挖掘装载机毕业设计说明书

1、目 录摘要3Abstract4前言5第一章 挖掘装载机整机概论6 1.1挖掘装载机的定义61.2挖掘装载机用途的大体概述71.3挖掘装载机的基本结构71.4国内、外挖掘装载机的市场现状8第二章 反铲装置的设计92.1 挖掘装载机工作装置典型工况分析确定9（1）动臂油缸挖掘10（2）斗杆油缸挖掘10（3）铲斗油缸挖掘102.2、挖掘装载机工作装置的基本参数的选择11（1）斗行参数的选择11（2）当工作装置处于最大挖掘半径时12（3）最大挖掘深度工况下14（4）在最大卸载高度工况下152.3、油缸基本参数的选择和计算18（1）动臂油缸参数的确定18（2）斗杆油缸参数的确定19（3）铲斗油缸参数的确

2、定20第三章、挖掘装置受力计算和强度计算213.1、挖掘阻力的计算21（1）铲斗挖掘阻力的计算23(2）斗杆挖掘阻力计算233.2、 工作液压缸的理论挖掘力23(1)铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力23(2)斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力233.3、 整机理论挖掘力24(1)斗杆挖掘：25(2)铲斗挖掘29第四章、 主要部件动臂、反铲的三维造型4.1 Pro/E 简介324.2 生成零件实体334.3 相关部件的装配354.4 三维实体造型实例36（1） 动臂的三维实体造型36(2) 铲斗的三维实体造型40第五章：结 论48参考文献49附 录50致 谢51摘 要 本文设计是一种挖掘装载机的挖掘

3、装置，在为工业、民用上有特殊用途的挖掘装载机，它可以用于煤矿井下狭小空间清理、装载、运输等工作，也可用于冶金、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，而后选用标准容量铲斗，根据所选出的标准铲斗，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。关键词：铲斗、液压缸、动臂、挖掘机AbstractIn this paper, th

4、e design is a mini-excavators, as for the industry, there are special-purpose civilian loading machinery, it can be used in underground coal mines to clear a narrow space, loading, transport, etc., can also be used for metallurgy, mining, occasions, such as tunnel construction excavation work load.I

5、n this design, both at home and abroad through the understanding of existing technology and analysis, the use of task books given by the excavator bucket load rated load, calculate the first bucket of the bucket capacity, and then choose the standard size of the bucket, elected in accordance with st

6、andard bucket, to calculate the largest excavator shovel access resistance, the maximum unloading height, minimum distance, such as unloading the design used in the volume necessary. Through the work of nine institutions to determine the location of hinge points out to design the model and the movin

7、g arm arm stress points, and then calculate the fuel tank and to fight the diameter of the fuel tank, the rod diameter rod, the election a standard hydraulic cylinders. Keywords: bucket, hydraulic cylinder, boom, excavator前 言经文献考察，目前，科研院所、国内厂家、高等学校对装载机工作装置、挖掘装载机装置的研究较多，技术也相对成熟；但是对挖掘装载机挖掘机构的研究相对较少，而且

8、在工程实践中，挖掘装载机机构出现的问题也较多。同时，很多厂家及科研院所在对挖掘装载机反铲装置进行优化设计时，一般是参照液压挖掘机工作装置的优化设计进行，这样很难得到经济性和可靠性均较好的最佳方案。虽然挖掘装载机与挖掘机的工作性能及挖掘原理相似，但是也存在着很多的差异。其中主要是以下几个方面：1.挖掘装载机向前倾翻点为前轮着地点，向后倾翻点为支腿着地点，而履带式挖掘机则分别为履带式的前后着地点。挖掘装载机装置装置的重力对反铲作业时整机的稳定性也有影响。2.挖掘装载机动臂液压缸的布置为悬挂式，而一般挖掘机的布置为支撑式。在设计铲斗液压缸的实际挖掘力，考虑动臂液压缸的闭锁力时，动臂缸处于受压状态，而

9、非挖掘机的受拉状态。3.优化设计目标函数不仅要考虑挖掘力的充分发挥，还要考虑反铲装置不工作时，整机运输状态或装载装置作业时的稳定性，即应使静止状态位置的反铲装置的质心尽量靠近机体。随着国内经济水平的提高以及施工技术、施工对象的变化，国内小型工程机械市场前景非常的广阔。挖掘装载机的用途非常广泛，在欧美的小型工程机械市场中，挖掘装载机居第二位。特别是挖掘装载机具有挖掘和装载的功能，同时有多种工作装置供选择，市政工程、建筑市场、公路维护等对其的需求量将非常大。开发出适合市场需求的挖掘装载机对企业具有十分重要的意义。因此，国内众多工程机械厂商都纷纷推出自己的挖掘装载机产品。目前，国内研制的挖掘装载机主

10、要的配置及技术水平与国际先进技术水平差距逐渐缩小。但是，由于投入的精力、经验及研究深度的局限性，对系统的特征研究涉及很浅，掌握可供参考的理论和经验甚少，整机技术水平还有较大的差距，特别是对挖掘装载机特性的研究与国际先进水平还有较大的差距，特别是对挖掘装载机挖掘特性的研究与国际先进水平差距更大。这成为了制约国内挖掘装载机发展的技术瓶颈之一。确保挖掘装载机技术跻身于世界先进水平的重要方面，是取决于挖掘装载机的挖掘的性能是否提高。本课题主要以挖掘装载机的制动性能的分析为研究目标，.在此过程中也对挖掘装载机总体设计进行了分析。严格分析了挖掘装载机挖掘装置的特殊工作位置以及工作情况。对特殊的工作情况做了

11、进一步的分析。通过本文的研究和分析，进一步说明了挖掘装载机的合理性和可靠性。第一章 挖掘装载机整机概论1.1挖掘装载机定义挖掘装载机俗称“两头忙” ，因为它是具有装载、挖掘两种功能。根据GB10186-88（挖掘装载机术语），挖掘装载机（backhoe loader）定义为：一种机体前部有装载装置，机体后部有反铲装置的自行式机械。作为反铲挖掘使用时，是通过铲斗机械方向运动进行地平以下的挖掘。作为装载机使用时，通过机体向前运动，装载斗进行装载或挖掘，并可提升、运料和卸料。图1-1 WZ25-20挖掘装载机。1.2挖掘装载机用途的大体概述挖掘装载机是一种多用途工程机械，它广泛应用与农田水利建设、工

12、业和民用建筑、市政建筑、园林、公路养护、港口、油田及电力建设等领域，主要用于基槽、基坑、管沟等小型土方工程的开挖和回填，特别是通过快换装置上多种工作附具，其用途更加广泛。1.3挖掘装载机的基本结构挖掘装载机的基本结构：1.车架：车架有整体式和铰接式两种，其中主流产品都是采用整机式车架，铰接式车架是在小型装载机的基础上改装的，仅有少数几家公司采用这一结构。铰接式车架最大的缺陷是在挖掘作业时的刚性差。2.工作装置：装置工作装置一般采用八连杆机构，带机械调平或液压调平机构，装载斗多用“四合一”斗，可选装“六合一”斗。挖掘装置可分为侧移式和中轴式安装，侧移式是挖掘装置可在车架上左右移动，中轴式挖掘装置

13、在车架上不能左右移动。挖掘动臂可分为弯臂和直臂结构，弯臂结构类似挖掘机的结构。工作装置都有快递装置可选，有多种附具可选，适应多工作环境的需要。3.传动系统：主要采用液力机械传动。变速箱有同步换挡变速箱和动力换挡变速箱，挡位一般是前四后四。液力变矩器带有动力换向装置，可在行进过程中改变行使方向，装载时提高了作业的效率。驱动方式目前一般都有两种模式，即两轮驱动和四论驱动，在公路上行使采用两轮驱动，越野和装载作业采用四轮驱动。4.制动：一般都采用后桥制动，制动助力方式有真空助力湿式制动和全液压湿式制动。5.液压系统：有两种主流配置：定量液压系统变量液压系统。CASE和JCB等多家公司均采用定量液压系

14、统，而CATERPILLAR和VOLVO则采用负荷敏感变量液压系统变量系统可根据负荷的大小调整泵的排量，因此降低了油耗，液压系统的发热量减小，但价格较高，对系统的清洁度要求很高；定量系统功率利用率降低，系统发热量大，但是价格便宜。1.4国内、外挖掘装载机的市场现状近年来，随着经济的发展，挖掘装载机在国的国内使用量也日益增加，市场潜力巨大，行情看涨。我国挖掘装载机的发展速度较为缓慢。国内第一台挖掘装载机是在1966年以东方红-40型拖拉机为底盘开发出来的。目前生产企业有十多家，年产量在300台左右，产品的技术水平、技术含量、可靠性等与国外先进水平相比都还有较大的差距。目前，国内市场上挖掘装载机的

15、主要机型有：.JCB 1CX型挖掘装载机：世界上第一种真正的滑移转向挖掘机，车宽仅1.4m，但车架稳定性极佳。其额定装载能力610，挖掘深度2.5m挖掘端和装载端的速换器使主机能装备多种工作装置，工况通用性好，适用于园林绿化、市政建设和道路维护风各类行业建设。被益为“狭窄工况作业冠军。.帕尔泽尼挖掘装载机：意大利帕尔泽（PALAZZANI）公司生产的，主要机型PB80.2和PB90.2铰接式挖掘装载机。该产品装有高性能、低损耗的静压传动装置，可以自动选择操作方式，具有360的全方位视野。.徐工WZ25-20及WZ16-16型挖掘装载机：徐工与国内高校共同开发的产品，采用了发动机前置，噪声大大降

16、低，动力强劲，节能环保。动力采用液力机械方式传递。经有优化设计的高强度车架结构，保证了整机具有宽的挖掘范围、高的掘起力和提升及可靠耐久性。360全景可视驾驶室。该类产品除具有装载机的功能外，还可用于水泥砼和沥青路面的开凿破碎，更换机具后还利用于挖掘和开沟，是一种多功能中型工程机械。.凯斯695 SUPER M型挖掘装载机：一种多用途、易操作的设备，可以在艰苦的条件下表现出最佳性能，特别适合野外粗糙地面的作业。提高了三种转向方式，即前轮转向及“蟹行”模式，此功能在很大范围提高了该设备的性能。.沃尔沃BL71型挖掘装载机：秉承了沃尔沃轮式装载机的高强度和简单易用，同时具有沃尔沃挖掘装载机的超强动力

17、和卓越性能。挖掘系统大臂为封闭式箱型结构，零部件少，焊缝少，而强度高。.常林WZ30-25型挖掘装载机：引进国际先进技术生产的，可替代小型装载机和小挖掘机的工作。配有液压破碎锤、液压夯等多种机具，附件可在现场快速更换。该机在路面与管道维护、挖掘路面及电缆铺设等工作中有着其他机械不可比拟的有优势。.北方重汽WZ25-20液压挖掘机：北方重汽股份公司与吉林大学合作开发的多用途工程机械。在专用底盘前配置装置工作装置，后面配反铲挖掘装置；挖掘侧可配装扫地机、挖掘抓斗，箱式平地机、抓斗等多种附具。装载作业能高于国外同类产品，反铲挖掘作业性能达到国外同类产品水平。.澳柳HUAEACH955E型挖掘装载机：

18、应用国际主流先进挖掘装载机设计技术，结合中国工程施工实际特点而开发研制的。具有高生产率、多应用性和可靠性等优点。四合一铲斗的标准配置，使机器具有更多功能与用途挖掘装载机在国外以有五十多年的发展历史，从总体来说，国外挖掘装载机的整机技术水平都发展到了很高的程度。整机的可靠性、操作性、舒服性、环保性能、安全性能，以及节能降耗等方面都得到了极大的改善。譬如：采用了新型ROPS/FOPS安全认证的驾驶室和全新底排放发动机；实现了微电子控制的智能化操作及智能化液压系统；挖掘装载带有防回转冲击功能。最早的挖掘装载机是JCB和CASE分别在拖拉机的基础上改装而来的。第二章 反铲装置的设计 2.1 挖掘装载机

19、工作装置典型工况分析确定挖掘装载机的反铲装置实质是一组平面连杆机构，其结构特点是个部件均采用铰销连接，通过液压缸的伸缩运动来完成挖掘过程的各种作业动作。动臂CBF小铰点C与车架铰接，由动臂液压缸L1支撑并改变动臂倾角，使动臂绕下铰点C转动，达到动臂的升或降。斗杆铰接在动臂上端F点，斗杆与动臂的相对位置由斗杆缸L2控制。铲斗铰接在斗杆前端Q点，铲点缸L3活塞伸缩即可使铲都绕斗杆杆端部伸缩。图2-1挖掘装载机反铲工作装置结构简图反铲挖掘装置主要挖掘停机面以下的土壤，挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及相互配合的情况。通常采用动臂油缸挖掘、斗杆油缸挖掘、铲斗油缸挖掘等作业方式。（1）铲斗油缸挖掘以铲斗油缸

20、工作进行挖掘，挖掘轨迹则以铲斗与斗杆的铰点Q为中心，该铰点Q至斗齿尖V的距离|QV|为半径所做的圆弧线的包角（铲斗的转角）及弧长决定与铲斗液压缸的行程（|GH|max-|GH|min）。以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时能够装满土壤，需要有较大的挖掘力保证能够挖掘厚度的土壤。所以，一般挖掘机构的斗齿最大挖掘力在采用铲斗缸挖掘时实现。在实际挖掘中，往往需要采用各种液压缸的联合工作，例如当挖掘基坑时，由于挖掘深度较大，并且要求有陡而且平整基坑时，需要采用动臂与斗杆两种液压缸的同时工作；当挖掘到坑低时，挖掘行程结束，为加速将铲斗装满土，以及挖掘过程需要改变斗杆与铲斗的液压

21、缸同时工作。（2）斗杆油缸挖掘以斗杆液压缸进行挖掘，铲斗的挖掘轨迹系以动臂与斗杆铰点F为中心，斗尖V至F的距离|FV|为半径所做的圆弧线。弧线的长度与包角决定与斗杆液压缸的行程（|DE|max-|DE|min）。当动臂位于最大下倾角时，可以得到最大挖掘深度，并且有较大的挖掘行程，在较硬的土质条件下工作时，能够保证装满铲斗。中小型挖掘机构在实际工作中常以斗杆挖掘进行工作。（3）动臂油缸挖掘采用动臂液压缸工作进行挖掘（斗杆、铲斗液压缸不工作），可以得到最大的挖掘半径和最大的挖掘行程，此时铲斗的挖掘轨迹以挖掘轨迹系以动臂下铰接点C为中心，斗尖V至C的距离|CV|为半径而作的圆弧线，其极挖掘高度和挖掘

22、深度（不是最大挖掘深度），分别决定于动臂上倾角1min（动臂对水平线的夹角），也即决定于动臂液压缸的行程（|AB|max-|AB|min）。这种挖掘方式时间长，并且稳定条件限制了挖掘力的发挥，实际工作中基本上不采用。2.2、挖掘装载机工作装置的基本参数的选择（1）斗行参数的选择图2-2铲斗主参数示意图平均斗宽B、转斗挖掘半径R、斗容量q和转斗挖掘装满转角（这里令=）是铲斗的四个主要参数。R、B及三者与q之间有如下集合关系 （2-1）其中土壤松散系数的近似值取1.25，根据表2-6（反铲平均斗宽统计值和推荐范围）可根据斗容量q=0.16 m查得B可取0.6.q一定时和E随着B和R的增大而下降。但

23、B和R大到一定程度，综合反应到则太大。如果2时，称为长动臂短斗杆方案；当60.所以取。 图2-4最大卸载高度时动臂机构计算简图斗杆油缸全缩时CFQ=-最大，如图2-4，常选=。选取=170BCF取决于油缸的布置形式，双动臂油缸这一夹角很小，可能为零。单动臂油缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼附加耳座上，根据三角形CBF可得： （2-4）代入数据可求得： =9.7（3）、最大挖掘深度工况下图2-5最大挖掘深度计算简图当动臂油缸全缩时，FQV三点痛直线并处于垂直状态时的到最大挖掘深度=- （2-5）这时.可由= 取则可求得 ： =942 mm（4）在最大卸载高度工况下 图 2-6最大卸载高度计算简图

24、当动臂油缸全缩，偶感油缸全伸时，QV连线处于垂直状态时，最大卸载高度表达式为： （2-6）由图2-3最大挖掘深度绝对值表达式为： (2-7)由式2-6、2-7相加，消去，并令A=,B=得到 (2-8)又特性参数 （2-9）因此： （2-10a） （2-10b）将式2-10代入式2-8则可得到一元函数=0.式中和是设计任务书所要求的。、A和B都先已选出或算出，由此看解出然后由式2-8求得，因为:A=60+9.7=69.7 B=-100可将数值代入，由式2-8解得=45.4最后由式2-7求得为： 又因为 ： =所以： =1337 mm根据以上计算可得出挖掘装载机挖掘工作装置主要结构尺寸如下表：表2

25、-1挖掘装载机主要结构尺寸 （单位：mm）CFFQQVACCDCBDFEFGF1942149386541280413371226374351EGHNGNFNNQBFKQKVHK370374134312282686642859393672.3、油缸基本参数的选择和计算（1）动臂油缸参数的确定根据液压系统工作压力、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油缸缸数、缸径、全伸长度与全缩长度之比。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动副度等因数一般取=1.61.7，个别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取1.75.而取=1.61.7，=1.51.7.图2-7动臂摆角范围计算简图如图2

26、-7所示动臂的摆角范围是的函数，设特性参数，当=时可得 （2-11）则： = （2-12）代入原始数据可求得=1088 mm根据参考资料和实际情况而取动臂油缸全伸与全缩之比=1.7所以可根据可得： =1850 mm（2）斗杆油缸参数的确定斗杆的位置参数是和的函数。这里只考虑的影响。斗杆机构与动臂机构性质类似，他们是四连杆机构，但连杆比不同。在动臂机构中一般，在斗杆机构中。图2-8斗杆机构摆角计算简图和动臂油缸相类似根据公式 （2-13） （2-14）代入原始数据可求得： =1003 mm再根据斗杆油缸伸缩比=1.61.7，取=1.68 =1685 mm（3）铲斗油缸参数的确定图2-9铲斗机构参

27、数选择要求和油缸极限位置如图2-9所示，当=时，设斗齿尖为斗齿尖转到FQ延长线时为,令初始负角=Q，该角应满足使用要求，一般取030，特殊情况下可小于0或大于30（即在之下）。=Q一般在130180之间，不宜太大，否则斗齿平均挖掘力要下降。铲斗油缸最大理论挖掘力应与转斗最大挖掘阻力相适应。当斗齿尖处于时，铲斗油缸理论挖掘力应不低于其最大值的80，即0.8与相应的斗齿尖位置为，Q一般取2535为好。根据铲斗理论挖掘力和功的平衡可知 （2-15）可得：=959 mm因为铲斗油缸伸缩比=1.51.7，取=1.7故： =1630 mm根据以上计算过程可得油缸的基本尺寸如表2-2所示表2-2油缸尺寸 （

28、单位：mm）ABDEGHMinMaxMinMaxMinMax10881850100316859591630 第三章、挖掘装置受力计算和强度计算3.1、挖掘阻力的计算图3-1大曲率切削阻力试验曲线反铲装置工作时，既可用铲斗液压缸挖掘（简称转斗挖掘），也可用斗杆液压缸挖掘（简称斗杆挖掘），或作复合动作挖掘。一般认为，斗容量小于 0.5 米或在土质松软时以转斗挖掘为主，反之以斗杆挖掘为主。（1）铲斗挖掘阻力的计算参照单斗液压挖掘机2-35，转斗挖掘时，挖掘阻力的切向分力可表示为： (3-1)式中：C：表示土壤硬度系数，对二级土易取C=5080；R：铲斗与斗杆铰点至斗齿间距离，即转斗切削半径，R=，单

29、位：mmB:切削刃宽度影响系数，B=1+2.6b，其中，b为铲斗平均宽度；：挖掘过程中铲斗总转角的一半；：铲斗瞬时转角；A：切削角变化影响系数，一般取A=1.3；Z：斗齿系数，有齿时取Z=0.75，无齿时取Z=1；X：斗侧壁厚度影响系数，X=1+0.03s，其中s为侧壁厚度，单位为厘米，初步设计时可取X=1.15; D:切削刃挤压土壤的力，与斗容有关，估算q=0.10.2时，D=50008000.当=时，得到最大挖掘阻力 (3-2)平均挖掘力按平均厚度下的阻力计算：近似取 W=(7080%)W试验证明法向挖掘阻力 W的指向是可变的，数值也较小，一般W00.2 W土质越均匀W越小，从随机统计的角

30、度看，取法向分力W为零来简化计算是可以的。这样W就可以看作为铲斗挖掘的最大阻力。（2）斗杆挖掘阻力计算 (3-3)式中：:挖掘比阻力，对二级土=613；：挖掘过程中的总转角，一般为=3.2、 工作液压缸的理论挖掘力挖掘力是指当反铲作业时在铲斗齿尖上可能主动发挥的挖掘能力，它是衡量反铲装置挖掘性能的重要指针之一。工作液压缸的理论挖掘力是指由该液压缸的理论推力所能产生的斗齿切向挖掘力。（1）铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力 （3-4）式中：铲斗油缸的理论推力，为铲斗油缸大腔工作面积，p为液压系统工作压力；、：力臂值。对于已定的工作装置铲斗油缸理论挖掘力值是该油缸瞬时长度的函数。显然，当时即得到铲斗油

31、缸最大理论挖掘力（2）斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力 (3-5)式中：为斗杆油缸的理论推力，其中为斗杆油缸大腔工作面积，p为液压系统工作压力；、：力臂值，其中是的函数，是的函数。3.3、 整机理论挖掘力参见图 3-2，已知条件:整机重量 G，重心坐标(x，y)，斗容 q，地面附着系数，三组液压缸的工作压力 P 和闭锁压力 P，除反铲装置外机体重量 G及重心位置坐标(x，y)， G及重心位置坐标(x，y)，前轮及支腿着地点 O和 O的位反铲装置各零部件的重量置参数 x和 x，三组液压缸的缸径D、D和 D，活塞杆直经 d、d和 d3，液压缸的伸缩比、和。 图3-2整机结构简图（1）斗杆挖掘：在给

32、定工况(L，L，L)的情况下，计算斗杆的实际挖掘力时，应当考虑到下列因素的影响:动臂液压缸闭锁能力对斗杆挖掘力的限制。斗杆主动挖掘力的限制。铲斗液压缸闭锁能力对斗杆挖掘力的限制。整机向前倾翻对斗杆挖掘力的限制。整机向后倾翻对斗杆挖掘力的限制。整机对地面的前后滑移对斗杆挖掘力的限制。现分别计算如下：:1)动臂液压缸闭锁力限制的最大斗杆挖掘力 P液压缸闭锁力则指挖掘工况下某些液压缸被动状态所能承受的作用力，它是挖掘力发挥的重要影响因素之一。参见图 3-3，根据前面提到的几何尺寸计算，可以求出 F 和 V 点的坐标(X，Y)和(X，Y)。 (3-6) (3-7) (3-8)当时，动臂液压缸小腔受压，

33、此时小腔闭锁力对C点产生的力矩为 （3-9）有关重量对C产生的力矩为 (3-10)所以: (3-11)当时，动臂液压缸大腔受压，此时大腔闭锁力对c点产生的力矩为 （3-12） （3-13）2)斗杆液压缸主动挖掘力，参见图3-3，斗杆液压缸主动力对F点产生的力矩 （3-14）有关重量对F点产生的力矩为：所以3)铲斗液压缸闭锁力限制的最大斗杆挖掘力参见图3-3，对于 (3-15)当时，铲斗液压缸大腔受压，此时大腔闭锁力对Q点产生的力矩为 （3-16）其中:i3为铲斗连杆机构的总传动比 （3-17）其中：;图3-3斗杆液压缸理论挖掘力结构简图有关重量对Q点产生的力矩为 (3-18)所以 (3-19)

34、当时，铲斗液压缸小腔受压，此时小腔闭锁力对Q点产生的力矩为 (3-20)所以 (3-21)4)、整机向前倾翻限制的最大斗杆挖掘力参见图3-3，对于FVO 显然，当FVO90，斗杆挖掘时，整机不可能产生前倾翻，只有FVO90时，才有可能出现前倾现象。各部件重量对O点产生的力矩为： (3-22)所以 (3-23)5)、整机向后倾翻限制的最大斗杆挖掘力参见图3-3，对于FVO (3-24) (3-25)显然，当FVO90，斗杆挖掘时，整机不可能产生后倾翻，只有FVO90时，才有可能出现后倾现象。各部件重量对O点产生的力矩为: (3-26)所以 (3-27)6)、整机滑移限制的最大斗杆挖掘力 P参见图

35、 3-4，设 FV 联机对水平线的夹角为，则： (3-28) (3-29)通过上述运算，我们知道 P至P中的最小值，就是在该工况下斗杆挖掘时，所能发挥的最大实际挖掘力。图3-4铲斗液压缸理论挖掘力计算简图（2）铲斗挖掘已知条件与计算斗杆实际挖掘力的已知条件相同。在给定工况(L，L，L)的情况下，计算铲斗的实际挖掘力与计算斗杆的实际挖掘力一样，应当考虑下列因素对转斗挖掘力的影响:动臂液压缸闭锁能力对铲斗挖掘力的限制。斗杆液压缸闭锁能力对铲斗挖掘力的限制。铲斗液压缸主动挖掘力的限制。整机向前倾翻对铲斗挖掘力的限制。整机向后倾翻对铲斗挖掘力的限制。整机对地面的前后滑移对铲斗挖掘力的限制。现分别计算如

36、下:动臂液压缸闭锁力限制的最大铲斗挖掘力 P根据前面提到的几何尺寸计算，可以求出工作装置上每一个铰点的坐标值。对于CQVCQ=当CVQ90时，动臂液压缸小腔受压，此时腔闭锁力对 C 点产生的力矩为： (3-30)有关重量对 C 点产生的力矩为： (3-31)所以 (3-32)当CVQ90时，动臂液压缸大腔受压，此时大腔闭锁力对 C 点产生的力矩为： (3-33) (3-34) 斗杆液压缸闭锁力限制的最大铲斗挖掘力 参见图 3-3及公式 2-9，对于FVQ当FVQ90时，斗杆液压缸大腔受压，此时大腔闭锁力对 F 点产生的力矩为 (3-35)有关重量对 F 点产生的力矩为 (3-36)所以 当FV

37、Q90时，斗杆液压缸小腔受压，此时小腔闭锁力对 F 点产生的力矩为 (3-37)所以 铲斗液压缸主动挖掘力 P参见图 3-2，铲斗液压缸主动力对 Q 点产生的力矩 (3-38)有关重量对 Q 点产生的力矩为所以 (3-39)整机向前倾翻限制的最大铲斗挖掘力 P参见图 2-4，对于QVO 显然，当QVO90，铲斗挖掘时，整机不可能产生前倾翻，只有QVO90时，才有可能出现前倾现象。各部件重量对O点产生的力矩为所以 (3-40)整机向后倾翻限制的最大铲斗挖掘力 P参见图 2-4，对于QVO显然，当QVO90，铲斗挖掘时，整机不可能产生后倾翻，只有QVO90时，才有可能出现后倾翻现象。各部件重量对O

38、点产生的力矩为所以 (3-41)整机滑移限制的最大铲斗挖掘力 P参见图 2-4，设 QV(即 l)对水平线的夹角为，则： (3-42)通过上述运算，我们知道 P至 P中的最小值，就是在该工况下铲斗挖掘时，所能发挥的最大实际挖掘力。第四章主要部件反铲的三维造型4.1 Pro/E 简介Pro/ENGIEER 操作软件是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation,简称PCT）的主要产品。它提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念彻底改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念。Pro/E软件能将设计到制造的全过程集成在一起，让所有的用户能够同时进行同一

39、产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。从设计思想上看，Pro/E系统可以实现真正的全相关性，任何修改都会自动反映到所有相关对象；它具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力；具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图，可以极大地提高设计效率。从实用性上看，Pro/E系统界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。Pro/E作为一个功能强大的设计软件，与其他设计软件相比，有自己的建模方式和自己的一些定义。只有了解它的建模原理与基本概念，才能利用其强大的功能。建模原理：Pro/E 是一个实体建模器，它将模型建立成实体，并允许用户在三

40、维的环境中设计。用Pro/E所建立的模型具有体积和表面积，因此用户可直接由创建的几何设计来计算出质量特征。基本概念：特征是指所有的实体、嵌片和对象等，是构成零件的最基本部分。Pro/E利用每次独立构造的一个块模型方式来创建整体模型。改变与特征相关的形状或位置的定义，就可改变与模型相关的形位关系。如图6-1所示关联Pro/E系统采用单一数据库管理，不管是零件还是装配件，都共享同一数据库，并且系统使用了数据库关联的方法。所谓关联就是在任意层面上更改设计，系统就会自动在所在层面上做相应的改动。比如将某个零件进行修改，并且保存，那么所有包括此零件的模型都会相应的进行变化。参数化Pro/E是一个参数化系

41、统。所谓参数化就是将模型所有尺寸定义为参数形式。当修改参数的数值时，系统在保持模型拓扑关系不变的情况下，几何大小和相对比例将随着参数的修改而变化。用户可以定义各参数之间的相互关系，使特征之间存在依存关系，当修改某一单独特征参数时，同时会牵动与之存在依存关系的特征进行变更，以保持整体的设计意图4.2 生成零件实体 对零件的特征进行分析，得出每个特征的尺寸。 启动Pro/E，进入零件设计模式，为零件命名。 从菜单管理器中选择加材料命令，生成零件的基本特征。 随后在此基本特征上添加或修改特征，从而完善零件设计。 看零件是否满足要求，如果不满足继续修改或添加特征，如果满意，则存盘退出。经过以上几步完成

42、零件的实体造型。（1） 利用三维参数化设计，其优点如下： 缩短总体与结构分析系统之间的协调时间与工作量。 加工成产品前即可实现数字化部装，即可提高装配的准确性又检验了各结构之间连接的正确性，同时合理的利用了时间。 尺寸为参数化驱动，为产品的系列化及结构设计修改提供了很大的方便。 可以通过输入零件密度的方法直接计算出结构分析系统的重量以及质心等，达到更优化的设计。利用Pro/ENGINEER 的二维工程图功能可直接输出元件及组件的二维工程图，对于外形复杂元件的设计,能够更加方便和准确,并且达到尺寸的互相关联，减少设计中的人为差错和工作量。 通过Pro/ENGINEER 的力学分析模块可进行整体结

43、构的静、动力学分析。Pro/E实体建构的观念与方式就如同机械零件的加工过程一般，每做一次“机械加工”所牵涉改变的实体几何，我们称为特征（Feature），如加工零件的方法可以填料方式挤出，除料的方式做切除、挖孔、圆角、斜角等不同的制程动作，每一个特征都可以彼此相互参考或独立存在。Pro/E是以特征（Feature）为基础的参数式设计系统，将特征视为最小的模型基础元素。一个完整的模型是由众多特征构成的，同样的，组合模型（Assembly）是由众多个零件（Part）结合而成的。1Part=Feature1+ Feature2+ Feature3+；1Assembly=Part1+ Part2+ P

44、art3+（2） 建立各种特征的方法步骤建立基础性特征的一般方法步骤：FeatureCreatSolid。在菜单中选择特征类型，如：Protrusion（凸出）、Cut（挖切）。选择特征体积建构方式，如：Extrude（挤出）、Revolve（旋转）、Sweep（扫描）、Blend（混合）等。选择特征属性，如：One Side（单边）、Both Side（双边）。确定绘图平面和参考面。绘制2D剖面图，最后：“确定”。选择材料侧（Material Side）。选择特征建立方向。选择特征深度。选择OK，完成特征建立。建立点放型特征的一般方法步骤：选择特征命令。选择特征类型。设定属性。确定位置放置参

45、考。设定尺寸参数。完成特征建立。利用曲面建立实体特征的一般方法步骤：可、利用建立曲面命令生成一个或多个曲面特征。对有关曲面进行各种操作，以获得所需的各种复杂形状，如合并（Merge）、裁剪（Trim）、延伸（Extend）、变换（Transform）、拔模（Draft）、区域移动（Area Offset）、拔模移动（Draft Offset）等。使用曲面（Use Quite），使曲面特征长成实体特征。可连续进行多次曲面长实体的操作。4.3 相关部件的装配零件设计只是产品开发的过程中一个简单的基本操作过程，最终用户需要的往往是一个装配体，即由很多个零件装配而成的产品。在Pro/E2.0中，零件装

46、配是通过定义零件模型之间的装配约束来实现的，也就是在个零件之间建立一定的链接关系，并对其进行约束，从而确定各零件在空间的具体位置关系。可以这样说，零件之间的装配约束关系就是实际环境中零件之间的设计关系在虚拟环境的映射。因此如何定义零件之间的装配约束关系是零件装配的关键。由于Pro/E2.0是建立在单一数据库之上的，因此零件与装配体是相关联的，这样如果修改装配体中的零件，则与其对应的单个零件也将发生相应的变化，同样如果修改单个零件，则装配体中与其对应的零件也将发生相应的变化。另外建立起来的装配体可以生成分解图，从而可以直观的观察到各零件之间的设计关系，并且用户也可以从装配体中生成工程装配图。 在

47、Pro/E2.0中的装配约束类型共有9种，分别为匹配、对齐、插入、坐标系、相切线上点、曲面上的点、曲面上的边以及自动等。 单击“元件放置”对话框中“放置”标签的“约束类型”栏的下拉框，将弹出上述各种可以选取的合适的约束类型。下面分别介绍这几种装配约束类型：匹配：用于两平面相贴合，并且这两平面呈反向。对齐：用于两平面或两中心线相互对齐。插入：用于轴与孔之间的装配。该约束可以使轴与孔的中心线对齐，共同处于同一直线上。坐标系：利用两零件的坐标系进行装配。该装配约束是将两零件的坐标系重合在一起。相切：以曲面相切方式对两零件进行装配。线上点：以两直线上某一点相接的方式对两零件进行装配。曲面上的点：以两曲面上某一点相接的方式对两零件进行装配。曲面上的边：以两曲面上某一条边相接的方式对两零件进行装配。自动：以系统默认的方式进行装配。4.4 三维实体造型实例动臂和铲斗是挖掘装置的主要零部件，现以动臂和铲斗的三维实体造型为例说明如何应用Pro/ENGINEER进行三维实体造型。主要步骤如下：动臂三维实体造型首先，双击启动PRO-E建立一个新文件图4-1在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中