3KN微型装载机设计【说明书+CAD】【优秀毕业设计资料】【已通过答辩】
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of a , 023 002of is to of by on no on is of a a a In is to of is by of is by an of is to an a 002 to of in as of of in is to to 1,2, 3. An to by a is 8. 4,6 In of is 5. et 7 a as a as a a is 9of to be a 2/$ - 2002 2)00088E. (2003) 245254to to of be in of is of On in of of to be in it to of by a of a to a of at a in of of is to by 10, on of of is on of at of a an a is on 4 of is a of a an a a of a in in be of is to be of of is in of of It in a of a to If to of of a of in as is as a of a of as of In is to a in of in of in is a to an to to of is of of in et (2003) 245254246is of to of of in of is of is to of to In a is 6 10to of 0 of is in a a is as a a of in aj(j=1,2,3) (1). of of by of by of is by 1In p as of is of , v=x1,x2,x3by q.(1), by to a 3x v Aa 23 we of 5in on hto be of 2 we of . et (2003) 245254 247we 6202q. (6) we 0111273) we 0221. et (2003) 2452542489(8) 9), at0212210An is of an 4). is a to an In a3,33is 11120222022024. 2. 3. et (2003) 245254 249q. (11) aj=h3be 03242q. (12)to it q. (12), of 0140524(7), (10), (13), 4) in a we h H 150;111212 212232 0he of by is to hof we of S 1 16 is j(j=1, 2, 3). (16) is a in is to to In a of to be to be by an u. qj=qj(is in 5. of to of to qj(to be by 0 0 0 17d on be by 17) at of In to of we to q. 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设计 指导书 一 . 毕业设计的性质和要求 毕业设计是本专业教育的最后一个综合性教学环节 学生必须独立地完成单体设备的设计 或某一专题的研究 ,设计过程中，学生要综合运用所学基础理论，基本知识和基本技能，分析和解决实际问题，完成工程师的基本训练 。 作为工业 、民用 上 有特殊用途 的 微型 装载机、 挖掘机 ， 国内目前 无定型产品 （ 无任何其它 图纸可供参考） 。它的 开发 与 设计 ， 具 有重要的国民经济意义。为此， 本课题提出如下要求 : 二 . 总论部分 1. 文献检索与综述： 在矿山 开 采 （ 中广泛使用的挖掘机 、装载机 的 发展现状； 2. 工业、民用上有特殊用途的微型装载机、挖掘机设备的发展现状， 研究开发 的意义。 三、 专题部分 1. 微型装载机工作机构 的动作原理（ 包括 液压四杆机构 的反转六杆工作机构 ） 与结构特点及总体参数的确定 ; 2. 微型装载机工作机构的动作 液压缸的选择计算 与强度校核 ; 3. 微型装载机 旋转装置 回转支承 轴承的选择计算 ; 4. 微型装载机旋转装置 液压马达的选型计算； 5. 微型装载机 典型零部件的强度、刚度校核计算。 2 四、毕业设计工作量 1. 微型装载机 的 校核选型 计算（ 反转六杆工作机构的 结构与强度）； 2. 微型装载机机列 总图、 旋转装置 部件装配图与相关零件图的绘制；总图幅折合 10制。 3. 编制设计说明书 40 60 页或 2 万字左右。 4. 5000 字英文文献翻译、 300 字中英文摘要。 议用 提供的三维动 画功能进行液压多功能粉碎剪的工作原理演示；或三维设计液压多功能粉碎剪的某个零件。这一部分建议在学有余力的情况下完成。 五 . 主要参考文献 1. 矿山装载机械设计 东北 大学出版社 2. 单斗挖掘机 (液压单斗挖掘机部分 ) 同济大学出版社 3. 非标准 设备 设计 机械工业出版社 4 机械设计 C 语言程序设计 高等教育出版社 5 三维设计 清华大学出版社或机械工业出版社 六 . 毕业设计时间安排 设计 研究 方案 基本技术路线 制定， 机构、结构与强度 设计 ，绘制工程图 ；2004 年 2 月 16 日 至 2004 年 6 月 15 日 撰写毕业论文 及答辩 2004 年 6 月 15 日 至 2004 年 6 月 20 日 指导教师 薛家国 2004 年 1 月 12 日 设计课题：微型挖掘机的设计,辅导老师：薛家国 设计人： 汪利兵,一、绪论,挖掘机械包括各种类型和功能的挖掘机，有单斗挖掘机和多斗挖掘机两类。其共同特点是铲斗按照一定顺序、间歇或连续地进行挖掘、装载、卸载和整机移动。由于机械具有许多优点，在土方施工中得到广泛应用。 单斗挖掘机是一种利用单个铲斗挖掘或装载土壤或石块的机械，广泛应用在建筑施工、筑路工程、水电建设、港口工程、农田改造、国防工事的土方施工和露天矿场的采掘作业中，对减轻繁重的体力劳动、加快施工速度、实现土方工程机械化、提高劳动生产率起了很大的作用,我设计的是一种微型单斗挖掘机，该挖掘机可用于煤矿井下狭小空间的清理、装载、运输工作，也可以用冶金、矿山、隧道建设等场合的工作。这类挖掘机的工作效率约为人工的6倍以上，使用这类挖掘机进行清理、运输可为煤矿的安全生产提供有利的保障,本设计包括挖掘机的回转装置、行走装置、工作装置的设计计算，以工作装置的设计计算为重点，设计的程序和过程如正文所示,二、设计方案论证,1、行走装置的选择,按结构特点液压挖掘机行走装置可分为履带式和轮胎式两大类. 履带式行走装置牵引力大,接地比压小,因而越野性能好,爬坡能力大,且转弯半径小,机动灵活,获得广泛应用.但运行和转弯时功率消耗大,零件磨损快,履带板医损路面,故一般仅作场地内部运行,长距离运行时需借助其它车辆,轮胎式行走装置运行速度快,机动性能好,运行式轮胎不损坏路面,因而在城市建设中很受欢迎.缺点是接地比压大,爬坡能力小,挖掘作业时一般需要专门支腿以确保机身稳定,运行时要受桥梁的容许负荷限制,目前还限于斗容1立方米以下的挖掘机采用. 因本人设计的是一种微型挖掘机,故综观两种行走装置的优点和缺点,应采用履带式行走装置,2、工作机构类型的选择,综合国内外履带式挖掘机工作机构的形式，主要有7种类型的连杆机构，按构件数不同可分为三杆、四杆、五杆、六杆、八杆连杆机构；按输入和输出杆是否相同，又可分为正转（同向）和反转（反向）连杆机构,1）正转八杆机构 （2）转斗油缸前置式正转六杆结构 （3）转斗油缸后置式正转六杆机构 （4）转斗油缸后置式反转六杆机构 （5）正转四杆机构 （6）正转五杆机构 （7）动臂可伸缩式三杆机构,反转六杆工作机构能比较全面地满足转载工作要求，所以我所设计的微型挖掘机就采用了这种工作机构,三、设计计算部分,1、回转装置 回转装置由转台、回转支承和回转机构组成，如图所示,1）滚动轴承式回转支撑,滚动轴承式回转支承由内、外座圈，滚动体，隔离体，密封装置，润滑装置和连接螺栓等组成 回转支承按滚动体形式有滚球和滚柱，按滚动体排数有单排、双排和多排；按滚道形式有圆弧曲面、平面和钢丝滚道等。常用的有单排滚球式、双排滚球式、单排交叉滚柱式和组合滚柱式四种。 结合本人所设计的微型挖掘机回转机构的特点，可采用单排交叉滚柱式,2）回转机构,传动方式及其特点： 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50%70%，能量消耗约占25%40%，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30%40%，因此合理的确定回转机构的液压油路型式和结构方案，正确选择回转机构参数，对提高生产率和功能利用率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等都是具有重要的意义的,对回转机构的基本要求是： （1） 在回转力矩和角加速度不超过允许值的前提下，尽可能缩短回转时间； （2） 回转是工作装置的动载系数不应超过应许值； （3）回转能量损失最小,2、行走装置,1）构造和传动方式 履带行走装置由四轮一带(即驱动轮2,导向轮7,支重轮3,托轮6,以及履带1,如图所示),张紧装置4和缓冲弹簧5,行走机构11(包括底架10,横梁9和履带架8)等组成. 如图,3、工作机构的设计,工作机构是履带式挖掘机上直接实现铲装物料的装置，它的结构和性能都能显著地影响着整机的工作尺寸、性能参数、发动机功率及生产率。因此，这部分设计是我这次设计课题的重点。 我设计的挖掘机的工作机构的基本结构如下图所示，它由铲斗1、动臂2、连杆3、摇杆4、转斗油缸5、举臂油缸6等组成。整个工作机构铰接在车架7上。 基本结构如图,1）装载工作对工作机构设计的要求,履带式装载机工作过程 履带式装载机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械，它的工作过程由5种工作状态或工况组成： （1）工况1插入状态 动臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地，铲斗前壁对地面呈3度到5度前倾角；开动挖掘机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。 （2）工况2铲装状态,工况1以后，转动铲斗，铲运物料，待铲斗口翻转至水平位置为止。 （1） 工况3重载运输状态 举升动臂，将工况2之铲斗升高到适当位置（以斗底离地的位置不小于最小允许距离为准），然后驱动挖掘机，载重驶向卸载点。 （2） 工况4卸载状态 在卸载点，举生动臂使铲斗至卸载位置，翻转铲斗，向运输车或固定料厂卸载；卸毕，下放动臂，使铲斗恢复到运输状态。 （3） 工况5空载运输状态 卸载结束后，挖掘机由卸载点空载返回装载点,履带式挖掘机工作机构设计要求,1）生产率高 （2）插入和铲取能力大，能耗小； （3）结构和工作尺寸适应生产条件需要； （4）零部件受力状态良好，强度和寿命合理； （5）结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便； （6）合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到满载卸净、运输平稳,2）铲斗设计 （3）工作机构连杆系统的尺寸参数设计 机构分析 设计方法 尺寸参数的图解法 （4 机构的受力分析及计算 外载荷计算,如下图所示，挖掘机铲装工作时，斗尖上可能产生的最大（极限）插入阻力和最大（极限）铲取阻力分别为Fin和Fsh。 最大插入阻力的计算 Fin=9.8k1k2k3k4BL-1.25 式中 Fin铲斗插入阻力，Fin为N k1物料的块度与松散程度系数 K2物料的性质系数,K3物料堆高系数 K4铲斗的斗形系数 B铲斗宽度,B为cm L铲斗一次插入深度，L为cm 取k1=1, K2=0.14, K3=1, K4=1.2,B=73.2cm,L=20cm 则Fin=5097.2N,最大铲取阻力Fsh的计算 工作机构各构件受力分析 转斗油缸及举臂油缸的设计计算,4、结论,经过一个学期的努力，终于初步设计出了微型挖掘机。由于水平有限，所以所设计出来的产品比预想的要差，但工作装置还是能达到预期的效果，如铲斗能够由转斗油缸控制，由摇臂和连杆来实现它的自由铲取和翻转；举升油缸能够实现动臂的自然上升和下降，但毕竟是初步设计，加上以前对该课题了解的不是很多，因此产品中存在的问题还是有的，比如在确定动臂上几个铰接点的位置是，使人为地定下来 的，难免会产生误差，所以所产生的效果不一定很好,虽然我对挖掘机机体的动力源地设计不是很具体，但我也有一些见解和主张，在此仅供参考。由于微型装载机多数为电动机驱动，这就带来了一个麻烦的问题装载机不得不拖动很长的电缆，使得电缆长期在复杂的采场地面拖曳，有时操作人员不注意，可能会碾压电缆，电缆被拖动受到磨损，极易发生导电、漏电现象，从而引发人身、设备事故，同时也使车辆的机动性受到了很大的限制。 该问题有待相关设计人员进一步解决,谢谢各位老师的审查 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 1 页 装 订 线 目录 中文摘要 3 英文摘要 4 正文 1 行走装置 7 1 1 构造和传动形式 7 1 2 行走系的设计 8 1 3 四轮一带等有关参数的初步确定和行走结构布置 8 2 回转装置 9 2 1 滚动轴承式回转支承 10 2 2 回转机构 11 2 3 转台 12 3 工作机构设计 15 3 1 装载工作对工作机构设计的要求 15 3 2 履带式挖掘机工作机构的类型的综合分析和选用 16 3 3 铲斗 18 3 4 工作机构连杆系统的尺寸参数设计 19 3 5 工作机构的强度计算 25 3 6 转斗油缸和举臂油缸的设计 28 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 2 页 装 订 线 结论 32 谢辞 33 参考文献 34 附录 35 中英文翻译及原文 35 翻译 35 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 3 页 装 订 线 摘 要 本 文设计的是一种微型挖掘机，作在为工业、民用上有特殊途的装载机械，它可以用于煤矿井下狭小空间的清理、装载、运输等工作，也可以用于冶金、矿山、隧道建设等场合的挖掘装载工作。在本设计中，通过对国内外现有技术的了解和分析，利用任务书上所给定的挖掘机铲斗额定装载载荷，先计算出铲斗的斗容，而后选用标准容量的铲斗，根据所选出的标准铲斗，计算出挖掘机的最大铲取阻力、最大卸载高度、最小卸载距离等一些设计所必需用到的量。通过对工作机构上九个铰接点位置的确定来设计出动臂的模型及动臂上各点的受力，然后计算出举臂油缸和转斗油缸的内 径、活塞杆的杆径，选出标准的液压缸。根据转台以上部分的重力计算选择马达和滚动轴承，然后设计出相应的行走装置。 关键词： 铲斗、液压缸、动臂、挖掘机 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 4 页 装 订 线 is a in of It in a to it be in as By of of of I of to as of in of By of of of of of to of of ey 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 5 页 装 订 线 绪论 一、挖掘机在国民经济中的作用和发展概况 （一）挖掘机在国民经济中的作用 挖掘机械包括各种类型和功能的挖掘机，有单斗挖掘机和多斗挖掘机两类。其共同特点是铲斗按照一定顺序、间歇或连续地进行挖掘、装载、卸载和整机移动。由于机械具有许多优点，在土方施工中得到广泛应用。 单斗挖掘机是一种利用单个铲斗挖掘或装载土壤或石块的机械，广泛应用在建筑施工、筑 路工程、水电建设、港口工程、农田改造、国防工事的土方施工和露天矿场的采掘作业中，对减轻繁重的体力劳动、加快施工速度、实现土方工程机械化、提高劳动生产率起了很大的作用。 （二）国外挖掘机发展状况 当前各工业大国的挖掘机制造业已是一种具有相当规模的行业，美国、德国、日本、俄罗斯是世界上挖掘机比较多的国家 （三）国内挖掘机发展状况 我国挖掘机行业在几十年之内，从无到有、从小到大，做出了很大的成绩，然而还存在企业生产组织管理水平低、产品数量和质量不能满足建设需要、产品性能不够先进、质量有待提高、可靠性低、寿命短 、以及设计研究和试验等基础比较薄弱等缺点。 二、挖掘机的发展趋向 （ 1） 在品种规格方面，趋向于大型化、微型化、多功能和专业化发展 为适应不同工程对象的施工要求和国际市场竞争需要，挖掘机品种将持续增长，除一般机型外，重点在于： 1）发展大功率、大斗容、大生产率的巨型机械，以满足矿场采掘工程的需要。 2）由于城镇建筑和修理工程的需要，发展机重不到 1t、斗容小于 微型挖掘机，这种挖掘机十分轻便灵活、易搬好运，可在狭窄空间顺利地工作，以进行辅助性。 3）对常规的中小型挖掘机，要求增多工作装置。以适应多种的需 要。 4）专门用途的挖掘机，则要求向专用化发展，以提高机械的工作性能和经济效益。 （ 2） 重视挖掘机的质量和质量管理，重视实验研究 国外挖掘机厂十分重视机械生产质量管理，认为是企业生存和发展的主要环节，在生产组织上不断提高专业化程度，在生产管理上不断完善管理体系、严格检验制度、提高产品可靠性和寿命。 （ 3） 普遍重视产品标准化、系列化、通用化。大力采用新技术、新工艺、新材料和新结构。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 6 页 装 订 线 三、本人设计课题简介 我设计的是一种微型单斗挖掘机，该挖掘机可用于煤矿井下狭小空间的清理、装载、运输工作，也可以用冶金、矿山、隧道建设 等场合的工作。这类挖掘机的工作效率约为人工的 6 倍以上，使用这类挖掘机进行清理、运输可为煤矿的安全生产提供有利的保障。 电动挖掘机存在的问题：由于是电动机驱动，挖掘机不得不拖带很长的电缆，使得电缆长期在地面拖动，有时操作人员不注意，可能碾压电缆，电缆被拖曳受到磨损。极易发生导电、漏电现象，从而引发人身、设备事故，同时也使车辆的机动性受到很大的限制。解决这一问题的途径有两个方案：一是加装卷缆装置，二是采用其它无须从井下电网取电，因而也就不需要拖动带电缆的动力装置。 本设计包括挖掘机的回转装置、行走装置工 作装置的设计计算，以工作装置的设计计算为重点，设计的程序和过程如正文所示。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 7 页 装 订 线 正文 1. 行走装置 挖掘机的行走装置既是机械的运行部分 ,又是机械的支承 行走装置要承受整台机械的的自重和外载 ,这是与运输车辆和铲土运输机械所不同的 ,因此设计挖掘机的行走装置时应兼顾支承和运行两个方面的需要 . 按结构特点液压挖掘机行走装置可分为履带式和轮胎式两大类 . 履带式行走装置牵引力大 ,接地比压小 ,因而越野性能好 ,爬坡能力大 ,且转弯半径小 ,机动灵活 ,获得广泛应用 零件磨损快 ,履带板医损路面 ,故一般仅作场地内部运行 ,长距离运行时需借助其它车辆 . 轮胎式行走装置运行速度快 ,机动性能好 ,运行式轮胎不损坏路面 ,因而在城市建设中很受欢迎 爬坡能力小 ,挖掘作业时一般需要专门支腿以确保机身稳定 ,运行时要受桥梁的容许负荷限制 ,目前还限于斗容 1 立方米以下的挖掘机采用 . 因本人设计的是一种微型挖掘机 ,故综观两种行走装置的优点和缺点 ,应采用履带式行走装置 . 造和传动形式 履带行走装置由四轮 一带 (即驱动轮 2,导向轮 7,支重轮 3,托轮 6,以及履带 1,如图所示 ),张紧装置 4 和缓冲弹簧 5,行走机构 11(包括底架 10,横梁 9 和履带架 8)等组成 . 图（ 1）： 机械运行时 ,驱动轮在履带紧边产生一个拉力 ,力图把履带从支重轮下拉出 阻止履带的拉出 ,迫使驱动轮卷绕履带向前运行 . 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 8 页 装 订 线 走系的设计 履带行走装置由于运行速度低 ,一般为 13m/h,因此设计时主要保证支承性能 ,并兼顾运行性能 ,其步骤是 : (1) 初定四轮一带等有关参数和行走系结构布置 ; (2) 计算承载能力 ,包括接地比压和行走架结构强度计算 ; (3) 选择行走机构传动方案 ,拟定行走液压系统 ,确定行走液压马达主参数和减速器速比 ,验算行走速度 爬坡能力和原地转弯能力等 . (1)履带支承长度 L,轨距 b 应合理匹配 ,使接地比压 ,附着性能和转弯性能均符合要求 . 令 m;示履带高度 ,m;G 表示整机质量 , G 为 t, 则 , L L 0+2) 履带节距 刚度的情况下尽可能取小值以降低履带高度 . 的关系为 : 15G ,其中 为 z=19由兼顾履带运动的平稳性 ,当 z 取大值 ,当 (3)履带缓冲弹簧张紧力和工作行程的确定 履带行走装置的导向轮通过缓冲弹 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 9 页 装 订 线 簧和张紧装置固定在履带架上 ,它可以沿履带架滑动以改变轮距 ,保证履带的拆装 ,减少运行过程的冲击 ,避免轨链脱轨 . 缓冲弹簧应有足够的预紧力 F,该力保证缓冲弹簧不会外来的微小冲击而产生变形 ,引起履带振跳或脱轨 ,但过大会恶化履带架受力 ,加剧零部件磨损 ,降低行走装置效率 ,履带的张紧度一般控制在 2一般可取为 可近似取为 . (4)行走系结构布置 根据已选定的轮距和四轮直径确定四轮位置 支重轮数一般为 57 个 ,其间隙应保持在 70右 应保证导向轮在缓冲行程内不受到干扰 ,靠近驱动轮的一个支重轮勿与驱动轮相碰 . 导向轮 ,驱动轮下方与支重轮下缘约同处一水平线上 ,以增加接地长度 减少功率损失 当 否则取两个 其间距约为轮距的一半 大于驱动轮的节圆半径 ,以便于履带脱离驱动轮的啮合 ,便于履带借自重滑向导向轮。 图（ 2） 2. 回转装置 回转装置由转台、回转支承和回转机构组成，如图所示。图中回转支承 3 的外座圈用螺栓与转台连接，内座圈（带齿）用螺栓与底架 4 连接，内、外座圈之间设置有滚动体。工作装置作用在转台上的垂直载荷，水平载荷和倾复力矩通过回转支撑的外座圈、滚动体、内座圈传给底架。回转机构 2 的壳体固定在转台上，用小齿轮与回转支撑内座圈上的赤圈相啮合。小齿轮既可以绕自身的轴线自转，又可以绕转台的回转 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 10 页 装 订 线 中心线公转，当回转机构工作时就相对底架进行回转。 图（ 3）： 动轴承式回转支承 造和类型特点 滚动轴承式回转支承由内、外座圈，滚动体，隔离体，密封装置，润滑装置和连接螺栓等组成。它是在普通滚动轴承基础上发展起来的，但又有其特点。普通轴承主要起支承作用而它还要传递运动；普通轴承内外座圈的宽度与径向尺寸之比远大于回转支承，其刚度靠轴承座装配来保证，而回转支承则靠支承它的转台与底架来保证，设计时必须注意转台与底架的刚度；普通轴承转速高，滚动体与滚道接触的变化次数也多，失效形式主要是疲劳点蚀，回转支承转速低，载荷大，失效形式主要是塑性变形，故一 般进行静容量计算即可。 回转支承按滚动体形式有滚球和滚柱，按动体排数有单、双多；道形式有圆弧曲面、平面和钢丝滚道等。常用的有单排滚球式、双排滚球式、单排交叉滚柱式和组合滚柱式四种。 结合本人所设计的微型挖掘机回转机构的特点，可采用单排交叉滚柱式。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 11 页 装 订 线 图（ 4） 转机构 动方式及其特点 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 50%70%，能量消耗约占 25%40%，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的 30%40%，因此合理的确定回 转机构的液压油路型式和结构方案，正确选择回转机构参数，对提高生产率和功能利用率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等都是具有重要的意义的。 对回转机构的基本要求是： （ 1） 在回转力矩和角加速度不超过允许值的前提下，尽可能缩短回转时间； （ 2） 回转是工作装置的动载系数不应超过应许值； （ 3） 回转能量损失最小。 转机构的参数选择 1、 转台的转动惯量 J= 35960G 式中 G 整机质量， G为 t; J 转动惯量 ,J为 J= 354860 =于标准斗容为 整机质量为 4t,启动角加速度为 动角加速度为 佳转速为 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 12 页 装 订 线 M=708.中 p 电 =M =3030 18 64 =阅第 2 版机械设计手册 5，选取最大输出 转矩为 11270向球塞马达，型号为： 排量为 定压力为 10台 台平衡和配重的确定 挖掘机工作时转台上部自重和载荷合力的位置是经常变化的，而且偏向载荷方面。为了平衡载荷力矩，转台上的各个装置需要合理布置，并在尾部另加配重，一改善下部结构受力、减轻回转支承磨损，保证整机稳定性。 图（ 5） 由上图可知，布置的原则是左右对称，质量尽量均衡，较重的部件应该尽量靠近转台尾部，此外还要考虑各个装置工作上的协调，司机维修使用方便等 。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 13 页 装 订 线 有时转台布置受结构尺寸限制，重心偏离纵轴线致使左右履带接地比压不等影响行走架结构强度和行驶性能。一般可通过调整配重重心来解决，如下图所示 图（ 6） 图中 x 为转台重心偏离纵轴线值， x 为配重重心偏离纵轴线值。对纵轴线取力矩平衡可求得 x. 确定配重的原则应使重载大幅度时转台上部合力 F 的偏心距 与空载小幅度时合力 的偏心距 大致相等，如图所示。 根据国内外许多挖掘机的统计数据分析，认为挖掘机处于运输状态，斗杆缸和铲斗钢全伸，动臂放低使铲斗离地约 1m。转台上部连同工作装置的重心 应通过回转中心。由于这些部件的质量和位置已经初步确定，配重 即可由下式求得。 5g=544332211 l 式中 分别为动臂、斗杆、铲斗及转台的质量 l1 l2 l3 以上部件质心至回转中心的相应距离 为配重 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 14 页 装 订 线 台结构强度计算 转台的主要承载部分是由钢板组成抗扭和抗弯刚度极强的箱形框架结构主梁 1，动臂和动臂钢根部就支承在主梁的凸耳上。微型挖掘机为单耳。主梁下有 衬板和支承环 2 与回转支承连接。左右侧焊有小框架作为附加承载部分。 转台属于受力复杂的超静定体系，初步计算时可简化为两个简支梁，支承位置是主梁轴线与回转支承滚道中心圆的交叉点。转台上载荷简化作用在主梁上 。 图（ 7） 另外转台支承处应有足够的刚度以保证回转支承正常运转。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 15 页 装 订 线 3. 工作机构设计 工作机构是履带式挖掘机上直接实现铲装物料的装置，它的结构和性能都能显著地影响着整机的工作尺寸、性能参数、发动机功率及生产率。因此，这部分设计是我这次设计课题的重点。 我设计的挖掘机的工作机构 的基本结构如下图所示，它由铲斗 1、动臂 2、连杆 3、摇杆 4、转斗油缸 5、举臂油缸 6 等组成。整个工作机构铰接在车架 7 上。 图（ 8） 载工作对工作机构设计的要求 带式装载机工作过程 履带式装载机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械，它的工作过程由 5 种工作状态或工况组成： （ 1） 工况 1 插入状态 动臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地，铲斗前壁对地面呈 3 度到 5 度前倾角；开动挖掘机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。 （ 2） 工况 2 铲装状态 工况 1 以后，转动铲斗，铲运物料，待铲斗口翻转至 水平位置为止。 （ 3） 工况 3 重载运输状态 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 16 页 装 订 线 举升动臂，将工况 2 之铲斗升高到适当位置（以斗底离地的位置不小于最小允许距离为准），然后驱动挖掘机，载重驶向卸载点。 （ 4） 工况 4 卸载状态 在卸载点，举生动臂使铲斗至卸载位置，翻转铲斗，向运输车或固定料厂卸载；卸毕，下放动臂，使铲斗恢复到运输状态。 （ 5） 工况 5 空载运输状态 卸载结束后，挖掘机由卸载点空载返回装载点。 带式挖掘机工作机构设计要求 （ 1）生产率高 （ 2）插入和铲取能力大，能耗小； （ 3）结构和工作尺寸适应生产条件需要； （ 4）零部件受力状态良好 ，强度和寿命合理； （ 5）结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便； （ 6）合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到满载卸净、运输平稳； （ 7）铲斗由工况 2 被举升到最高卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料散出，铲斗应作“平移运动”； （ 8） 保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离 （ 9） 铲斗能够自动平放 （ 10） 尽量减小工作机构的前悬（工作机构重心到整机重心的距离）、长度和高度，以提高挖掘机在各种工况下的稳定性和司机的视野 带式挖掘机工作机构类型的综合分析和选用 综合国内外履带式挖掘机工作机构的形式，主要有 7 种类型的 连杆机构，按构件数不同可分为三杆、四杆、五杆、六杆、八杆连杆机构；按输入和输出杆是否相同，又可分为正转（同向）和反转（反向）连杆机构。 转八杆机构 这种机构在转痘油缸大腔进油时转痘铲取，铲取力较大；各构件尺寸设计合理时，铲斗能获得较好的举升平动性能，连杆系统传动比较大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净、速度快；因而传动比大，还可以适当减小连杆系统尺寸，因而可以改善司机视野。 这种机构的主要缺点是结构复杂，不能实现铲斗自动放平。 斗油缸前置式正转六杆结构 转斗油缸与铲 斗和摇臂直接连接，易于设计成两个平行四杆结构，铲斗平动性能极佳；结构比八杆机构简单；司机视野较好。这种机构缺点是转斗时油缸小腔进油，铲取力相对较小；连杆系统传动比小，使得转斗油缸活塞行程大、油缸加长、卸载速度不如八缸机构；由于转斗油缸前置，使工作机构前悬增大，影响整机稳定性和行使的平稳性；也不能实现铲斗的自动放平。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 17 页 装 订 线 斗油缸后置式正转六杆机构 它与前者油缸前置式相比，前悬较小、传动比较大、活塞行程较短；有可能将动臂、转斗油缸、摇臂和连杆的中心线设计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的的 受力状态。缺点是转斗油缸与车架的铰接点位置较高，影响司机视野。其他同前置式。 斗油缸后置式反转六杆机构 这种机构有两大优点： 1） 转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系数的倍力系数能设计成较大值，所以可获得相当大的铲取力； 2） 恰当的选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放平。这是其他六种工作机构所望尘莫及的。 此外，结构十分紧凑前悬小，司机视野好也是这种机构的特点。 缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄部位，容易发生构件相互干扰，设计时需特别精心。 转四杆机 构 它是 7 种连杆机构形式中最简单的一种；很易设计成铲斗举升平动；前悬较小。缺点是转斗时油缸小腔进油；油缸输出力小，又因连杆系统倍力系数难以设计出较大值，所以铲取力相对较小，这种结构传动比不易得到较大值，所以转斗油缸活塞行程大、油缸长；此外，在铲斗卸载时，活塞杆易于底部相碰，减小了卸载角。为避免碰撞，往往把斗底加工成凹形，因而既减小了斗容，又增加了制造困难。这种结构也不能实现铲斗自动平放。 转五杆机构 这种结构在活塞杆和铲斗之间加了一根短连杆，从而使四杆机构变成了五杆机构。当铲斗端平时，短连杆与活 塞杆靠油缸拉力和铲斗重力拉成一条线，如同一杆；而铲斗卸载时，短连杆能相对活塞杆转动，避免了活塞杆与斗底相碰。 其缺点与四杆机构相同。 臂可伸缩式三杆机构 它的最大特点是动臂可借助油缸进行伸缩。这种结构的铲斗插入工况是依靠动臂伸出实现的，它解决了靠机器人行走时插入易使轮胎严重磨损的问题；卸载时，可伸出动臂，以获取较大的卸载高度和卸载距离，而运输工况时，可缩回动臂，以减小前悬，从而提高行使的稳定性。 这种结构的缺点是，既不能实现铲斗平动，又不能实现铲斗的自动平放；结构比较复杂。 综上分析可知，反转六 杆工作机构能比较全面地满足转载工作要求，所以我所设计的微型挖掘机就采用了这种工作机构。 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 18 页 装 订 线 斗设计 铲斗是工作机构的主要组成部分，一般用钢板焊接而成。 由于铲斗直接与物料接触，是装运卸的工具和容器，所以它的外型、各部分构件、几何尺寸、质量和强度等等，都严重影响着整机的生产能力、功率和效率等。 铲斗设计的主要依据是“减小装载工作阻力，满足生产率需要”。同时要做到各种工况下不易撒料，耐磨、抗冲击、强度好。 容的计算 因为本人设计的是井下微型挖掘机，所以其工作对象主要是矿岩，其松散体容重一般为 2t/照机械工业出版社出版的矿山装载机械设计可知 r 铲斗额定斗容 铲斗额定载重量 由于设计任务书中给定的是微型挖掘机的额定载荷为 3据公式： F=mg m=03000=300 00=150 故额定斗容为 取标准斗容为 如下图所示 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 19 页 装 订 线 图（ 9） 作机构连杆系统的尺寸参数设计 构分析 反转六杆工作机构的简图如下： 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 20 页 装 订 线 图（ 10） 它是由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成转斗机构由转斗油缸 臂 杆 斗 臂 机架 个构件组成。实际上，它是由两个反转四杆机构 图中 串联而成。当举升动臂时，若假定动臂为固定杆，则可以把机架 为输入杆，把铲斗 成输出杆，由于 向相反，所以可以把此机构称作反转六杆机构。 举升机构主要由举臂油缸 动臂 成。 当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕 G 点作定轴运动；当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对 A 点作牵连运动，同时又相对动臂绕 G 点作相对运动。 计方法 （一） 因为工作机构连杆系统的尺寸参数直接与整机的基本性能和工作参数有关，所以先初步设计出整机的主要参数，然后以其为条件，再进行连杆系统的尺寸设计。 整机参数可运用“回归分析法”求得。 机重： 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 21 页 装 订 线 最大卸载高度： 小卸载距离： 99+大铲取力： 二） 若将反转六杆机构放置到直角坐标系中，只要确定了某一典型工况的九个铰接点和的坐标，则即可求得工作机构连杆系统中各构件的尺寸参数。 寸参数设计的图解法 （ ）动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点 G、 B、 A 的确定 1确 定坐标系 如图所示：先在坐标纸上选取直角坐标系 选定比例尺寸 图（ 11） 2画铲斗图 把已经设计好的铲斗横截面外轮廓按比例画在 标系里，斗尖对准坐标原点 O，斗前臂与 X 轴呈 3 5 前倾角。此时是铲斗插入堆料时的位置，即工况 1 3确定动臂与铲斗的铰接点 G 由于 G 点的坐标值越小，转斗铲取力久越大，所以 G 点靠近 O 点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而 G 点的 Y 坐标值增大，铲斗在 安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 22 页 装 订 线 堆料中的铲取面积增大，装的物料多，但这样就缩小了 G 点与连杆铲斗铰接点 F 的距离，使铲取力 下降。 综合考虑各种因素的影响，一般取 50350间，我取 50确定动臂与机架的铰接点 A (1)以 G 点为圆心，使铲斗瞬时针转动，至铲斗口 轴平行为止，即工况 2 （ 2）根据算出的最大卸载高度、最小卸载距离和角，画出铲斗在高位置卸载时的位置图，即工况 4 (3) 以 G点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与 X 轴平行，即得铲斗口被举升到最高位置图（工况 3）。 （ 4） 联结 作垂直平分线。因为 G 和 G点在以 A 点为圆心，动臂 为半径的圆弧上，所以 A 点必在 垂直平分线上。 A 点的位置应该尽可能低一点，因为这样可以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。 5确定动臂与摇臂的铰接点 B B 点是一个非常重要的点，它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置及转斗油缸的长度等都有很大的影响。根据分析和和参考，一般取 B 点在 线下方，并在 垂直平分线左右尽量靠近工况 2 时的铲斗处。 （二）连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点 F、 E 的确定 因为在前面 点已经被确定，再确定 F 和 E 是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构 尺寸。 在确定 F、 E 两点时，既要考虑对机构运动学的要求，必须保证铲斗在各个工况时的转角又得注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的铲取力，同时还得防止各种机构运动被破坏的现象。 设计方法如下： 1 按双摇杆条件设计四杆机构，令 为最短杆， 为最长杆，则必有： GE (1) 令 GF=a, FE=b, BE=c, BG=d 将（ 1）不等号两边同除以 d，则得下式 K=db+ (2) 上式各值可在下列值域选取： K=a=(0.5)d (3) c=(0.8)d 根据前面设计时所确定的几个铰接点的位置： 取 G(700,250) A(800,740) B(720,720) 所以 BG=d= 22 )2 5 07 2 0()7 0 07 2 0( =安徽工业大学 毕业设计说明书 共 页 第 23 页 装 订 线 由（ 1）、（ 2）、（ 3），取 K=a=c= 可得： a=b=35705mm c= 确定 E 和 F 的位置 这两个点位置的确定要综合考虑如下四点要求： 1） E 不可与前桥相碰，并由足够的最小离地距离； 2） 工况 1 时，使 尽量与 直，这样可以获得较大的传动角和倍力系数； 3） 工况 2 时， 杆的夹角必须小于170 ，即传动角不能小于 10 ，以免运动时发生自锁； 4） 工况 4 时， 传动角也必须大于 10 . 具体作法如下 1） 初选 E 点法 如图所示，铲斗取工况 1 以 B 点为圆心，以 BE=c 为半径画弧；初选 E 点，使其落在 B 点右下方的弧段
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