很难令人们满足。随着各类大型工程建设不断完工，我国基础设施建设逐渐成熟，未来几年中国挖掘机市场必然是大型基建项目不断减少，但是改建、扩建、修缮各种小型工程不断增多。这样对小型工程机械乳挖掘装载机需求将会增大。由于组合式挖掘装载机功能更加灵活强大：一、不需要装懂座椅美酒可以实现挖掘和装载两个功能；二、挖掘时视野宽阔；三、装载机时可以回转；四、装载机，具备偏转装载功能。它的使用范围和工作效率远远超出现在的挖掘机，装载机，两头忙等小型工程机械产品。而且具备了具有重量轻，体积小，结构紧凑等一系列优点。使得本设计具有了良好的社会效益和很好的应用价值。1.3 研究内容1 组合式挖掘装载机工作装置各机构设计，包括组合动臂，斗杆，铲斗设计，主要采用焊接结构设计，在结构强度足够的条件下大大减少了其加工时间。2 快换装置的设计，快换装置主要用于用于各类工作装置机具的快速更换，实现挖掘机状态到装载机状态的快速更换，提高工作效率。使用快换装载可以让操作人员更方便，灵活的完成工作，大大提高效率。3 各机械构件布置，定位和装配设计，由于该工作装置要完成两个状态的工作，要进行变形，所以对机械构件布置要求较高，各机械部件之间不能互相干涉。4 液压系统的初步设计计算，要保证挖掘力得到充分发挥就必须确定合理的液压缸的闭锁能力。选定几个反铲作业下的主要工况作为计算位置来计算各液压缸应具有的闭锁力，使之在各个工况下不发生液压缸被动回缩或伸长，进而保证工作液压缸作用力的发挥。5 安全锁紧装置的设计，由于本设计存在变形折叠状态，考虑到安全锁紧问题，必须在该装置上设置安全锁紧装置。从而实现装载模式到挖掘模式之间的转换，并保证它的强度和刚度。第二章 挖掘装载机概述液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。是目前挖掘机中重要的品种。它的作业过程是以铲斗的切削刃（通常装有斗齿）切削土壤并将土装入斗内，都装满后提升，回转至卸土位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到挖掘面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械位移以便继续工作，因此，是一种周期作业的咨询式土方机械。2.1 行走类型根据行走装置方式不同，液压挖掘机主要分为履带式，汽车式，轮胎式，悬挂式以及托式等种类。汽车式与悬挂式主要是根据汽车及拖拉机为基础机械（底盘）的装设挖掘或装载工作装置的小型挖掘机。国产履带式装载机大多是在推土机的基础上形成及市面上使用和生产的主要是轮胎式装载机，这两类装载机除了行走装置不一样外，其它系统跟构造基本相同。2.2 回转类型根据挖掘装载机回转时部分转角不同，液压挖掘机可分为全回转跟半回转两类。现在市面上大部分的液压挖掘机是全回转式，而一些小型液压挖掘机比如悬挂式等工作装置只能作 180左右回转，是为半回转式。2.3使用类型根据使用场合不一样可分为：露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。目前露天轮式装载机比较常见；而铲运机的结构形式相对露天轮式装载机来说是比较简单的。2.4传动类型根据传动形式不一样可以分为：液力机械传动式，机械传动式，液压传动式和电传动式。2.5装载类型根据装载方式不一样可分为：侧卸式跟回转式，前卸式，后卸式。轮式装载机几乎都是前卸式。2.6转向类型根据转向方式不一样可分为：整体式跟铰接式。国产轮式装载机基本上用的都是铰接式。第三章 组合式挖掘机工作装置方案设计3.1 工作装置选择总原则设计合理的工作装置应该要满足以下的要求：1、主要的基本工作尺寸以及工作范围要满足工作条件使用要求。注意运动参数可能受到机构碰撞限制等可能性。2、整机挖掘力大小与分布情况应满足工作条件使用要求，并且具备一定先进性。3、确定铰点布置的结构形式与截面尺寸形状要尽可能使受力状态有利，在满足必要的刚度，强度，和连结刚性的情况下尽量轻点。4、功率利用尽量好，理论工作时间短一点。5、运输与停放的时候，挖掘装载机工作装置应具有合理的姿态，使得运输尺寸小，工作稳定性好，安全可靠，而且尽可量让液压缸减载甚至卸载。6、由于作业工作条件比较复杂，使用情况比较多变，考虑到工作装置的通用性，变铰点结构与配套机构比较常用。要满足工作条件要求下，力求替换的构件种类少，结构简单，换装方便。7、工作装置的液压缸采用系列参数，尽量减少使用的液压缸零件种类，特别是经常更换的零件。8、工作装置的结构设计形式和布置方式要方便装卸、维修，特别是零件更换。9、要采取一定的有效措施来满足特殊工作使用要求。3.2 动臂和斗杆总体方案的选择动臂是工作装置里面最重要的构件，而斗杆的结构形式取决于动臂的结构方式。反铲工作中常用的动臂主要有整体式和组合式两种，为了满足折叠要求，本设计主要采用组合动臂。组合动臂液压缸的布置方案如图 31 所示，小动臂液压缸装于大动臂的后方，锁紧组合动臂，大动臂液压缸装于大动臂的后方，也就是“悬挂式液压缸” 。主要是可以使动臂下降幅度较大，这样在工作时，特别是在挖掘深度较大时动臂液压缸处于受压缩状态，有较强的闭锁能力。图 31 动臂液压缸的布置方案3.3 铲斗总体方案的选择铲斗跟铲斗液压缸之间的连接主要有三种形式，如图 32 所示，其不同主要在于液压缸跟铲斗的连接方式不一样。图 a 为四连杆机构，铲斗，斗杆与液压缸直接连接。图 b 中铲斗液压缸经过与摇杆 1 和连杆 2 跟铲斗相连接，与斗杆组成六连杆机构。图 d 与图 b 差不多，不同在于前者液压缸铰接在摇杆两端，图 c 的机构传动类型与图 b 类似，但是铲斗摆角位置转动一个角度。图 32 铲斗与铲斗液压缸的连接形式六连杆方式和四连杆方式相比较，在相同的液压缸行程情况下能使铲斗转角更大，进而改善了工作机构传动特性。而六连杆机构中方式 b 和 d 在液压缸行程一样时，d 能获得较大的铲斗转角。综合考虑本设计使用共点六连杆，如图 b。总体方案如图 31。第四章 挖掘机工作装置设计计算4.1 斗型参数的选择铲斗的四个主要参数有： 挖掘机铲斗容量 q，平均铲斗宽 B，转斗挖掘半径R 和转斗挖掘装满转角 2（令 = max） 。他们之间有以下几何关系 SKBqsin21（41）式中 装满时的铲斗体积， 318.0mq；平均铲斗宽度，一般选取 R75；R铲斗挖掘半径；sK土壤松散系数，取 1.20；2挖掘装满角，全面考虑有关因素，可以取 2=90o100o，取2 =95o。将以上各值代入式(41)，计算得 mR601。铲斗上两个铰点 K 和 Q 的间距 24l太大将影响铲斗机构的传动特性，太小则影响铲斗结构刚度，一般取特性参数 36.02.324QVKl。取375.02K。则 5.260375. QV一般地，取1910K，取104.2 组合动臂机构参数选择确定特性参数 21l即组合动臂和斗杆的长度比。由于对于一定的工作尺寸来说，特征参数可以在很大的范围内选择。初选 76.1K。据统计，最大挖掘半径 1R大小一般与 321ll的和值相接近。因此根据要求的最大挖掘半径 1，已定的 3l和 K可按下面近似经验公式初定 1l和 2：2132lKlR(42)由原始参数给定最大挖掘半径为 mR610， mRl703代入公式（42）得 2l=1960mm， l=3450mm。组合动臂液压缸全伸和全缩时的力臂比 4K按不同情况选取，通用挖掘机以反铲为主要适当顾及其他换用装置需要在地面以上作业时有足够提升力矩可取 4K=0.81.1。初选 4K=0.9。1的取值对力臂比 ，最大挖掘深度 max1H有很大影响。加大 1，使4减小或使 max1H增大，这刚刚好符合反铲作业要求。所以基本用作反铲的小型机取 60，甚至有的取 180。初选 1=80。根据液压系统的工作压力，系统回路，供油方式，流量，工厂制造和三化的要求等确定了液压缸的伸缩比系数 。加大液压缸伸缩比 1会增大动臂的转角max，但由于受液压油缸稳定性限制， 1一般取 1.61.7。初定组合动臂液压缸的伸缩比 1=1.67。由机体尺寸与工作尺寸经验系数表 1及线尺寸参数公式： ）（GkLlii3（43）由公式（33）可得 5l=AC=560mm 如图 41。图 41 AC 计算简图组合动臂及组合动臂液压缸铰点几何关系可由图 42 用公式表达：由样机，初选无因次比例系数 =0.5，则由 min15Ll，可得液压缸最小极限尺寸min1L=1120mm,液压缸最大极限尺寸 m18706.iax 组合动臂在上极限最小位置时由 1CAB得cos2755min12llL（44） 常 数75min17cos22lLlp（45）图 42 动臂和动臂液压缸铰点位置的几何关系组合动臂在下极限最大位置时由 CAB得cos755max122llL（46） 常 数75max172cos2lLlM（47）根据几何关系 1CAB得 sinim15Llsinsim15Ll又由 得 siinax5liiax15l所以组合动臂在上，下极限位置时液压油缸作用力臂相对应为 2min157min1577ssi pLlllez axax0 M液压缸作用力臂比22min1ax04 1MpLpeKz =0.9 （48）取无因次比例系数为 min15l， min17l，把它们代入式（45）和式（47） ，得出 21p2M（49）将式（49）代入式（48）得 4.1 由式（49） （46） （47）得 ml5687从 CAB和 1之间可以看到 ， 三者之间的关系：. .；901。符合设计要求大于 ，此时 7l 5。而悬挂式动臂的连接方案就是属于此类。由式（44）和（46）可得30 864.015602282cos275min17lLl14 1.87cs 2222275max17ll所以，组合动臂的摆角为 4当斗杆液压缸全压缩时 832CFQ最大值，通常选取1806max832。选取 7ax32。当组合动臂液压缸全压缩状态时，斗杆液压缸全缩，QV 连线垂直状态时可以得到工作装置最大卸载高度状态，如图 43。由图根据几何关系可得最大卸载高度表达公式为：30218min1ax32inmax 8sinslllYcH（410）初选 0CBF，则ml lll26643.015826cos2712222图 43 最大卸载高度计算简图根据正弦定理可得， 21sinill，所以4.01806.29239，将以上所得结果代入式（410）可得 mYc753当组合动臂液压油缸到达最大极限工作位置，FQV 三点在一条线上并处于垂直状态时就是最大挖掘深度的状态，如图 44。由图根据几何关系可以得到最大挖掘深度表达公式为：符 合 要 求 mYcllH438 753)6.291409sin(45019670max112ax 图 44 最大挖掘深度计算简图4.3 斗杆机构参数选择要确定斗杆液压油缸的铰点相对位置，行程以及力臂比应考虑三个因素：保证斗杆液压缸必须能够产生足够的斗齿挖掘力。一般说来我们希望液压缸能够在全行程中产生始终大于正常挖掘阻力的斗齿挖掘力；液压缸全伸时的作用力矩应该足以支承满载斗和保证斗杆静止不动；液压缸最大作用力臂产生的最大斗齿挖掘力应该大于要求克服的最大挖掘阻力。保证斗杆液压缸有一定的闭锁能力。对于以转斗挖掘为主的小型反铲挖掘机，在选择斗杆机构参数时必须要注意转斗挖掘的时候斗杆液压缸的闭锁能力，要求在主要挖掘区内转斗液压缸的挖掘力能得到充分的发挥。保证斗杆摆角范围。斗杆摆角范围在 105125之间。在满足斗杆工作范围和运输要求前提下此值应尽可能取小些。通常来说斗杆越长，其摆角范围也可以稍小。当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸到最大极限位置时，铲斗的前臂与动臂之间的距离应不小于 10cm。 斗杆上的角度 EFQ的大小取决于机械结构因素，并考虑工作范围一般在1703之间。选取 4。参考国内同类机型机器斗杆挖掘力大小为 KNPG40max，按要求的最大挖掘力可以确定斗杆液压缸的最大作用力臂 9l。初选斗杆液压缸缸筒内径为120mm，杆径为 60mm，伸缩比 67.12。可查得，液压缸的推力为 237.46KN，拉力为 159.57KN。 23max9max2PlleG（411）则ml 496.157049ax2 则斗杆的摆角在 2之间，取10ax2斗杆液压缸的初始力臂值 0e与最大力臂值 me的比值是斗杆摆角 max2的余弦函数。令 ze20，则有 2coscsmax9axmax2 l可见 9l确定以后 ax2越大， 0e和 z2就越小。如图 45 所示，铲斗平均挖掘力也就越小。图 45 斗杆机构参数计算简图由图 45，令 ze20，求得1sin2max9minll=1208mm，则 max2l2017mmcosa9min292in8 lll(412)将所得结果代入式(412)可得 l16378挖掘机处于最大卸载高度的时候处，斗杆液压缸到达最小极限位置,此时 251704253609.cos98min22 CFQEFDDCEFlLl4.4 铲斗机构参数选择作机构铲斗参数选择时，已知 10,1960,263,30 102243 KVmFlKQlmQVl 待选的参数还有 7 个（见图 46）即 等及min3,ax2112131510 , LNQlMKllGNlFl 。图 46 铲斗机构参数选择如前所说，挖掘机铲斗在挖掘过程中转角大约为 90100，为了要满足开挖和最后卸载以及运输状态的要求，铲斗的总转角要达到 150180，初选 160max3。如图 47 所示，设 min3Ll时斗齿尖为 0V，则 0肯定能在 FQ 延长线，或者在它上侧的 030处，初选 0在它上侧 15处，则这时 10QV作为仰角。图 47 铲斗机构参数选择要求铲斗液压缸的伸缩比应当在一定允许的范围内，对铲斗机构可取 65.143。本设计初选 46.13。由图得， SM1=552mm，即转斗液压缸的行程。则mLmLS17522052.0ax3in3 in3ini3ax则可测量的 866GFQ， 。根据机构和几何关系确定 G 点的位置，要保证铲斗六连杆机构在 3l的全部行程中任何一个瞬时都不被破坏，也就是保证 GNMF,在每个瞬时都存在。3l整个行程中机构都不能出现死点，并且传动角必须在允许范围内。在每个瞬间各构件之间都不应有任何干涉，碰撞现象。 符 合 要 求 。MNGlN34.5 铲斗快换装置选择快换装置主要用于用于各类工作装置机具的快速更换，实现挖掘机状态到装载机状态的快速更换，提高工作效率。并且本设计里组合式挖掘装载机由于使用的工况较多，常常需要更换工作装置，比如挖掘铲斗，装载铲斗，破碎锤等等。使用快换装载可以让操作人员更方便，灵活的完成工作，大大提高效率。4.5.1 主要结构和工作原理本设计采用简单的手动设计，主要由快换装置壳体、斜锲块，和圆柱斜锲块，弹簧，螺钉组成。如图 4-8 所示图 4-8 快换装置结构简图4.5.2 拆卸铲斗将铲斗放在地面上，通过手动扳手使快换装置里的销轴缩回，反向操作铲斗控制手柄，从而使销轴脱离铲斗孔，铲斗卸下。4.5.3 更换其他的工作装置原理与此类同第五章 装载状态工作装置设计计算5.1 设计要求平移性：铲斗从最低铲起收斗位置到最大卸载高度时的任意位置，应保证铲斗中满载的物料不撒落，即铲斗后倾角的变化应不大于 15。一般，铲斗在地面时取后倾角为 45 ，在最大卸载高度时取 60 。卸料性：在动臂提示过程中的任意位置，铲斗都能卸净物料，即在任意位置时都能使铲斗的卸料角大于 45 。放平性：铲斗在任意位置卸完料后，应保证动臂下降到最低位置时，铲斗能自动放平处于铲掘位置。力的传递性：为保证连杆机构具有较高的力传递效率，应尽量使杆件之间力的作用方向与铰接点运动方向的夹角，即压力角不要太大（传动角不超过 90 的情况下尽量的大） ，已使有效分力尽可能的大些。不干涉性：连杆机构在作业过程中无运动干涉。图 5-1 平移性 图 5-2 卸料性GRmax RminB1C1D1E1F1C1B2D2C2E2F2D3B3E3F3F3D3D2C2 F2D1F1HA4545m lehB图 5-3 装载机工作状态运动简图5.2 装载铲斗基本参数的确定设计时，应该铲斗的回转半径 R(即铲斗跟动臂铰接点到切削刃之间的距离)当做基本参数，铲斗的其他参数就作为 R 的函数。R 是铲斗的回转半径(见图 5-4)，铲斗的回转半径大小直接影响铲斗底壁的长度，还直接影响转斗时掘起力以及铲斗斗容的大小，所以铲斗的回转半径是一个与整机总体相关的重要参数。铲斗的回转半径尺寸可由下式计算。图 5-4 铲斗参考尺寸= 1.200.5(+cos1)sin-2cot2-0.5(1- 180)（m） (5-1)式中 Vr铲斗额定容量，m；铲斗内侧宽度，m；0g铲斗斗底长度系数，g=1.401.53； z后壁长度系数，z=1.11.2；k挡板高度系数，k=0.12 0.14；r圆弧半径系数，r=r/R=0.350.4；张开角,为 6575；1挡板跟后壁之间的夹角，选择 1 时要让侧壁切削刃与挡板垂直。在设计过程中，铲斗额定容量由任务书给出的 Vr=0.55m。铲斗内侧宽度=b+ +(0.10.2)-2a (m) (5-2)0 式中 b-装载机的轮距，m；-轮胎的宽度，m；a-铲斗侧壁切削刃的厚度，m。查阅资料，装载机图册，得 b=1.35m， =0.28，a=0.015m，关于(0.10.2),取 0.15m.计算得 =1.75m。0设计参数选择，根据经验可以获取g=1.5，z=1.15，k=0.13，r=0.4，=70，1=13。通过上述参数的选择，带入(4-1)式中，得到 R=0.4163m，取 R=420 mm;(3)铲斗截面各边尺寸计算斗底长度：Lg=Rg=4201.5=630mm， (5-3)斗后壁长度：Lz=Rz=4201.15=483mm， (5-4)挡板高度：Lk=Rk=4200.13=54.6mm， (5-5)斗底圆弧半径：r=Rr=4200.4=168m， (5-6)2.铲斗容量计算与误差判断铲斗容量是装载机的总体参数之一，铲斗的斗容量已经系列化，其计算也以标准化。(1)铲斗容量计算设计铲斗的额定容量： 200386rbBVSaac(m) (5-7)式中 S铲斗平装容量横截面， ;a挡板高度， m；2b铲斗开口长，m；c堆积高度，m。铲斗平装容量横截面 S 的计算： 1如图 4-8 所示，铲斗平装容量横截面积 S 由 5 块基本几何图形组成。图 5-5 铲斗截面计算计算式为 12345SS （5-8）式中 S1扇形 AGF 的面积，m2；S2直角三角形GFN，m2；S3直角三角形GAC，m2；S4三角形CGN，m2；S5直角三角形CND，m2。由图 5-5 知：S1= =0.047m2()2360(180)S2= = 0.040m21212( tan2)=S3= 0.053 m212=12( tan2)=S4= =0.061 m2()()()S5=0.038 m2综上所得： S=0.239m2铲斗开口长 b 和堆积高度 c 的计算 2铲斗开口长 b 的计算：CN=650mm;b=780mm堆积高度 c 的计算：图 5-6 是额定容量铲斗横截面积，其中挡板高 DN 为 a，CD 是铲斗开口长度 b，IH 是斗尖至铲斗侧壁高度 c。根据美国汽车工程师手册规定 IH 垂直于CD，且 IK=CK/2=b/4.按照一般的设计要求，挡板 DN 要垂直于斗侧壁 CN，所以CKHCND。则根据几何关系有 c=IK+KH= 203mm14+ 222=图 5-6 额定容量铲斗的横截面铲斗容量计算代入(4-7)式中，得 0.529m。=（1）铲斗的容量误差判断公式为若 满 足 式中 计 算的斗容量； 设计 中 给 定的允 许 斗容量 误 差，根据 设计 要求 为 0.13则 0.529-0.55=0.020.1所设计的铲斗容量符合设计要求。根据经验公式可得铲斗回转半径 R0420mm动臂与车架铰点 HA（1.52.5）R0=840mm动臂与铲斗铰点 HB 0.06-0.12R0（250-300mm）动臂回转角 80- 90动臂长度 lD1960mm铲斗回转角 100- 125铲斗上两铰点间得距离 BC263mm摇臂与动臂铰点 E 距 A 点距离 le0.45-0.5lD摇臂与动臂铰点 E 距动臂中心垂直距离 m0.11-0.18lD摇臂长臂 ED0.29-0.32lD，摇臂短臂 EF0.22-0.24lD连杆最小长度 CDCEDE转斗油缸行程 lx Rmax Rmin=180mm通过计算可得最高卸载高度为 1700mm第六章 工作装置各部件运动及受力分析6.1 组合动臂液压缸的作用力计算动臂液压缸必须保证反铲作业过程任何位置上都能提起带有满载铲斗的工作装置达到最大极限位置。可选用三个计算位置：1.从最大挖掘深度提起满载斗状态下（图 61 a）2.最大挖掘半径时举起满载斗状态下（图 61 b）3.最大卸载高度时提起满载斗状态下（图 61 c）根据斗容量查课本表 2-7 确定工作装置各部分重量：表 6-1 反铲装置的构造近似质量表 斗容动臂斗杆 铲斗斗杆缸铲斗缸连杆摇杆动臂缸3mtG1t2t3tG4t5tG6t70.1180.2230.1790.0860.0550.0510.0170.055tqtt 2.18.7.1,)(初 选斗 内 土 重6.1.1 从最大挖掘深度处提起满载斗图 61 动臂液压缸的作用力计算简图由 0cM 有： 0654321 trGrGrrePKNtGrGP t 4.2.1654321 表 6-1 最大挖掘深度处各重量的近似力臂值表（mm） 土 动臂 斗杆 铲斗 斗杆缸 铲斗缸 连杆摇杆 动臂缸 力臂tr12r34r56r7r1e187616852654 198623682754 26541254 494 6.1.2.从最大挖掘半径处提起满载斗表 6-3 最大挖掘半径处各重量的近似力臂值表（mm） 土 动臂 斗杆 铲斗 斗杆缸 铲斗缸 连杆摇杆 动臂缸 力臂tr12r34r56r7r1e405012003010 434015403830 4540 490 542由 0cM 有： 0654321 trGrGrreP KNtet54.16.1.3.从最大卸载高度处提起满载斗表 6-4 最大卸载高度处各重量的近似力臂值表（mm） 土 动臂 斗杆 铲斗 斗杆缸 铲斗缸 连杆摇杆 动臂缸 力臂tr12r34r56r7r1e28206251876 30246952597 2886 128 293由 0cM 有： 0654321 trGrGrreP KNet2.5616.2 液压缸的闭锁压力计算要保证挖掘力得到充分发挥就必须确定合理的液压缸的闭锁能力。在挖掘机工作范围内当工作装置处于不同位置的时候各个液压缸所受到的被动作用力值不不一样，所以要全面地确定各位置下的液压缸被动作用力，非常繁琐，也没有必要。通常选定几个反铲作业下的主要工况作为计算位置来计算各液压缸应具有的闭锁力，使之在各个工况下不发生液压缸被动回缩或伸长，进而保证工作液压缸作用力的发挥。初选大动臂液压缸一支，缸径 100mm，杆径 45mm。则大动臂液压缸大腔推力 196.3KN，大动臂液压缸小腔推力 134.7KN，初选小动臂液压缸一支，缸径 100mm，杆径 45mm。则小动臂液压缸大腔推力 196.3KN，小动臂液压缸小腔推力 134.7KN，初选斗杆液压缸一支，缸径 120mm，杆径 56mm。则斗杆液压缸大腔推力237.5KN，斗杆液压缸小腔推力 159.5KN，初选铲斗液压缸一支，缸径 100mm，杆径 45mm。则铲斗液压缸大腔推力196.3KN，铲斗液压缸小腔推力 134.7KN，初选举升液压缸一支，缸径 100mm，杆径 60mm。则举升液压缸大腔推力196.3KN，举升液压缸小腔推力 134.7KN，为确定各液压缸的闭锁压力，选用以下三个计算位置：6.2.1 组合动臂处于最低位置，斗杆呈垂直状态，转斗挖掘，其作用力臂为最大（图 62） 。因此铲斗液压缸产生的挖掘力为最大，挖掘阻力对动臂铰点 C，斗杆铰点 F 所造成的力矩均接近最大值，而动臂液压缸的力臂值为最小。表 6-5 第一种工况时各作用力的近似力臂值表（mm） 1r23r56r78r10r134r18e2223258222128174148716871895236812833927253494498转斗液压缸挖掘力 1W可通过对 Q 点的力矩平衡方程求得：KNlrGP65.37012886.702823.19353从可能出现的最不利的情况出发，假设存在法向阻力，其值取 kNW3.165.12各力对 F 点取矩，可得到斗杆液压缸所受的被动作用力 2PKNerGrWP6.19549817402.1806.1703.14870.3 432625712 图 62 第一种工况液压缸闭锁压力计算简图其中， 2G斗杆，转斗液压缸及连杆机构总重 t247.01.05.179.2P使斗杆液压缸受压缩（液压缸的大腔为高压腔） 。假设此时限压阀调定压力等于液压缸的工作压力，则大腔的闭锁力等于其作用力 196.3KN，而大于 2=195.6KN ，显然能锁住。富余的百分比为：%3.013.96152 P同样对动臂在平台上的支撑点 C 取矩，求得动臂液压缸所受的被动作用力1PKNerGrWr7.249 49 1230.20147.018306.39271.5305. 4101428 1P使动臂液压缸受压缩（液压缸的大腔为高压腔） 。假设此时限压阀调定压力等于液压缸的工作压力，则大腔的闭锁力等于其作用力 196.3KN，而小于 1=216.8KN，显然液压缸会回缩。为了防止液压缸回缩，限压阀的调定压力应高于液压缸工作压力，超出的百分比为： %5.103.196821 P6.2.2.动臂处于最低位置，挖掘深度最大，F、Q、V 三点共线，铲斗挖掘，要求能克服平均挖掘阻力（图 44） 。在这种挖掘状态下，挖掘阻力对动臂铰点C 必将造成最大的挖掘阻力矩。它会要求液压缸缸径加大，或闭锁力过分增高，这种过分要求被认为是不合理的。因此在这种位置挖掘时要求只克服平均挖掘阻力。首先计算最大挖掘阻力： DBAZXRW35.1maxmax1)cos(（41）式中 C土壤硬质系数。对于 III 级土宜取 1509c,取 C=100。铲斗与斗杆铰点到斗齿齿距离，单位为 mm。取 mlR73。max挖掘过程中铲斗总转角的一半，48maxB切削刃宽度影响系数， bB6.21， 为铲斗平均宽度，单位为 m。95.7.0621。A切削角变化影响系数，取 3.A。X斗的侧壁厚度影响系数，初选 cX15。Z带有斗齿的系数，Z=0.75。D切削刃挤压土壤的力，根据斗容大小在 D=1000017000N 的范围内选取，斗容为 0.118 m3 小于 0.25m3 时，D 应小于 10000N。取 D=8000N。kNW48.32 8075.13.95248cos103.1max1 kN.632.1铲斗平均挖掘阻力： J 98.574.%807max11取 kNW25kJJ.1表 6-7 第三种工况时各作用力的近似力臂值表（mm） 1r23r56r710r13r1418r1e2248 279 299 70 140 2610 2069 2000 1233 2000 3940 429 524对动臂在平台上的支撑点 C 取矩：KNerGrWrPJJ46.2049206918.0217.0123.02153915 44313428 1使动臂液压缸受压缩（液压缸的大腔为高压腔） 。假设此时限压阀调定压力等于液压缸的工作压力，则大腔的闭锁力等于其作用力 196.3KN，而小于 1P=200.46KN，显然液压缸会回缩。为了防止液压缸回缩，限压阀的调定压力应高于液压缸工作压力，超出的百分比为：%1.203.1964201 图 64 第三种工况液压缸闭锁压力计算简图同理，对 F 点取矩得：KNerGrWPJ7.12352470186.017.065 4253712 P使斗杆液压缸受压缩（液压缸的大腔为高压腔） 。假设此时限压阀调定压力等于液压缸的工作压力，则大腔的闭锁力等于其作用力 234.7KN，而小于 2=123.7KN ，显然液压缸锁住。富余的百分比为：%7.89107.2341 P表 6-8 液压缸闭锁力计算结果汇总表 液压缸参数 液压缸闭锁压力（Mp）缸径 杆径 行程 大腔推力 第工况 第工况液压缸种类 只数mm KN闭锁压力 超压闭锁压力 超压动臂缸 2100 45 600 196.3 16.22 0.3% 18.28 2.1%斗杆缸 1120 56 800 234.7 16.31 10.5% 19.22 89.7%转斗缸 1100 45 1000 196.3 第七章 安全装置分析由于本设计存在动臂折叠状态，所以考虑到安全问题，必须在该装置上设置安全锁紧装置。从而实现装载模式到挖掘模式之间的转换，并保证它的强度和刚度。7.1 斗杆安全锁紧装置本设计中在斗杆接近快换装置的一端，大动臂靠近下动臂的一端设置有相互配合的斗杆安全锁紧装置，主要是为了折叠时让斗杆与小动臂锁紧在一起，起到安全锁紧定位作用。如图 7-1 所示，斗杆安全锁紧装置主要包括斗杆上的销轴，销轴固定在斗杆上面，为固结方式连接，不会发生移动；小动臂上的安全锁紧装置，两个是配合使用的。当销轴按折叠方向运动到小动臂的安全锁紧预定位置，锁紧装置里的销轴伸出，锁紧销轴，从而锁住斗杆，使斗杆与小动臂不能发生移动。图 7-1 斗杆安全锁紧装置7.2 组合动臂安全锁紧装置本设计中在大动臂靠近操纵台的一端设置了组合动臂安全锁紧装置，与该安全锁紧装置相互配合的是斗杆上的连接销轴。如图 7-2 所示，该安全锁紧装置主要包括小动臂与斗杆上相互连接的销轴；