文献综述 - 挖掘机手臂设计

挖掘机手臂设计1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： 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 论挖掘机手臂设计2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 ， 常挖掘机手臂设计3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 。挖掘机手臂设计4(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 挖掘机手臂设计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 大型挖掘机挖掘机手臂设计6Cat(卡特) 313D 系列 2 液压挖掘机徐工集团 XXE150W加藤挖掘机 HD1430R挖掘机手臂设计7龙工挖掘机 LG6060D 挖掘机厦工机械股份有限公司 LT230 履带式液压挖掘机挖掘机手臂设计8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 向挖掘机手臂设计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(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 ， 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