0119-液压挖掘机反铲工作装置设计【全套6张CAD图+PROE三维模型+说明书】
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液压反铲装置设计
摘 要：本次设计的题目是液压挖掘机反铲装置机构。与其它类型的挖掘机相比，这种类型的挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。液压挖掘机反铲装置的主要特点为：反铲是中小型液压挖掘机的主要工作装置。液压挖掘机的反铲装置由动臂，斗杆铲斗，以及动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸和连杆机构组成。其构造特点是各部件之间的连接全部采用铰接，通过油缸的伸缩来实现挖掘工作中的各种动作。动臂的小铰点与回转平台铰接，并以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕小铰点转动而升降。斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆油缸来控制，当斗杆油缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上焦铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油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。本次设计的主要参数是斗容量0.2m3,它属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置。
在设计中，采用了轮胎式行走装置，来满足要求。上部转台是全回转式，因此它可在一个更大的范围内工作。又因采用液压传动控制而使整机性能得以改善。与机械式挖掘机相比，其挖掘力提高到2～3倍，整机质量约为5吨，挖掘力约为30kN，最大卸载高度约为2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半径约为5.728m，从中可以看出整机作业能力有了很大的改进，不仅挖掘力大，且机器重量轻，传动平稳，作业效率高，结构紧凑。另外，还对挖掘机的工作装置提出基于结构推理的机构方案创新设计方法。
关键词：液压挖掘机 ；挖掘机构 ；创新设计
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毕业设计（论文）开题报告 题目 液压挖掘机 反铲 工作装置设计 一、选题的依据及意义 ： 液压挖掘机 反 铲挖掘装置 大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，机器重量，传动平稳，作用效率高，结构紧凑。 液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等，其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及其组合。反铲液压挖掘机的工作过程为，先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作 装置开始下一次作业循环。动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤；斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，但挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率。在实际工作中，熟练的液压挖掘机人员可根据实际情况，合理操纵各个液压缸，往往是各液压缸联合 工作，实现最有效的挖掘作业。 工作装置是工程机械进行生产作业的装置，该装置直 接影响到整机的生产率和经济性，因此合理的设计有着重大意义，尤其是土方工程机械，作业过程中动力装置的大部分能量消耗在挖掘土壤上。由于工作装置的重量和成本只占整个机械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能耗，提高效率，从研究工作装置入手，在通常情况下，仅耗用较少的材料和费用就能明显地提高机械的性能，而机械的结构无需作重大改变。 工程施工对工程机械的工作装置提出的高效、多能，能适应各种作业条件的要求，促使工作装置在结构形式和材料选用上不断提高改进，许多工作装置的操纵已采用液压伺服系统或自动控制，是机械的操纵力大 大减小，生产效率利用显著提高，取得了良好的效果。在众多的工作装置中，装载机的工作装置的设计具有一定的典型性 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 第一台手动挖掘机问世至今已有 130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动半回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程 。 我国的挖掘机生产起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为 1机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。 新中国成立初期，以测绘仿 制前苏联 20世纪 30 40年代的 始了我国的挖掘机生产历史。 1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的 阳矿山机器厂的 肥矿山机器厂的 后又出现了长江挖掘机厂的 们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。 到 20 世纪 80 年代末，我国挖掘机生产厂已有 30 多家，生产机型达 40 余种。但总的来说，我 国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，有很大的差距。 我国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容量宜控制在 m&而对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为主。应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操纵的自动化。 改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进我国挖掘机行业的发展。例如，中国第一拖拉机工程机械公司、广西 玉柴 股份有限公司、柳州工程机械厂 等。这些企业经过几年的努力已达到一定 的规模和水平。 业内人士指出，我国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容量宜控制在 对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为主。应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操纵的自动化。 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本等是斗容量 斗液压挖掘机的主要生产国，从 20 世纪 80 年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量 50剥离用挖掘机，斗容量 132 步行式拉铲挖掘机； 比赛路斯一伊利 )公司生产的斗容量 168.2 步行式拉铲挖掘机，斗容量 107 剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 从 20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。 三、研究内容及实验方案： 主要对由动臂、斗杆、铲斗 、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下四部分 : 1挖掘机工作装置的总体设计。 工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一。因用途不同，工作装置的种类繁多，其中最主要的 有反产装置，正铲装置，起重装置和抓斗装置等。而同一种装置也可以有许多种结构形式，有的多达数十种，以适应各种不同的作业条件。主要设计的内容有动臂及斗杆的结构形式。动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式。反铲动臂可以分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动式和组合式两类。 直动式臂结构简单，轻巧，布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形式和强度值得注意，近年来悬挂式挖掘机出现了小弯臂的结构形式， 是直动臂的改良，动臂的箱型结构可以不用开口，动臂和斗杆油缸及管路的布置也比较方便。 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。 而组合式动臂有以下优点： （ 1）工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化调整。 （ 2）较合理的满足各种类型作业装置的参数和结构要求。 （ 3）装车运输比较方便。 综上选用组合式方案 2挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。 通过研究平面四杆机构的运动分析与曲柄滑块机构的规律，综合利用作图法与解析法，得出各构件的长度与位置 。作图法精度不够，只是一种近似的计算方法。 3工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。 动臂机构参数的选择 （ 1）动臂机构的铰点位置的选择。 （ 2）动臂液压缸作用力及闭锁力的确定 斗杆机构参数的选择 确定斗杆液压缸的铰点位置，行程及力臂比时应该考虑以下因素： （ 1）保证斗杆液压缸产生足够的斗齿挖掘力。 （ 2）保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。 （ 3）保证斗杆的摆角范围。 铲斗机构的参数选择 反铲铲斗及机构有四杆机构的，也有六杆机构的。作为机构的杆长参数一般都预先选定。这些参数必须满足以下要求： （ 1）铲斗的转角范围 （ 2）铲斗机构的载荷分析 4工作装置主要部件的结构设计。 对由动臂、斗杆、铲斗 、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。 二 设计方案 反铲装置的合理设计问题至今尚未理想的解决。以往多按经验，采用统计和作图试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法，并利用电子计算机辅助设计。 反铲方案的选择主要依据是设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用。此处确定为通用工作装置。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件的同时照顾其它条件下的性能。 设计方法主要是通过利用经验公式计算设计量，动臂，斗杆，转斗。将计算得到的设计量带入精确的计算公式来验证设计量是否得当。若有出入，则再修改设计量。直到由设计量计算出的最大挖掘深度，挖掘半径。最大卸载高度与给定的参数相吻合。具体步骤如下 1 动臂及动臂液压缸的布置 确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合式方式，确定动笔液压缸的布置为悬挂式或是下置式。 2 斗杆及斗杆液压缸的布置 确定用整体式或组合式斗杆，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆是否采用变铰点调节。 3 确定动臂与斗杆的长度比，及特性参数 1/ 对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可以在很大的范围内选择。一般当时称为长动臂短斗杆方案，当 之间称为中间比例方案。 4 确定配套铲斗的种类 ,斗容量及其主要参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否 需要调节。 5 根据液压系统的工作压力，流量，系统回路供油方式。工厂制造条件和三化要求等确定各液压缸缸数，缸径，全伸长度与全缩长度之比，考虑到结构尺寸，运动余量，稳定性和构件运动幅度等因素，一般取 1=别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取 1=6 斗杆机构参数的选择 对于以转斗挖掘为主的中小型反铲，选择斗杆参数时必须注意转斗挖掘时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发挥。而斗杆的摆角范围大致在 105125 之间。在满足工作范围和运输要求的条件下此值尽 可能的取得小些，对以斗杆挖掘为主的中型机更应注意到这一点。一般说斗杆愈长，其摆角范围可稍小。当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时，铲斗前臂与动臂之间的距离应大于10 根据斗杆挖掘阻力计算，并参照国内外同类型机器斗杆挖掘力值，按要求的最大挖掘力确定斗杆液压缸的最大作用力臂值 杆上 考虑到工作范围，一般在 130170之间。动臂上 是结构尺寸，根据结构因素预先估计。 斗杆机构参数最后还必须按闭锁性能校核。 反铲铲斗及机构有四杆机构的，也有 六杆机构的。 转角范围大致为 90110，为了满足开挖和最后卸载及运输状态的要求，铲斗总转角往往要达到 150180。为了挖掘深沟及垂直侧壁的要求，不使斗底先于斗齿接触土壤，常采用大仰角机构，总转角必须选择适当，不宜过大。设计时还要避免当铲斗液压缸全伸时斗齿尖碰撞斗杆下缘的现象。 四、目标、主要特色及工作进度 （ 1） 工作进度表 1. 查找资料， 外文资料翻译（不少于 6000 字符） ， 开题报告 第 1 周 周 2 运动及动力参数计算 第 3 周 周 3总 装配 图设计 第 5 周 周 4. 工作装置各部分基本尺寸设计 第 7 周 周 5 用 UG/系统进行实体建模和设计 第 9 周 1 周 6. 绘制零 、部 件图 第 12 周 3 周 7. 毕业论文撰写 第 14 周 6 周 8 第 17 周 7 周 （ 2） 挖掘机反铲工作装置主要特点 ： 反铲主要用于挖掘停机面以下的土壤。其挖掘轨迹决定于各油缸的运动及其相互配合的情况。当采用动臂油缸工作并进行挖掘时（斗杆油缸和铲斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。此时铲斗的挖掘轨迹是以动臂下铰点为中心 ，斗齿尖至该铰点的距离为半径而做的圆弧线，其极限挖掘高度和深度（不是最大挖掘深度即圆弧线之起点、终点，分别决定于动臂的最大上倾角和下倾角（动臂对水平线的夹角），也即决定于动臂油缸的行程。由于这种挖掘方式时间长并且由于稳定条件限制挖掘力的发挥，实际工作中基本不采用。 在实际挖掘工作过程中，往往需要采用各种油缸的联合工作。如当挖掘基坑时由于挖掘深度较大，并要求有较陡而平整的基坑时，则采用动臂与斗杆两种油缸同时工作当挖掘坑底，挖掘行程将结束为加速将铲斗装满土，以及挖掘过程需要改变铲斗与切削角等情况下，则要求采用斗 杆与铲斗油缸共同工作。显然此时挖掘机的挖掘轨迹是由相应油缸分别工作时的轨迹组合而成。当然，这种动作能否实现决定于液压系统的设计络图，即挖掘机在任意正常工作周位置时，控制到的工作范围，图上各控制尺寸即液压挖掘机的工作尺寸。 对于反铲装置的只要工作尺寸为最大挖掘深度和最大挖掘半径，包络图中可能有部分区间靠近甚至深入到挖掘机停机点以下，这一范围的土壤虽然能挖掘但可能引起土壤的崩塌而影响机械的稳定性和安全性，除有条件的挖沟作业一般不使用。故有的挖掘机工作尺寸图上标明有效的工作范围，或以虚线表明此段的挖掘轨迹 如图所示 。 图一 挖掘机反铲装置的最大挖掘力决定于液压系统的工作压力，油缸尺寸，以及油缸间作用力影响（斗杆，动臂油缸的闭锁压力及力臂）外。还决定与整机的稳定和地面的附着情况。反铲挖掘机速度结构尺寸已定的条件下决定于液压系统对工作油缸的供油量，对动臂油缸和斗杆油缸为提高其单独工作的挖掘速度，在液压系统中可采用合流供油措施来保证。液压反铲都采用转斗卸土，卸载较准确，平稳，便于装车工作。 五、参考文献 1成大先主编 手册 (第三版 ,第三卷 ),第十四篇 M1992 年 2付 越，邓子龙 . 基于 液压挖掘机反铲工作装置运动仿真，辽宁石油化工大学学报 3 邓子龙，刘杰，高财禄等 机械与电子 4 李滨城，何允纪 华东船舶工业学院学报 5 刘玉强，王学军 . 液压挖掘机反铲工作装置优化设计，机械产品与科技 6 I. u. A. of of a by a 1982, 3, 83 液压反铲装置设计 摘 要： 本次设计的题目是液压挖掘机反铲装置机构。与其它类型的挖掘机相比，这种类型的挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。液压挖掘机反铲装置的主要特点为：反铲是中小型液压挖掘机的主要工作装置。液压挖掘机的反铲装置由动臂，斗杆铲斗，以及动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸和连杆机构组成。其构造特点是各部件之间的连接全部采用铰接，通过油缸的伸缩来实现挖掘工作中的各种动作。动臂的小铰点与回转平台铰接，并以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动 臂油缸的伸缩可使动臂绕小铰点转动而升降。斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆油缸来控制，当斗杆油缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上焦铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油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。本次设计的主要参数是斗容量 属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置。 在设计中，采用了轮胎式行走装置，来满足要求。上部转台是全回转式，因此它可在一个更大的范围内工作。又因采用液压传动控制而使整机性能得以改善。与机械式挖掘机相比，其挖掘力提高到 2 3 倍，整机质量约为 5 吨，挖掘力约为 30大卸载高度约为 大挖掘深度 大挖掘半径约为 中可以看出整机作业能力有了很大的改进，不仅挖掘力大，且机器重量轻，传动平稳，作业效率高，结构紧凑。另外，还对挖掘机的工作装置 提出基于结构推理的机构方案创新设计方法 。 关键词 ： 液压挖掘机 ；挖掘机构 ；创新设计 of is of to as as to or is by of is ll by to to il on y to be od To by to be to is to is it is to s In to is it in a to to 3 0to is is to on of 开采机械化及自动化 几何学的工作部分的挖掘机 的 齿 动力学的研究进行穿挖掘机 齿本早些时候作者 1,2表明 ,一个主要的因素穿平台是控制动力学物理力学特性的岩石。在两阶段进化穿平台。 齿磨损中获得的 “ 临界期 ” 2对挖掘机没有显著影响表现在以下典型的矿业和地质条件的俄罗斯东北亚区域。切削元素可以继续使用指定的最大允许穿水平由制造商。在这方面 ,密集的时候穿初始阶段显然反映了一些设计缺陷的影响 ,而不是工作的调整过程。研究人员已经研究了 强烈的深层原因和后果的 齿 ,但穿挖掘机仍没有制定基本标准之上一般原则 ,以提高其耐磨性的切削元件 ,取决于其设计 3 - 5。 一种有效的方法来提高其耐 磨性的 齿 ,发掘挖掘机设计参数的工作组件以确保古典单穿 ,省略 “ 至关重要的 ” (段。我们开发了一个新挖掘机设计 ” 为基本特征的 齿提高耐磨损。 工作元件的轮廓的 齿和它的维度是开发与考量主要磨损特 征点的阻力曲线的大量生产的楔 状的齿。为了达到线性行为的这样的齿磨损过程的速率等于或小于观察在第二阶段的磨损与大量生产的 齿 ,我们指定了设计参数对应于第二阶段的开始 ,那里的特定从标准的力压推力这滴到 10 - 12兆帕的机制。图 1地块的压力变化的磨损平台的齿数是 常见的采石场开凿按照以下表达 : 力的推力机制 ;D和 先锋和的齿数 ,分别。 曲线表明 ,有一定压力的地区岩石抗磨损平台在 齿是公平的或大于力所研制开发的推力机制。这个装载模式对切割的元素是上观察到的单强 (例如 ,多年冻土 )的岩石。另一方面 ,一些材料抵抗切割与力量比弱多了自行研制的力推力机制。估计时形成的具体压力与切削要素的相互作用机制这批材料 ,我们绘制了曲线 1 - 4通过计算压力平台的穿 t 在软岩石上的压力变化规律的磨损平台是一样的 ,但压力和尺寸 齿磨损的一部分后开始的第二阶段可能是小得多 (有时是由一个相当大的因素 )。这是能清楚的看到在图 1。带我 ,穿过了曲线的参数 ,定义了第二阶段的开始穿不同的挖掘机及 齿不同岩石强度曲线为 1 - 4)。因为 的起点第二阶段实验在于获得穿带我和对应一个压力 0 - 12兆帕和磨损的平台宽度 r = 45毫米。 图 1 1 - 4 穿平台上压力曲线理论 - 1 2公斤 齿穿平台 5 。 图 80角大小 (1切削刃与地区 ;b D 2 穿平台 ;1,表面积 穿平台坡角。 在某一特定尺寸的工作部分的工具 ,这个阶段的关键磨损实际上是外出岩石和理由与低强度增大 ,而强烈的两阶段磨损工具经验强 /硬的岩石。在不同的开采和地质条件 ,它显然是方便工作与可互换的工具。当前它是无法控制的力参数对挖掘机工作的元素。操作者遵守工作的机器视觉 ,看着他的运动和桶子的灌装。作用在工作的元素和 齿这样不仅取决于岩石耐切割 ,但是 ,在很大程度上 依赖于员工技能和经验。高效、合理途径艺术设计工作组件参数是考虑 齿的力量挖掘机驱动器。 切削刃的面积为矩形切割的轮廓 ,180锐化可以计算出的穿平台的压力 (见图2)相应开始的第二个磨损阶段 : 在 开始 垂直分量的切削力 );我是发病的齿数挖掘机桶。定义在磨损条件平台的切割边缘区域作为 是边坡角相对磨损平台背面一方面的切割角度 , 压力可以表示为穿平台 该地区的切削刃的磨损辊型 的 计算提供了理想的切削元素的定义是源自同一 公式 : 图 相应 线性穿 (为第一个关键阶段 ;b b 基本的长、宽楔形齿的切削刃 , )。 图 4。耐磨损性能 1、 2 变异的影响一颗牙的线性穿扩大部分和标准齿 ,分别地 ;V 最大允许的磨损 ,提高操作的资源 新齿 设计。 考虑到切削刃的磨损面积与 平台 ,之前的关系 ,我们可以制定简单的工艺条件 ,提高工作元件的设计标准的楔形在齿上的条件最理想的长度作为 齿的切削刃 在 定的单级长度切割的元素 ;基本 )宽度的先锋 ,大量生产的楔形牙齿 ;合 。 图 3提供技术概念 ,为降低 切 削元件磨损动力学基于大量生产的楔状的齿。扩展部分的长度的一颗 齿 (D)不应小于临界线性穿 扩展的部分是逐渐消失 ,一颗齿 获得自然大小相应的平台稳定磨损的第二阶段。 根据该设计穿成线性关系 (图 4)的强度相当于的第二阶段磨损的大量生产的齿 (平行的部分情节 )。实现最大的 齿就已经磨损 ,延长服务生活中 ,表达了在一个贸易量的增加 (土的岩石。 根据该设计穿成线性关系 (图 4)的强度相当于的第二阶段磨损的大量生产的齿 (平行的部分情节 )。实现最大的 齿就已经磨损 ,延长服务生活中 ,表达了在一个贸易量的增加 ,岩石 (土时应特别注意提高耐磨性与创造的 齿不改变基本的尺寸或形状的工作元件。这非常重要 ,因为这张表格就会更容易、更便宜的生 产。我们研制通用几何的工作部分的基础上计算挖掘机的齿的最优宽度的切削刃的同时保留了电机的主要尺寸的标准 齿的设计齿与新工作 其几何 (图 5)1、直线段切削刃的背脸 2和曲线 3部分。前面的脸是两个线性段构成的第四和第五。线性段平行于脸 ,二是要回牙纵轴 6,地处从远处我轴 6。这架飞机的尖端位于大于 90角对剖切平面。这有助于形成一个稳定的核心在平面上的压实的前沿领域 ,部分地保护它从磨损。宽度是发现一种经验性关系从 : 图 有最优的切削刃参数 (1 2 线性 ;部分回来 ;3 曲线回方面 ;4、 5 方面的片段前面方面 ;6 齿轴 ;7 b =边缘宽度 ;1 =初始切割角角大小之间的距离 ;女 =楔形闸板使用顶点和切削刃的角度 , =维度直线段前后两方面 ,分别地 ;位移方面的部分 ,从齿背轴 r =穿平台坡角。 ;它包括重量的桶 ,吗把棍子 ,力所研制开发的推力机制是边坡角度的穿平台相对于牙长轴 (或线形段背面刻面 );我是大量的 齿在桶里。 尖端 1应该在距离 从顶点的楔角在哪里的 楔角的工作部分的 齿。 文学的数据表明 :改变切割角度 (更准确的说 ,后角 ,而这又取决于切割角度 )很大程度上影响了入侵力量的切削的元素。当一颗牙后角的增加 ,能量的能力其侵入到地面的呈现下降趋势 7。我们制定了新的 齿几何采取这一因素考虑进去。因此 ,线性区段 2或 3平行回方面牙轴 6,这让我们增加后角 了减少磨损产生的水平分量的切割参数的挖掘机铲斗 ,我们搬动区段 2背部的方面 (从而切削刃的 1)按价值 个职位的工作元件的元素相对于齿切削刃减少桶的速度穿因为之间的距离和铲斗齿切削平面边缘切平面是增加了 70% - 80%给定长度的部分工作之外的凸齿桶里。因为这颗牙的设计 ,我们定义了关系可以用来计算出工作元素的尺寸 (表 1)。 切割边的长度 (D)和 齿 (i)的数量取决于设计选择的挖掘机工作要素和注塑机一般规格。 图 6显示理论曲线的形成 ,穿平台作为一种功能的维度对一个线性穿 们可以看出 ,在零的设计参数与高效穿穿平台有 = 50(公羊。这设计生产协会所产生的 由 换句话说 ,在磨损阶段、抗磨损区 ,这是我和第二次世界大战积累一定的因为穿平台保留一颗新牙发展更为迅速在初始阶段 (高达 50毫米 )。随后 ,改变尺寸磨损平台上没有显著影响磨损率。 参数 工作元件的 尺寸 参数 削刃的宽度 b b=28点的距离牙楔形角度和切削刃的 f=40角的工作部分的牙齿 b=33b=35 穿平台坡角 r=40r=40 线性段长度背方面 B=()b B=150面的线性段长度方面 A=()b A=100移的线性段回来方面通 过牙齿轴 r=（ b r=70展原则和参数评价工作元件 ,使其可能的预测控制系统的磨损动力学切割的元素进行实际工业条件。 证明这种新设计。他们进行了测试 ,其他矿山企业。有价值的试验结果进行了 ,在那里的 齿是用来挖掘高度评价磨料冻结岩石组成的花岗岩、砂岩和粘土片岩碎片在周围空气的温度 发展原则和参数评价工作元件 ,使其可能的预测 控制系统的磨损动力学切割的元素进行实际工业条件。 证明这种新设计。他们进行了测试 ,其他矿山企业。有价值的试验结果进行了 ,在那里的 齿是用来挖掘高度评价磨料冻结岩石组成的花岗岩、砂岩和粘土片岩碎片在周围空气的温度 C。分析与设计相关联的耐磨损性能 ,这些实验的 齿表明 ,随着新的工作他们的经验 ,单穿组件几何与一个阻力至少 40%高于标准楔形 齿 (图 7)。实验数据分析定义线性穿你像一个函数的工作输出 V(万米 3)新的 齿。它是由一个一级回归方程表达 : 验证实了基本设计原则的基础上削减元素与经验工作关系的几何元素的压力来表达的穿平台力的特点挖掘机工作的部件。 切削刃的宽度可以被定义 磨损是穿 平台发作的稳态 齿磨损 ,从一个图的定义是 (见图 1)是穿平台坡角。 使用经验主义的关系 (见表 1)和重新排列它的数值与替代的 我们可以估算先锋宽度 . 这保证单穿在任何使用条件 。这就是之所以成功是因为表达式包含一个常数系数(压力 P= 12兆帕 )作为主要标准。刚开始的时候 ,一个特定的线性穿压力 12兆帕的运作就穿平台切断的元素设计依据这个公式。 这种分析技术是结构简单、 工作可靠 ,因 为它提供了一份耐磨性的空白处。这是很重要的用于切割基岩挖掘机的 齿 ,它们往往是迅速减弱。 齿的锐度在这种情况下 ,几乎没有 实用的因为穿强度重要性极高。一个类似的正面影响该方法不能指望的 齿用于切割冻结岩石 ,而后者以抗入侵导致背部方面形成。磨损一个穿平台的 “ 提高 ” 的 齿 (降低切削刃的 )。 图 6。尺寸的变化在功能上 穿平台的线性磨损 (一 磨损的形成与提高平台切削元件参数 工作部分的磨损 ;b 设计 ;I、 开发区中的发病前穿平台线性的 以及期间穿线性穿 (二 ). 图 7 动力学设计 (a)和 (b)标准楔形齿 ;1、 2 - - - - 磨损平台形成的关系 ,分别 )。 特点 挖掘机 掘机参数 :讨重量的桶和棍子 ,吨总压力量、锰齿一桶的数量 , 单位 0， 205 20， 0 0， 405 5 0， 37 26， 5 0， 635 5 0， 60 45， 0 1， 05 5 0， 70 81， 5 1， 565 6 传统的牙齿 ; 基本长度 ,础宽度的前沿领域楔状 20 - 30角 牙齿与弯曲的前、后方面 150 12 （ 16） 180 16（ 40） - 180 20 - 220 45* - 新设计 : 宽度的计算切削 边缘 ,据 (1) 根据 (2) 25 25 34 37 44 63 44 64 *角大小的 38 工作元件 。 表 2中深数据表明 ,目前多数的设计款式 不适应的冻结岩石开挖。我们的研究与计算结果证实这一观察。标准的 齿与增加切削刃的尺寸 (用括号内所给 )现在用在一个有限的基础。因为他们仅可在挖掘机的生产和 我们应该注意到提高耐磨性的齿 能独立高效的设计具有一定的局限性。这个潜在是 制约因素的影响的大小和在切割岩石的精深的能量断裂过程 ,并要求专项调查。齿设计中描述的 ,本论文的 t,t t 掘机、和由 F F . A. . I. of by 1, 2 is of in 2 no on in to be up to by In of of of no to so as to of as by 3 An to of an is to of so as to (We a of of of of To a of a to or is of we to of of 0 on of of in to P1 p is of P1 is of D i of of on on to is to or by is on On a by To we -4 by on of an t.1 of On on is of of be by a is 1. , of of of of of in to a = 10Pa a tc r = 45 2, 161993. , 1992. 10623/1993 15 0 . O 5A 1 2 1. as a of 1- on A .1 of 2. of a 80 (1 o; b - D - 2 - 1, - At a of of of or is on on In it is to It is to on of an of on to on to is to of of a a 180 be on 2) to of P = i is on to of P1 is of of is at i is of on is in of O is to of S o is on be as p = of is 1 P16 / 2? -7 r j U, e j I V, 1,000 m 3 3 4 3. - to b b b - of of D - of 4. of 1, 2 of a an a - &V - of is to by we of of in of of = b is of b is of of is of to of is of of to of on of of a D) be is a of to of to a 4) an of of of of in an of We to or of is is to We of an on of of of 5) , of , . is of . of is to , at 6. of is at an 0 to a on f it is an *We by !17 7 7 6 5. of of a 1 - 2 - of 3 - 4, 5 - of 6 - 7- b = a 1 = = f = A = of of I = of r = b ,D. b is an of P1 is of of by 3 is of to or of D is of P is on at of i is of on be at I of is of of a of on of of a is of to 7. We or is to , us to by a To of of of we of ) by of of to of is 0a of we be to of ). of D) of i)on of of of as a of an tWe at a 50 by 6, I) is to 18 of 4, 6) b = 28 of of of of of of of of of P ., 1 = 33 . 37 7=40 . 45 . B= (4,5)b A= (3,0)b F= (2,0)b /3 = 35 ? = 40 B = = 100 : = 70 mm In in I a of a in up 0 a in no on it to of in of a of at at at to of at 45 C. of of a at 0% of 7). to as a of (m 3) It by a U = a of on an of on in of of be b = , (1) . is is of is a 1); 3 is ) it of on we as b = 0,0536 (2) in is a = 12 as At of a 12 on of a to is it a is to of in is of is A of be to by to to of a 119 U, U 160 :00- a b 80- !- ee o/ o o 4 120 , 7 80- 40- -& lk g4 X l,m 3 6 7 6. of as a of a - of of of b - of I, - of of I) 7. of a) b); 1, 2 - sm MN of MN of f. emm of 0 ew of mm i) 2) A(4,6) 0,205 20,0 0,405 0,37 0,60 26,5 45,0 0,635 1,05 I,70 8i,5 i,565 28 28 180 6(0) 34 37 0 44 63 220 45, * 44 64, *of 8 . be on ). 120 do of in on a on by We in be by is by of on of in by of tttby of 2. 3. 4. 5. 6. 7. V. A. . I. of of on of 6 (1992). V. A. . I. of 1 (1993). V. K. . L. of of 1985). A. V. V. . I. of a 1968). V. A. of on 1975). V. A. V. A. N. G. et o. 4706367/03, 14 989. V. N. of on to 1984). 121 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 液压挖掘机反铲 工作 装置 设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分 : (1) 挖掘机工作装置的总体设计。 (2) 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析，运动模拟。 (3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。 (4) 工作装置主要部件的结构设计。仿真设计。 (5) 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 查找资料， 外文资料翻译（不少于 6000 字符） ， 开题报告 第 1 周 周 2 运动及动力参数计算 第 3 周 周 3 总 装配 图设计 第 5 周 周 4. 工作装置各部分基本尺寸设计 第 7 周 周 5 用 系统 进行实体建模和设计 第 9 周 1 周 6. 绘制零 、部 件图 第 12 周 3 周 7. 毕业论文撰写 第 14 周 6 周 8 第 17 周 7 周 、主 要参考资料： 1成大先主编 第三版 ,第三卷 ),第十四篇 M1992 年 2付 越，邓子龙 . 基于 液压挖掘机反铲工作装置运动仿真 ，辽宁石油化工大学学报 3 邓子龙，刘杰，高财禄等 机械与电子 4 李滨城，何允纪 华东船舶工业学院学报 5 刘玉强，王学军 . 液压挖掘 机反铲 工 作装置优 化设计， 机械产品 与科技 6 I. u. A. of of a by a 1982, 3, 83 毕业设计（论文） 题目： 液压挖掘机反铲装置设计 摘 要 本次设计的题目是液压挖掘机反铲装置机构。与其它类型的挖掘机相比，这种类型的挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。 液压挖掘机反铲装置的主要特点为：反铲是中小型液压挖掘机的主要工作装置。液压挖掘机的反铲装置由动臂，斗杆铲斗，以及动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸和连杆机构组成 。其构造特点是各部件之间的连接全部采用铰接，通过油缸的伸缩来实现挖掘工作中的各种动作。动臂的小铰点与回转平台铰接，并以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕小铰点转动而升降。斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆油缸来控制，当斗杆油缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上焦铰点转动。本次设计的主要参数是斗容量 属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置。 在设计中，采用了 轮胎 式行走装置，来满足要求。上部转台是全回转式，因此它可在一个更大的范围内工作。又因采用液压传动控制而使 整机性能得以改善。与机械式挖掘机相比，其挖掘力提高到 2 3倍，整机质量约为 5吨，挖掘力约为 30大卸载高度约为 大挖掘深度 大挖掘半径约为 中可以看出整机作业能力有了很大的改进，不仅挖掘力大，且机器重量轻，传动平稳，作业效率高，结构紧凑。另外，还对挖掘机的工作装置 提出基于结构推理的机构方案创新设计方法 。 关键词 ： 液压挖掘机 ；反铲机构；设计 is of to as as to or is by of is ll by to to il on y to be is it is to s In to is it in a to to 3 0to is is to on 目 录 1 绪论 . 1 压挖掘机的工作特点和基本类型 . 1 压挖掘机的主要优点 . 1 压挖掘机的基本类型及主要特点 . 2 铲装置的工作原理 . 2 2 总体设计方案 . 4 作装置设计方案原则 . 4 压系统设计方案原则（总体） . 4 液压系统作业动作要求 . 4 液压系统基本的要求 . 5 3 挖掘机工作装置设计 .定动臂的结构形式 .臂、铲斗机构参数的选择 . 反铲装置总体方案的选择 铲斗参数的选择 . 7 臂机构参数的选择 . 8 4 液压挖掘机工作装置运动仿真 . 13 型建立 . 件运动配装 . 15 件运动仿真 17 1 1 绪论 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。 液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代 化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。 在建筑工程中，可用来挖掘苦坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。 在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。 在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。 在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。 在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆 弃、装载和钻孔等作业。 所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都 起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量 级土壤埋，每班生产率大约相当于300 400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。 压挖掘机的工作特点和基本类型 压挖掘机的主要优点 液压挖掘机在动力装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力 能进行工作。液压传动与机械传动相比有许多优点。 能无级调速且调速范围大，例如液压马达的最高转速与最低转速之比可达 1000 1。 能得到较低的稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可低达 1r/快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作调整反转。例如电动机在启动时的惯性力矩比其平稳盍时的驱动力矩大 50%，而液压马达则不大于 5%，加速中等功率电动机需 1加速液压马达只需 传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制。 易于实现标准化、系列化 、通用化。 基于液压传动的上述优点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有下列主要特点。 大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，机器重量，传动平稳，作用效 2率高，结构紧凑。液压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力约高 30%，例如 压挖掘机铲斗挖掘力 120 150同级机械传动挖掘机只有 100 挖掘机在工作时的主要动作包括行走、转台回转和工作装置的作业动作，其中动作最频繁的是回转和工作装置的循环往复运动。这种入选运动一般速度不高 ，而所需作用力却很大，要求在短时间内通过变速或换向来完成各种复杂动作。机械传动挖掘机完成上述运动需通过磨擦离合器、减速器、制动器、逆转机构、提升和推压机构等配合来完成。因此，机械传动挖掘力不仅结构复杂，而且还要产生很大的惯性力和冲击载荷。而液压挖掘机则不需要庞大和复杂的蹭传动，大大简化了结构，也减少了易损件。由于结构简化，液压挖掘机的质量大约比相同斗容量的机械传动挖掘机轻 30%，不仅节省了钢材，而且降低了接地比压。液压挖掘机上的各种液压元件可相对独立布置，使整机结构紧凑、外形美观，同时也易于改进或变型。 液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。由于可采用液压先导控制，无论驱动功率多大，操纵均很灵活、省力，司机的工作条件得到改善。更换工作装置时，由于不牵连转台上部的其他机构，因此更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制。 由于液压传动易于实现自动控制，因此现代液压挖掘机普遍采用了以微处理器国核心的电子控制单元（ 使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态下工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可实现整机状态参数的电子监控和故障诊断。 液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，便于组织大规模专业化生产，进一步提高质量和降低成本。 压挖掘机的基本类型及主要特点 液压挖掘机种类繁多，可以从不同角度对其类型进行划分。 根据液压挖掘机种类主要机构传动类型划分。 根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动，则为全液压挖掘机。若液压挖掘机中的某一个机构采用机械传动，则称其为非全液压（或半液压）挖掘机。一般说来，这种 区别主要表现在行走机构 上。对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动，只有行走机构有的为液压传动，有的为机械传动。 （ 2）根据工作装置划分 根据工作装置结构不同，可分为铰接式和伸缩臂式挖掘机。铰接式工作装置应用较为普遍。这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点转动来完成作业动作。伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂臂内伸缩，还可以变幅。伸缩臂前端装有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是修整沟坡。 铲装置的工作原理 3反铲工作装置是液压挖掘机的一种主要工作装置，如图 1 1所示。 液压反铲工作装置一般由动 臂 1、动臂液压缸 2、斗杆液压缸 3、斗杆 4、铲斗液压缸 5、铲斗 6、连杆 7 和摇杆 8 等组成。其构造特点是各构件之间全部采用铰接连接，并通过改变各液压缸行程来实现挖掘过程中的各种动作。动臂 1 的下铰点与回转平台铰接，并以动臂液压缸 2 来支承动臂，通过改变动臂液压缸的行程即可改变动臂倾角，实现动臂的升降。斗杆 4 铰接于动臂的上端，可绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸 5 控制，当斗杆液压缸伸缩时，斗杆即可绕动臂上铰点转动。铲斗 6 则铰接于斗杆4 的末端，通过铲斗液压缸 5 的伸缩来使铲斗绕铰点转动。为了增大铲斗的转角，铲斗液 压缸一般通过连杆机构（即连杆 7 和摇杆 8）与铲斗连接。液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等，其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及其组合。反铲液压挖掘机的工作过程为，先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作装置开始下一次作业循环。动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤；斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，但挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时 装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率。例如，挖掘基坑时由于挖掘深度较大，并要求有较陡而平整的基坑壁，则采用动臂和斗杆同时工作；当挖掘基坑底时，挖掘行程将结束，为加速装满铲斗，或挖掘过程中调整切削角时，则需要铲斗液压缸和斗杆液压缸同时工作。 图 1 1 整 体 式 弯 动 臂 42 总体设计方案 作装置设计方案原则 设计合理的工作装置应能满足下列要求： 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，并注意到结构参数受结构碰撞限制等的可能性。 整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并具有一定的先进性。 功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。 确定铰点布置，结构型式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利，在保证强度、刚度和连接刚性的条件下尽量减轻结构自重。 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种类少，结构简单，换装方便。 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，并尽可能使液压缸卸载或减载。 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。 工作装置的结构型式和布置使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。 要采取合理措施来满足特殊使用要求。 压系统设计方案原则（总体） 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连接起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。 液压系统作业动作要求 液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的基本要求。 液压挖掘机的液压系统应满足的作业动作要求如下。 保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。 保证工作装置的动作与回转平台的回转动作既能单独动作，又能作复合动作，以提高液压 挖掘机的作业效率。 履带式液压挖掘机的左、右履带应能分别驱动，使挖掘机行走转弯方便灵活，并能实现原地转向，以提高 挖掘机的机动性。 保证液压挖掘机工作安全可靠，对各机构及液压执行元件应具有完善的安全保护措 5施。例如，对回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而下降过快；防止机器下坡行驶时超速溜坡等。 液压系统基本的要求 根据液压挖掘机的作业动作和环境特点，对液压系统提出如下要求。 液压挖掘机的液压系统应具有较高效率，以充分发动机的动力性和燃油经济性。 液压系统 和液压元件在大 负载和剧烈振动冲击作用下，应具有足够的可靠性。 选择轻便、适用、耐振的冷却散热系统，减少系统总发热量，使液压系统工作温度及温升在规定范围内。 由于液压挖掘机作业现场尘土多，液压油被污染，因此液压稭密封性能要好，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 在必要时采用液压先导或电液伺服操纵装置，提高液压挖掘机操作的舒适性，减轻操作人员的劳动强度。 在液压系统中采用先进的自动控制技术，提高液压挖掘机的技术性能指标，使液压挖掘机具有节能、高效和自动适应负载变化的特点。 63 挖掘机 的工作装置设计 定动臂、斗杆、铲斗的结构形式 动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往决定于动臂的结构形式。反铲动臂分为整体式和组合式两类。 直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机 ,如图 3 1 所示。 采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意，有时采用三节变动臂有利于降低弯曲处的应力集中。 整体式变动臂结构简单、价廉，风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。往往需要配备几套完全 不通用的工作装置。一般说，长期用于作业相似的反铲采用整体式动臂结构比较合适。如图 2 1 所示。 组合式动臂一般都为弯臂形式。其组合方式有两类，一类用辅助连杆（或液压缸）连接，另一类用螺栓连接。 组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点，它们分别适用于不同的作业条件。组合式动臂的主要优点是： 1工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整。当采用螺栓或连杆连接时调整时间只需十几分钟，采用液压缸连接时可以进行无级调节。 2较合理 地满足各种类型作业装置的参数和结构要求，从而较简单地解决主要构件的统一化问题。因此其替换工作装置较多，替换也方便。一般情况下，下动臂可以适应各种作业装置要求，不需拆换。 图 3 1 整 体 式 直 动 臂 73装车运输比较方便。 由于上述优点，组合式动臂结构虽比整体式动臂复杂，但得到了较广泛的应用。尤以中小型通用液压挖掘机作业条件多时采用组合式动臂较为合适。 本次设计作业条件比较单一，所以选用整体式弯动臂。 臂、铲斗机构参数的选择 铲装置总体方案的选择 反铲方案选择的主要依据是设计任务书规定的使用要求，据以决定 工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其它装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件下性能。 反铲装置总体方案的选择包括以下方面： 确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状。确定动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。 前面已确定采用整体式动臂，动臂液压缸的布置为下置式。 特性参数 1K =21 对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大内选择。一般当 1K 2时，（有反铲取 1K 3）称为长动臂短斗杆方案，当 1K 属于短动臂长斗杆方案。 1K 2之间称为中间比例方案。 要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。 相反，当用配套替换构件或可调连接适应不同作业条件时，不同的配置或铰点连接情况可组成各种比例方案。在使用条件单一，作业对象明确的条件下采用整体式动臂和斗杆固定铰接， 1K 值由作业条件确定。从作业范围看，在挖高、挖深与挖掘半径均相同的条件下， 1K 愈大作业范围愈窄，从挖掘方式看 1K 大宜用于斗杆挖掘为主，因其刚度较易保证。而 1K 值小宜用于以转斗挖掘为主 。 本设计采用中间比例方案 ,取 1K 3根据液压缸系统压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件和三化要求等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全缩长度之比 。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取 1 别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取 1 取 2 斗主要参数的选择 斗容量 q 、平均斗宽 B ，转斗挖掘半径 R 和转斗挖掘装满转角 2 （这里令 是铲斗的四个主要参数。 R 、 B 及 2 三者与 q 之间有以下几何关系 8q = 21 2 式 (3 1) 其中： q 中： q =知 )，铲斗斗容量； R 铲斗挖掘半径，单位 m； B 铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范 围，取 B 2 铲斗挖掘装满转角，一般取 2 90 100，取 2 95 q 、 B 、 2 代入式 (3 1)得： 1 2R （ R 铲工作液压缸运动参数表 表 3 2 液压缸种类 参 数 意 义 瞬时力臂瞬时长度全缩力臂全缩长度全缩力臂全伸长度特性参数 参 数 符 号 动臂液压缸 112233臂机构参数的选择 由于铲斗容量 q 据国内外液压挖掘机有关设计标准，通过类比法，选出参数机重 G 5吨。 又根据经验公式 计算法，参考机体尺寸和工作尺寸经验系数表 ， 9线尺寸参数 :出 :最大挖掘半径 R 1 =35 = 最大挖掘深度 35 = 最大卸载高度 35 = 据统计，最大挖掘半径 R 1 值一般与 l 1+ l 2 + 此由要求 R 1 ，已定的3K 可按下列经验公式初选 l 1、 l 2 ： 311 式（ 3 l 1=K l 2 其中： R 1 =1K 经计算得出： l 2 = 1K l 2 =三角形 1 、 l 1和3 其中： 1 动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但 降低了卸载高度， 取 1 140； 3K 动臂转折处的长度比 一般根据结构和液压缸铰点 步设计取3K 3K 因此根据公式：可以算出 41l 、 42l 、3913231c o 5 40图 3 1 动 臂 实 际 尺 寸 10 式（ 3 39= 42241212422 ) 经计算得出： 1l = 42l = 39= 如图 3 1所示。 动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比 用反铲可取 4K 反铲为主的通用机，斗容量 1设计 中取 4K 1。 加大11会使减小或使 下符合反铲作业要求，因此基本用作反铲的小型机取11 60。本设计中取11 70。 斗杆液压缸全缩时 =832 最大（图 3 12），本设计中取（832 ）170 。 取决于液压缸布置形式，（图 3动臂液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼加耳座上， 的下面。初定 5，根据已知 ，解得 由图 31 11 2 32 8 2 最 大 卸 载 高 度 时 动 臂 机 构 计 算 简 图 11 ） 211m a a x3 s s 32118m a a 1 8 0s 式（ 3 由图 3 1152m i a x1 s in)s 式（ 3 将这两式相加，消去5l，并令 A 11 2 ， B A +8得到： H l 1 )- A) +2l )0 式（ 3 又特性参数： 4K 式（ 3 因此 14K2124 K ) 式（ 3 将上式代入式（ 3得到一元函数 f(=0。式中 经计算得出： 最后由式 （ 355l11m a i s s 式（ 3 图 3 1 3 最 大 挖 掘 深 度 时 动 臂机构计算简图 11 2 11 1 12 70s 0 7s 1 6 后，可通过反函数，可求和： 经计算得出： l=到的结果符合下列几何条件： + = ； | - =1 4 液压挖掘机工作装置运动仿真 型的建立 ： 在 以在建立柱塞泵泵体的时需要建立相关特征，一般在建立特征的时候都要进行草绘，然后根据草绘的图元再转化为三维图形，例如挖掘机动臂的造型设计。 （ 1）【新建】名为 b 的【零件】文件。单击【插入】 /【扫描】 /【伸出项】，草绘，双向拉伸 260 得到如图 13 图 2）继续 上一步骤，【扫描】 /【伸出项】后绘制如图 绘，双向拉伸 160 实体。 图 图 3）单击【插入】 /【扫描】 /【切口】，选择上一步骤的外形轮廓线进行切剪，双向切剪 120后得到图 图 14 （ 4）单击基准轴工具 ，在图 两个圆心处建立两个基准轴。继续单击【切剪】草绘如图 80，得到图 动臂前端。 图 图 5）继续【扫描】 /【伸出项】后绘制如图 绘，双向拉伸 260得到图 图 图 6）单击【插入】 /【扫描】 /【切口】，绘制如图 向切剪 104后得到图 图 图 7）单击【孔工具】 ，在动臂的两端创建两个通孔 图 到动臂的总体造型。 15 图 件运动配装： 用 行装配能够发现很多实际中很难发现的问题，我们还可以用 行干涉分析，为了合理的确定铲斗关系，用 行仿真是再好不过的一种方法了，这样即经济又迅速。当发现装配中出现了问题时，只要回过去修改零件就可以了， 自动更新修改后的装配关系。例如： 挖掘机铲斗的连接。 （ 1）继续单击【添加组件】 ，导入铲斗零件 h，约束类型选择【销钉】，选择【轴对齐】为两零件 e、 平移】为零件 ，如图 4 （ 2）继续单击【添加组件】 ，导入连杆零件 j，约束类型选择【销钉】，选择【轴对齐】为两零件 j、 h 端部通孔的中心轴，【平移】为零件 j 端部孔内侧和零件 h 下部孔外侧，如图 4 图 4 图 4 3）单击【添加组件】 ，导入铲斗油缸零件 i，如 3）所示完成约束。再次单击【添加组件】 ，导入铲斗油缸活塞零件 l，如 4）所示【轴对齐】为两零件 l、j 端部通孔的中心轴，【 平移】为零件 成约束。如图 4 4 16 图 4 图 4 4）继续单击【添加组件】 ，导入摇杆零件 k，约束类型选择【销钉】，选择【轴对齐】为两零件 j、 k 端部通孔的中心轴，【平移】为零件 k 端部孔内侧和零件 j 孔外侧，新建约束【圆柱】，选择【轴对齐】为零件 图4 图 4 5）重复第（ 2）、（ 4）步骤，在另外一边继续导入连杆和摇杆。 在部分仿真都已经结束后，可以连接成整体的仿真如图 图 17 图 件运动仿真 挖掘机铲斗斗尖轨迹的包络图 ,即挖掘机在任一正常工作位置时所控制到的工作范围。它是挖掘机后来进行静动态分析的前提和基础。 机构是由构件组合而成的，其中每个构件都是以一定的方式至少与一个构件相连接，这种连接既使两个构件直接接触，又使两个构件产生一定的相对运动。 目前包络线图的绘制方法多采用绘图法即当反铲工作装 置的结构形式及结构尺寸己定时 (包括动臂、斗杆、铲斗尺寸、铰点位置 ,相对的允许转角或各油缸的行程等 ) ,用作图法求得挖掘机挖掘轨迹的包络图。或采用矩阵方法即根据相邻两杆件的平移、转动关系 ,为关节链中的每一个杆件建立附加坐标系。在杆机构的分析中利用坐标变换 ,求出不同位置的节点力与位移的关系 ,然后在计算机上用 C + + 程序编程。这两种方法复杂、工作量大而且不直观 ,而采用 E 的运动学仿真模块 ,可以通过限制挖掘机的极限位置而得到挖掘机的铲斗斗尖运动轨迹即挖掘机包络线图 ,这大大节省了运动分析的时间 ,并提高分 析的质量。挖掘机在工作中有几个典型的工况位置。 1） 铲斗最高位置处的姿态。铲斗最高位置出现在动臂油缸全伸 ,斗杆油缸和铲斗油缸全缩时。 (2)最高卸载高度处的姿态。工
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