【JX242】液压挖掘机设计[KT+RW]【3A0】
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【JX242】液压挖掘机设计[KT+RW]【3A0】,jx242,液压,挖掘机,设计,kt,rw,a0
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中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名： 陈霄 学 号 ： 14030324 学 院： 应用技术学院 专 业： 机械工程及自动化专业 设计题目 : 液压挖掘机 专 题： 指导教师： 王启 广 职 称： 教 授 2007 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 应用技术 学院 专业年级 机自 2003 级 学生姓名 陈霄 任务下达日期： 2007 年 3 月 1 日 毕业设计日期： 2007 年 3 月 1 日至 2007 年 6 月 20 日 毕业设计题目： 液压挖掘机 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： 1. 斗容为 1挖掘级以下土壤的液压挖掘机。 2. 工作装置的 运 动分析。 3. 整体设计。 4. 回转装置设计。 5. 零件图设计。 6. 液压传动系统的原理设计。 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 ： 学院领导小组负 责人： 年 月 日 院 毕业设计开题报告 课 题 名 称： 液压挖掘机 技术研究 学 生 姓 名： 学号： 指 导 教 师： 称： 讲师 所 在 学 院 ： 机电 工程学院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 院 说 明 1根据 徐州 工程学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查， 学 院 教学 院长 批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解 仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它 课题 名称 液压挖掘机设计 课题来源 课题类型 工程技术 选题的背景及 意义 我国建筑部门使用的挖掘机多为机械传动的单斗挖掘机。六十年代以后，随着各项建设事业的发展，液压传动的挖掘机才获得了越来越广泛的应用。挖掘机在建筑、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程中被广泛地使用。挖掘机主要用于筑路工 程中的堑壕开挖，建筑工程中开挖基础，水利工程中开挖沟渠、运河和硫浚河道。在采石场、露天开采等工程中剥离和矿石的挖掘等。据统计，工程施工中约 60的土方和石方量是靠挖掘机完成的。 液压挖掘机是土方和石方工程的主要施工机械，广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。液压挖掘机利用工作装置进行土方和石方挖掘，工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志。 研究 内容拟解决的主要问题 (1)对液压挖掘机的工况进行分析，根据液压挖掘机的工作特点，从几何尺寸、动力特性、结构强度、经济性 等方面分析液压挖掘机工作装置设计应该满足的要求，讨论液压挖掘机工作装置的设计原则，为液压挖掘机工作装置的设计提供依据。 (2)分析挖掘机挖掘时 受力工况，进行 工作装置整体强度刚度及其模态分析 。 准备解决 工作装置的应力分布可以很好的解释失效的原因。 分析挖掘阻力的特性，解决如何能减小挖掘阻力。 (3)液压挖掘机工作装置上铰点较多，工作时销轴和轴套之间相对转动且传递载荷大，工作装置铰点销轴和轴套之间的配合间隙直接影响到工作的可靠性。配合间隙过小，难于形成稳定的润滑油膜，易造成摩擦、磨损甚至断裂破坏；配合间隙过大，影响到铰点销轴和轴套的接触疲劳寿命。因此， 拟解决如何 确定轴和轴套的间隙，对挖掘机工作装置的设计 进行优化 。 研究方法技术路线 本设计对液压挖掘机的典型工况进行了分析，根据液压挖掘机的工作特点，从几何尺寸、动力特性、结构强度、经济性等方面讨论了液压挖掘机工作装置的设计要求，提出了液压挖掘机工作 装置的设计原则。通过分析挖掘机工作装置铰点的失效机理，提出了铰点销轴和轴套最小间隙的计算公式和最大间隙的限制条件。同时以某挖掘机工作装置为例，进行了工作装置的优化设计。对比优化设计和原设计尺寸，比较了主要作业参数，得出经过优化设计的铲斗缸的挖掘力得到了充分发挥。 液压挖掘机是工程机械的主要类型，它利用工作装置完成挖掘作业，工作装置的性能是整机设计水平的重要标志。论文针对液压挖掘机工作装置设计中存在的共性问题，结合企业科研攻关课题，对液压挖掘机工作装置整体有限元分析、铰点轴承设计、工作装置运动学和动力学综合优 化等关键技术进行了研究。 研究的总体安排和进度计划 第 1查阅挖掘机有关资料，制定设计方案。 第 4撰写开题报告，进行预设计。 第 6 进行挖掘机的正式设计及绘制相关图纸 。 第 13完成毕业论文及图纸 。 主要参考 文献 1 张启君，刘伟国内挖掘机行业发展的探讨 J筑路机械与施工现代化，2005（ 2） 2 6. 2 陈正利中国挖掘机行业十年发展历程及当前行业面临的机遇和挑战 J工程机械文摘， 2006（ 5）： 2 6. 3 刘长征 水陆两用液压挖掘机浮 箱的有限元分析及其改进设计D长春：吉林工业大学机械学院， 1994. 4 吴永平挖掘机作业机群配置技术研究 J工程机械， 2002(2)： 15 17 5 同济大学主编单斗液压挖掘机 M中国建筑工业出版社， 1986 7 of 002,12(1):119 138. 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 学院 意见 教研室 主任签名： 年 月 日 教学 院 长 签名： 年 月 日 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 摘 要 本次结业设计的题目是轮胎式液压挖掘机与其它类型的挖掘机相比 ,这种类型的挖掘机有很多优点 ,它使用汽车底盘 行驶速度较履带式更快 ,此外 ,它还有很好的适应性 ,可以市区中行走 ,其引它采用液压传动 ,这改善了 挖掘机的整机性能 ,使其更可靠 ,再次可以在多个方向上工作 ,并准确卸载 ,且可方便卸载 . 本次设计的主要参数是给出了斗容量 :1本次主要设计挖掘机的工作装置 ,回转驱动装置 ,液压传动原理 . 在设计中 ,我采用了汽车盘并加以改 一个更大的范围内工作 ,因 造以满足要求 ,上部转台是全回转式 ,因此它可在采用 了液压传动控制而使整机性能得以改善 其挖掘机力提高了很多 ,整机质量约 26 吨 ,挖掘力 140载高度约 掘深度 掘半径 关键词 :液压挖掘机 ; 液压控制 ; 液压系统 ; 全回转 ; 卸载 ; 铲斗 . 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 a is to of of of a of it to in it in it it to a to to to it on of is to of to to In I in to a of to a s is a so it e a to to to a is 6 40 m, m, a m. to a 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 目 录 1 概述 1 械发展的特点 1 掘机械的类型 2 斗液压挖掘机的基本组成和工作原理 2 次设计任务 2 2 设计方案 3 作装置方案设计 3 作装置设计原则 3 铲装置的组成及构造特点 3 体结构方案 4 转机构方案设计 5 回转机构的基本要求 5 转机构的选择 5 动器的选择 6 压系统方案设计 6 斗液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作 6 液压系统的要求 6 3 工作装置设计计算 7 寸估计 7 动分析 8 构自身几何参数 8 臂的运动 8 杆的运动 12 斗的运动 13 作装置的设计计算 14 形参数选择 14 斗挖掘阻力计算 14 臂机构参数的选择 15 斗机构的参数选择 20 斗机构载荷分析 21 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 杆机构的参数选择 22 臂液压缸，斗杆液压缸，铲斗液压缸初步设计估算 24 4 回转装置设计计算 25 动轴承式回转支承的选型计算 25 转起动力矩和制动力矩计算 31 星减速器设计 32 形及精度 33 轮材料及其性能 33 算传动比 33 配传动比 33 速级设计计算 34 速级的计算 45 的设计 47 5 转台布置和整机稳定性 47 台布置 47 机稳定性计算 48 6 液压系统设计 50 压系统基本回路 50 统初步计算和液压元件的选用 54 结论 56 参考文献 57 致谢 58 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 1 页 1 概述 械发展的特点 1)挖掘机品种和产量剧增并向多功能 ,高效发展 为适应各种工程对象的要求以及国际市场的竞争 ,七年内品种增加 1015 倍 ,达 600 多种以上 中小型单斗挖掘机还附有多达数十种可换工作装置 经济效果显著也发展很快 . 2)液压挖掘机迅速发展 液压挖掘机由于使用性能 ,技术指标和经济指标上的优越 ,六十年代即开始蓬勃发展 ,六十年代末世界各国液压挖掘机产量与挖掘机总产量之比平均值已达到时 80%以上 . 3)普遍重视产品的标准化 、系列化、通用化以及新技术、新工艺、新结构和新材料的采用 产品的“三化 ” 不仅可大大缩短新产品的设计研制周期和老产品改进更新换代周期 ,有利发展品种 ,并且便于大批量生产、提高产量和质量、降低成本、有利用用户的使用修理以及配件的生产和供应 挖掘机主要生产国美、日、法、西德和苏联等除有国家标准外各大公司还有自己的系列标准 . 4)生产专业化程度不断提高 ,并重视质量管理 加强挖掘机及其零部件生产的专业化 ,使工厂集中精力于承担有限部分的加工工艺 ,为大批量生产保证产品的质量、降低 成本增加利润并便于产品的变型 发展 由几个专业厂专门为主机厂配套 . 国外制造挖掘机各公司对质量的管理都非常重视 ,认为是影响企业生存和发展的重要环节 5)重视试验与研究工作、提高科技人员的比例 为了不断提高挖掘机产品质量 ,改进产品性能和发展新产品 ,各国普遍重视试验研究工作 掘机的试验中心、试验研究所或室等 . 掘机械的类型 挖掘机械的类型与构造型式繁多，可按照挖掘工作原理与过程、用途、构 造特征等进行划分。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 2 页 按照用途，单斗挖掘机分为：建筑型、采矿型和剥离型等。建筑型挖掘机一般可装置各种不同的工作装置，进行多种作业，故又称通用式。 按照动力装置，挖掘机有电驱动、内燃机驱动和复合驱动等，以一台发动机带支挖掘机全部机构者为单机驱动式，以若干发动机分别带动各个主要机构者为多机驱动式。 按照传动方式，挖掘机分为机械传动式、液压传动式和混合传动式。 挖掘机的行走装置型式有：履带式、轮胎式、汽车式、步行式、轨道式、拖式等。 单斗挖掘机工作装置的型式很多，常用的基本型式，对于机械传动的挖掘机有：正 铲、反铲、拉铲和起重吊钩等。 本次设计斗容量为 1于轮胎式液压挖掘机的诸多优点 ,其应用领域很广泛 ,轮胎式液压挖掘机传动性能好 ,工作平稳 ,行走速度快 ,对路面没有破坏 ,机构布置合理紧凑 ,操作简便灵活易实现“三化” . 斗液 压挖掘机的基本组成和工作原理 单斗液压挖掘机为了实现周期性作业要求 ,设有下列基本组成部分 :工作装置 、回转机构、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备等 其动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都装在可回转的平台上 ,简称为上部转台 常又常把这类机械概括成由工作装置 ,上部转台和行走装置三大部分组成 液压挖掘机由柴油机驱动液压泵 ,把高压油输送到各阀 ,再到有关液压执行元件驱动机构进行工作 . 次 设计任务 本次设计斗容量 1挖掘级及以下土壤 工作装置的运动分析 ,整体设计 ,回转装置设计 ,零件图设计 ,液压传动系统的原理设计 . 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 3 页 2 设计方案 作装置方案设计 作装置设计原则 设计合理的工作装置应满足下列要求： 1)主要工作尺寸 及作业范围能满足要求。在设计通用反铲装置时要考虑与同类型，同等级机器相比的先进性。考虑国家标准的规定，并注意到参数受结构碰撞限制等的可能性。 2)整机挖掘力的大小及其分布情况应用满足使用要求并具有一定的先进性。 3)功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。 4)确定铰点布置，结构形式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利。在保证强度、 刚度和连刚性的条件下尽量减轻结构自重。 5)作业条件复杂使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次，在满足使用要求的前提下力求替换构件各类 少，结构简单，换装方便。 6)运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠并尽可能性使液压缸载呀减载。 7)工作装置液压缸设计应考虑三化，采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件的种类。 8)工作装置的结构形式和布置要使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。 9)要采取合理措施来满足特殊使用要求。 铲装置的组成及构造特点 反铲装置是中小型 液压挖掘机的主要工作装置，下。 液压挖掘机反铲装置由动臂、斗杆、铲斗以及动臂液压缸、 斗杆液压缸、铲斗液压缸和连杆机构等组成，其构造特点是各构件之间的联系全部采用铰接通过液压缸的伸缩来实现挖掘过程的各个动作。 动臂的下铰点与回转平台铰接并以动臂液压缸来支承和改变动臂的倾角通过动臂 液压缸的伸缩可使动臂绕下铰点转动而升降斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆液压缸控制。当斗杆液压缸伸缩时，斗杆便 可绕动臂上铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接并通过铲斗液压缸伸缩使 铲斗绕该点转动。为增大铲斗的转角通常以连杆机构与铲斗连接。反铲主要用于 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 4 页 挖掘停机面以下地壤，其挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及其相互 配合的 情况，当采用动臂液压缸工作来进行挖掘时 ，可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。 当动臂位于最大下倾角并以斗杆液压缸进行挖掘工作时可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有较大工业挖掘行程 。在轻坚硬的 士质条件下工作时能够证装满铲斗帮中小型挖掘机在实际工 作中常以斗杆液压缸工作进行挖掘，以铲斗液压缸工作进行挖掘时 挖掘行程较短，如使用权铲斗在挖掘行程结束时能装满土壤需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤。所以一般土方工程挖掘中转斗挖掘最常采用。实际挖掘工作中往往需要采用各种液压缸的联合工作。 体结构 方案 1)动臂及斗杆的结构形式 动臂是工作装置的主要构件，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构形式反铲动臂分为整体式和组合式两类。整体式动臂结构简单。价廉，刚度相同时 结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是替换工作装置较少，通用性较差为了扩大机械通用性，提高其利用率，往往需要配备几套不通用的工作装置。一般说长期用于作业条件相似的反铲采用整体动臂结构比较合适。因此，考虑到国内的现代化建设中的西部大 开发及南水北调工程 。本设计采用整体式动臂 。 2)动臂液压缸和斗杆液压缸的布置 动臂液压缸的连接，一般有两 种布置方案：一种是 动臂液压缸装于动臂的前下方动臂下支承点，可以调在转台回转达中心之前，并稍高于转台平面，它也可以设在转台回转中心之后，以改善转 达台的受力情况，但使用反铲作业装置时动臂支点靠后布置会影响挖掘深 度 。 大部分中小型液压挖掘机以反铲作业为主，因此采用动臂支点靠前布置的方案，动臂液压缸支于转台中点靠前处，以增加作业上方和后主，有的称之谓是挂式液压缸，这种方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时，尤其在挖深较大 压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强，尽管在动臂提升时液压缸小腔进 油提升力矩一般尚够用，提升速度也较快帮作为专用的反 铲装置这种方案仍然可取。 3)铲斗的联接 铲斗与铲斗液压缸的连接有三各形式，其区别主要在于液压缸活塞端部与铲头号、斗杆与铲斗的连接方式不同。 4)铲斗的结构特点 对各种铲斗结构形状的共同要求是： 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 5 页 有利二物料的自由流动，因此铲斗内壁不宜设置横向缘，棱角等斗底的纵向剖面形状要适合各种物料的运动规律。 要使物料易于卸净，用于粘于的铲斗装卸时不易卸净，因此延长了作业循环时间，降低了有效斗容量，因此可采用强制卸土板的粘土铲斗。 为了便于物料的铲装，装入物料不易掉出，铲斗宽度与物料颗料直径之比应大于 4： 1，当此比 值大于 50： 1时颗粒尺寸的影响可不考虑，视物料为均质。 装设计齿有利于增大铲斗与物料刚接触时的挖掘线比压，以便函切入或破碎阴力较的物料。 转机构方案设计 单斗液压挖掘机回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的 5040%。回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的 30 40%。因此合理地确定回转机构的液压油路和结构方案，正确选择回转机构诸参数，对提高生产率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等具有十分重要的意 义 回转机构 的 基本要求 1)在加速度和回转力矩不超过允许值的前提下，应 尽可能缩短回时间。在回转部分惯性已知的情况下，角加速度的大小变最大的回转扭掩蔽的限制该扭矩不应超过行走部分与地面的附着力矩。 2)回转机构的动载荷系数不应超过允许值，非全回转的挖掘机回转时，工作装置不应碰撞定位器。 3)回转能量损失最小 转机构的选择 回转机构分为全回转式和半回转式，悬挂式液压挖掘机通常采用半回转的的回转机构，回转角度一般等于或小于 180o 本次设计为履带式液压挖掘机，因此采用全回转式回转机构。 全回转的回转机构，按液动机的结构形式可分为高速方案和低速方案两类。由高速液压马达经齿 轮减速成器带动回转小支承上的回定齿圈动，促使转台转的称为高速方案。其低速大扭矩液压马达直接带支回转小齿轮促使转台回转的称为低速方案。在高速方案中，通常采用行星齿轮减速成箱减速。行星齿轮减速成箱，虽然加工要求较高，但可用一般渐开线齿廓的模数铣刀进行加工，结构也比较紧凑，速成比大，受力好。因此获得广泛的应用，高速方案一般采用斜轴式液压马达驱动的回转机构。此方案结构比较紧凑，速比大，受力好，回此在液压 挖掘机中获得广泛的应用，本次设计将采用斜轴式液压 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 6 页 马达驱动的回转机构。高速方案还有以上优点：高速成液压马达体积小，效率高，不需要背压补油，便函于设置小制支器发热和功率损失小，工作可靠。 动器的选择 制动器应满足工作安全可靠，制动平稳，操纵轻便灵敏等要求，在对回转机构采用了钳盘式制动器。因为通过试验与蹄式制动器相比，它具有下优点： 1)钳盘式制支器所产生的制动力矩比较半稳由于它无增力作用其效率系数 2)由于制动盘都暴露在外，因此通风良好，旋转时还有自洁作用，热稳定性好，基本上无热衰退现象，在连续多次使用情况下制动力矩变化很小，甚至在恶劣工况下仍能正常使用。 3)维修方便，不需要经常调 整间隙。 4)制动磨擦衬片磨擦均匀，使用寿命也比较长。但其也存在一些缺点，需采取措施减小及至消除。 压系统方案设计 按照挖掘机各个机构和装置的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接想来的组合体叫做挖掘机的液压系统，液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用液压泵转变为液压能进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件转返为机械能实现各种动作。 斗液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作 动臂升降，斗杆收放，铲斗装卸转台回转，整机行走，以及其它辅助动作，除辅助动作不需全功率驱 动外，其它都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。由于挖掘机的作出对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求：第一，实现各种主要动作时，阴力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压 马达的压力和流量也能相应变化。第二，为了充分利用发动机功率缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作同时进行叫做复合动作，这两项要求需要动作同时进行叫做复合动作，这两项要求需要由液压系统来保证。 液压系统的要求 单斗液压挖掘机动作繁杂，主要机构经常超支、制动、换向、外负荷变化很大，冲击和振动多，而且 野外我作，温度和环境变化大，所以对液压系统的要喜庆是多方面的。 1)动臂、斗杆和铲斗的传动要保证工作装置的各部分可单独动作，也可 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 7 页 以互相配合实现复合动作。 2)主机工作过程中，要求工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高机械生产率。 3)挖掘机的一切动作都是可逆的，而且要求无级变速。 4)要求机械工作安全可靠，各种作业油缸要有良好的过载保护，回转机械和行走装置要有可靠的制动和限速成，要防止动臂因自重而快速成下降和整机超速溜坡。 5)充分利用发动机功率，提高传动效率。 6)系统和元件应保证 在外负荷变化大和急剧振动冲击作用下具有足够的可靠性。 7)系统密封性好。 8)为了减轻司机操作强度，要考虑采用液压或电液伺服操装置。 本次设计将考虑选用高压变量系统，双泵双回路，全功率变量系统，后续部分将对其详细说明。 3 工作装置设计计算 寸估计 参照单斗液压挖掘估算整机各部分尺寸和工作装置尺寸。 根椐经验公式求尺寸参数。 线尺寸参数： 3 (m) 1)转台离地高 ： 2)底架离地高： 3)臂铰离地高： 8 6 3)臂铰离回转中心 : 4)臂铰与液压缸铰距 : 8 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 8 页 5)臂 铰 与液压缸倾角： 040 050 6)缸铰离地高度： mS 3 7)臂长：标准臂尺寸系数推荐 值 围 准臂 31 8)斗杆：推荐系数 322 斗：推荐系数 3 10)动臂转角： 050 040 11)斗杆转角： 050 0160 12)铲斗转角： 050 0180 13)最大挖掘半经：系数 35.3 14)最大挖掘深度：系数 05.2 15)最大挖掘高度：系数 k , 16)最大卸载高度：系数 k, 动分析 反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度 2和铲斗液压缸的长度 显然，当 、 为某一组确定值时，反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。建立坐标系： X 轴与地面重合， Y 轴与挖掘机回转中心线重合，则斗齿尖 坐标值 就表示挖掘半经 负值表示挖掘深度。 构自身几何参数 机构自身几何参 数分三类：原始参数，推导参数，特征参数，各参数见图 3 动臂的运动 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 9 页 图 3铲机构自身几何参数的计算简图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 10 页 1)动臂的摆角范围 1 3 11的 函数，动臂上任意一点在任一时刻的坐标值也是 据全余弦定理，当 11= 1 721 ) (3 1 5721 )(3动臂的摆角范围： 1 11 1 1 1图 3动臂摆角范围计算简图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 11 页 1a 2a 20a 21a 11图 3F 点的坐标计算简图 动臂的瞬时摆角： 1 = 72125272 )- 1列动臂 图 320= 1 - 11 = 72125272 )- 11 (31 为负 ,否则为正。 21130 c o s (3211 s F(3115 s C(32)动臂液压缸作用力臂 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 12 页 当动臂液压缸长度为 动臂液压缸作用力臂 1=1157 (3当 1L 分别取 可得动臂机构的起始和终了力臂 10和 1z。显然动臂液压缸的最大作用力臂5，此时 25271 杆的运动 斗杆的位置参数是 函数，此外讨论斗杆相对于动臂的运动，也即只考虑 杆机构与动臂机构性质类似，它们是四连杆机构，但连杆比不同，在动臂机构中，一般 5, 斗杆机构中一般 8. 1)斗杆相对于动臂的摆角范围图 3m a a = )2a r c c 982 m a - )2a r c c 982 m 2 2 2 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 13 页 图 3杆机构摆角计算简图 2)斗杆液压缸的作用力臂 2=2298 （ 3 当 2l 以 入得 20 和 2z 斗 杆液压缸的最大作用力臂9,此时 29282 斗的运动 铲斗相对于 标系的运动是 2 和 况较复杂，现先讨论铲斗相对于斗杆的运动。（图 3铲斗液压缸对 N 点的作用力臂为)s 3022131 (3连杆 点作用力臂为28142 连杆 点作用力臂为29243 5 30 22 26 29 28 27 25 9 23 24 10 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 14 页 图 3斗机构参数示意图 铲斗连杆机构的总传动比 (3i=3231 lr =281432930222413 s in s in)s 铲斗相对于斗杆的摆角范围斗瞬时位置转角为 10262473 F Q V（ 3 当取m a i 和时 可 分 求 得 和， 于 是 得 作装置设计计算 形参数选择 斗容量 q，平均宽度 B，转斗挖掘半经 R 和转斗挖掘满转角 2 是铲斗的四个主参数， R， B， 2 三者之间有下几何关系： 2s 1 2 (3式中土壤松散系数 q=定，根据上式可由 R， B，2 中作任两值求相应第三值。 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的变化 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 15 页 Z a xm a x1)co s (co （ 3 C 表示土壤硬度的系数， =160 320； R 铲斗与斗杆铰点至斗齿尖距离，即转斗切削半经， 3=1480 转斗在挖掘过程中总转角的一半； 铲斗瞬时转角； B 切削刃宽度影响系数， B=1+中 b 为铲斗平均宽度，单位为厘米； A 切削角变化影响系数， A= Z 带有斗齿的系数 Z=X 斗侧壁厚度影响系数初步设计时， X=D 切削刃挤压土壤分力，据斗容量大小在 D=10000 20000 臂机构参数的选择 反铲工作装置是由几组连杆机构组合而成，在发动机功率，机重等主参数以及工作装置结构形式即宝的条件下连杆机构铰点，位置和油缸参数选择是否得当，会对挖掘机性能和生产率带来很大影响，以下对动臂，斗杆，铲斗三个机构 进行讨论。动臂和动臂液压缸的布置方案很多，本设计中动臂液压缸置于下前方。采用弯臂能增加挖掘深度但降低了卸载高度，动臂弯角一般可取 1 1200 1400，弯角大小会对结构强度不利本设计中 1 1350 增大液压缸全伸时的长度比 1 可以增大动臂的转角但由于受油缸稳定条件的限制 1 一般取在 范围内 通用挖掘机中， 国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 16 页 驻为 统计最大挖掘半径 的值很接近，因此，由要求的 定的 2l 和 1k ，1l，3l，在三角形 3，已知可求得： o o 21323141 5 0222221422412124239 r c c o s ()2a r c c o s ( C0000 Z C F 39 8 + 3 2 11 2 1图 3大挖掘半径时动臂机构计算简图 动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比 4k 按不同情况选取，以反铲为主的 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 17 页 通用机 4k =设计取 4k =1， 11 取 斗 杆 液 压 缸 全 缩 时 ，832 ， 常 选 8 01 6 0)( m a ，本设计取 取决于液压缸布置形式，动臂双液压缸结构中这一夹角较小，为 0,本设计中取 （图 3 由图 3 1 2 11 3 2 - 8图 3大卸载高度时动臂机构计算简图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 18 页 11 21图 3大挖掘挖掘深度时动臂机构计算图 32118m a a a a 1 8 0s i n ()s i n (s i n （ 3 由图 3 1132m i a x1 s i n)s i n ( （ 3 将两式相加，消去5a ： 01)s i n ()s i n ()s i n ( m a i a a a （ 3 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 19 页 又特征参数m k（ 3 因此， 14m a s k)s co m a k(3将上式代入（ 3得到一元函数 0)( co ss i ns i s( s i a a a a a 0)1s i s( s i n)s i n)s i n(1 m a a a （ 3 式中 14 k 可求得， 0m a 15 解下列方程可求， 和 )21ar s ()21ar s (2212m a （ 3 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 20 页 所以， ，满足 1,1由式 m ，又因 所以， a i 斗机构的参数选择 预先设定： 转斗的转角范围 00 11090 ，为了满开足开挖和最后卸载及运输状态的要求，铲斗的总转角往往要达到 00 180150 本设计中取 0160 ，在mi 时，斗齿尖为0Q 延长线上侧 015 处，由 3 945m 687m 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 21 页 图 3 3 铲斗机构载荷分析 转斗机构挖掘过程为大曲率切削，挖掘过程中，因土壤厚度 的变化较大，所以 阻力的变化也很大，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情况也各不相同。 转斗机构最大理论挖掘力应与转斗最大挖掘阻力相适应，常在 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 22 页 处，由 式 3W a 由 3， 76,539,438321 铲斗液压缸的作用力： 3 3 4 1 0 8 34 3 84 7 6 5 3 91 4 8 0m a 33 取系统实际工作压力为 P=压缸大腔工作，油缸机械效率95.0i ，大腔面积为： 263 0 2 1 3 3 4 3 1 杆机构的参数选择 考虑因素： 0 12595 首先计算斗杆挖掘阻力： 斗杆挖掘过程中，切削行程较长，切土壤厚度在挖掘过程中为常数，一般取斗杆 在挖掘过程中总转角 000 60,8050 取，在 这转角过程中，铲斗被装满，这时斗齿的实际行程为： 3 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 23 页 式中66取 a x 斗杆挖掘时的切土厚度 8 9 7 4 0 1 7 4 斗杆挖掘阻力： 001 （ 3 0得 310 l 与铲斗331 4m a 参考铲斗液压缸作用力 3 3 4 3 m a a 代入232m a a (P （ 3 3 3 4 3 )1 4 8 02 3 7 0(a 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 24 页 由图 3 i i i nm a a i 0 0 0)2co s (2 m a i m i 2图 3臂液压缸，斗杆液压缸，铲斗液压缸 初步设计估算 由以上 计算得： 3 9 5,3 5 4 2,2 1 4 71m a i n 4 8 2,3 7 3 7,2 2 6 52m a i 4 2,2 6 8 7,1 9 5 43m a i 初取液压缸 D=160中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 25 页 4 回转装置设计计算 动轴承式回转支承的选型计算 1)当量负荷交叉滚柱式 )( (M ( 作用平面内的总径向力 )(对于 单斗液压挖掘机，作用在回转支承上的外负荷 , 应根据挖掘工况算出，根据不同的挖掘工况算出若干组择其中最大作为当量负荷。 2)反铲工作装置的计算位置和计算方法各参数说明： 1W 整机挖掘力确定的切向挖掘力，本设计中 2W 整机挖掘力确定的法向挖掘阻力 ，从可能出现的最不利情况出发，假设存在法向，其值取 2 1 2 0( 1G ,3G, 4G 杆液压缸，铲斗液压缸自重)( 3003 ， 3004 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 26 页 52, 0 0 0,1 5 0 0 052 6 80 m,对各工作位置用 挖掘机取 k=设计中取 齿尖离地面 以下 本设计中取 H=,用铲斗缸挖掘使切向斗齿力垂直于地面（图 4 由图（ 465,500,441321 切向力 4 9 01480500 3 3 4 332 2131 法向力 8 9 4 9 2 由图（ 4： 8 4 9,6 2 7 2,4 6 2 3,2 9 3 2,1 9 4 554321 8 8,1 6 4 8,4 2 9 4,5 1 7 60876 005544332211668271 )( 2 3 0 01 9 4 510265 1 7 61 6 4 8 9 84 2 9 4 9 0( Oi 5161)( 33 0 01 3 0 02 3 0 01 5 0 0 02 3 0 0) 4 9 0( 9 4 8 9 当量载荷0 1 1 1 8 71 8 7 0 1 4 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 27 页 图 4中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 28 页 处 用铲斗液压缸挖掘由图（ 4得 0 8,4 0 4,2 2 5 321 切向力： 法向力： 4 5 2 7 2 由图（ 4： 2 8 4,4 3 4 8,3 0 2 2,2 0 4 6,8 8 8 43210 9 0 2,6 2 3 0,5 2 0 1,4 9 3 6 8765 005544332211668271 )( 2 0 4 62 3 0 0)10265 2 0 16 9 0 4 5 56 2 3 2 7 9( Oi 5162)( 33 0 01 3 0 01 5 0 0 02 3 0 0) 4 5 5( 6 6 9 2 7 0 a 6 8 4 6 3 3 . 在停机面上最大挖掘半径处用铲斗液压缸挖掘（图 4 由图 4 0 8,4 0 4,2 2 5321 切向力 法向力： 4 5 2 7 2 由图 4 8 4 0,4 3 8 7,3 1 1 1,1 9 8 1,8 8 843210 08765 24,2 9 8 4,8 9 7 7,8 6 8 4,6 5 7 2 ( 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 29 页 图 4中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 30 页 图 4中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 31 页 1 9 8 12 3 0 0)10269 6 8 43 3 3 4 5 5
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