正铲液压挖掘机

1、机械原理课程设计机械原理课程设计第五组第五组 组长组长 宁维宁宁维宁 组员组员 彭丹彭丹 陈冬陈冬课题一正铲液压挖掘机工作装置设置正铲液压挖掘机工作装置设置v机构简介机构简介v正铲挖掘机工作装置运动简图如图正铲挖掘机工作装置运动简图如图1-11-1所示，由动臂所示，由动臂1 1，斗杆，斗杆2 2，铲斗，铲斗3 3，铲斗油缸铲斗油缸4 4，动臂油缸，动臂油缸6 6，斗杆油缸，斗杆油缸5,5,等组成。在机构的运动过程中，等组成。在机构的运动过程中，要求铲斗在其工作空间实现挖掘抬要求铲斗在其工作空间实现挖掘抬起、倾倒等各种各样的位置。铲斗起、倾倒等各种各样的位置。铲斗做水平面运动，有三个自由度，铲做

2、水平面运动，有三个自由度，铲斗运动靠铲斗油缸通过连杆机构实斗运动靠铲斗油缸通过连杆机构实现。铲斗油缸现。铲斗油缸4 4的一端与斗杆在的一端与斗杆在G G点点铰接，另一端与三角架铰接，另一端与三角架NHMNHM在在M M点铰点铰接。铲斗油缸伸缩时，三角架接。铲斗油缸伸缩时，三角架NHMNHM绕斗杆上绕斗杆上N N点转动，借以完成破碎、点转动，借以完成破碎、装斗、调整切削角、卸载等动作。装斗、调整切削角、卸载等动作。动臂和动臂油港在转台上的铰接点动臂和动臂油港在转台上的铰接点分别为分别为C C和和A A，他们的位置用直角坐，他们的位置用直角坐标表示如图标表示如图1-21-2所示。所示。D D、E

3、E分别为分别为斗杆油缸与动臂和斗杆的铰接点。斗杆油缸与动臂和斗杆的铰接点。设计内容一：设计内容一： 铲斗运动机构设计铲斗运动机构设计v 1铲斗运动机构设计铲斗运动机构设计v（1）分析提示：铲斗运动机构）分析提示：铲斗运动机构可视为六杆机构，斗杆可被视为可视为六杆机构，斗杆可被视为机架，油缸、三角架机架，油缸、三角架MHN、连杆、连杆HK及铲斗为活动构件。试确定及铲斗为活动构件。试确定三角架三角架MHN和连杆和连杆HK的尺寸，的尺寸，使铲斗在油缸带动下能转动使铲斗在油缸带动下能转动120（以（以FQ为始边逆时针方向为始边逆时针方向度量，使度量，使FQV能在能在145265范围内变化）。另范围内变

4、化）。另外还要保证两个传动角外还要保证两个传动角1和和2（1=GMN, 2=HKQ）的）的最小值不小于最小值不小于40。（图中。（图中N点点也可不在也可不在FQ连线上）。连线上）。v 设计过程简述设计过程简述铲斗油缸的实际长度|GM|应该不超出它的全伸和全缩的长度范围，即满足1400mm|GM|2320mm，如图2-1所示，GM应该落在圆r1和r2所形成的环形区域内 结果：MN=600mm,MH=300mm,NH=530mm,HK=680mm,NQ=300mm 为了确定计算初始的标准，参考资料数据，将NQ的尺寸设定为NQ=300mm。在FQV=145时，作角H1K1Q=40，作NH1K1H1；

5、在GN连线上取GM2=1400mm(即铲斗油缸全缩长度)；量取NH1和H1K1的长度为半径，分别以N点和K2点作圆确定焦点H2，得到M2H2的长度；量取NM2和NH1的长度为半径，分别以N和H1点为圆心画弧，得到交点M1M1落到要求范围内，M2在范围边界上，GM1N=50.2,H1K1Q=40理论上这样的尺寸是可行的，但是由于GM2落在了边界上，所以需要对数据进行修改和优化。设计内容二：工作装置运动分析设计内容二：工作装置运动分析 选定斗杆油缸的某一伸缩长度（由教师指定给每个学生），分析在铲斗油缸选定斗杆油缸的某一伸缩长度（由教师指定给每个学生），分析在铲斗油缸全伸的情况下，动臂油缸从全伸到全

6、缩时斗尖的位移、速度和加速度。动臂的全伸的情况下，动臂油缸从全伸到全缩时斗尖的位移、速度和加速度。动臂的角机构、角速度和角加速度等。假设油缸伸缩量变化规律如下：角机构、角速度和角加速度等。假设油缸伸缩量变化规律如下： S=H/2(1-cost/2)式中，式中，H为动臂油缸的总行程，为动臂油缸的总行程，t为时间，其值为为时间，其值为0 2s，即动臂油缸从全伸到，即动臂油缸从全伸到全缩所用时全缩所用时 间为间为2s。设计要求：将铲斗尖设计要求：将铲斗尖V的的x、y方向运动线图绘制在机构运动简图图纸上。方向运动线图绘制在机构运动简图图纸上。对比运动规律对比运动规律编编斗杆油缸处于全缩状态斗杆油缸处于

7、全缩状态斗杆油缸处于半伸状态斗杆油缸处于半伸状态斗杆油缸处于全伸状态斗杆油缸处于全伸状态红色轨迹为斗尖运动规律红色轨迹为斗尖运动规律分析动臂运动规律分析动臂运动规律：动臂CF的位置由动臂油缸AB的长度L1决定，斗杆油缸DE为定长，铲斗油缸GM为全伸状态，因此，AB不断伸长，其他构件无相对运动，整体绕C点转动。动臂水平倾角（FCx,x为水平线）与L1之间的关系可用下式表示L12=CA2 CB22CACBcos(FCBACx) 参考单斗液压挖掘机P90整理上式可得出=cos-1 (CA2CB2L12) 2CACB FCBACx （2-3）式中，CA为定长（CA=1089mm），CB为定长（CB=2

8、116mm），FCB为固定角度，用作图法可量取FCB（FCB=3）,ACx（ACx=33）。已知动臂油缸伸缩量 S=H/2(1-cost/2) 其中，H为动臂油缸总行程（即动臂油缸从全缩到全伸的总行程，H=1080mm）。设动臂油缸全缩长度为L，则L=1588mm, L1=L+S即 L1=1580+540（1cost/2） （2-4）将式（2-4）代入式（2-3）中可得出如下表达式=cos-1 (CA2CB21580+540（1cost/2）2) 2CACB FCBACx整理数据得出结果为=cos-1566337715805401cost/22460864830分析斗尖分析斗尖V的运动规律：的

9、运动规律： 下图2-10为斗杆油缸全伸，铲斗油缸全伸，动臂油缸从全缩到全伸过程中整个机构的运动情况。由运动规律图可以得出，斗尖运动也是绕C点做圆周运动，并且C点相对于F点无相对运动，因此，V点和F点具有相同的角速度及角加速度表达式如式(2-6)、(2-7)。V点绕C点运动半径通过作图法可量取r2=6818mm。由以上分析可得出V点线速度为 v=wr2 (2-9)通过以上对F点、V点的运动规律我们可以看出，整个运动过程动臂油缸长度是唯一变量，动臂油缸的伸缩使得其他杆件均绕C点转动，并且角速度，角加速度相等 设计内容三：工作装置受力分析设计内容三：工作装置受力分析列力学平衡方程式：列力学平衡方程式

10、： FcxFA cosFW Fcy FA Sin MF(C)=0 对对C点取矩：点取矩： MF(C)=0 可得出：可得出： FAe1FW l1 e1CACBL1Sin cos-1 CA2CB2L122CACB式中， 参考单斗液压挖掘机 l1 =CPcos =FCP FA 59590000 cos cos-1566337715805401cost/224608648230432415805401cost/2Sin cos-1 566337715805401cost/22460864866.7 FcxFWFA cos Fcy FA Sin 整体分析整体分析局部分析局部分析 e2FFxFFFyFEF

11、Wl2列出力学平衡方程式：FFyFE SinFW FFxFE cos MF(F)=0 对F点取矩： FE e2FWl20 其中 e2(FDFESinDFC)/DE 参考单斗液压挖掘机P94 E点和F点无相对运动，所以，e2 为定长，通过作图法或者解析法都可求出其长度为 e2636mm。 L2CPcosCFcosFE10000 5959 cos cos-1566337715805401cost/22460864866.76363818 cos cos-1566337715805401cost/22460864830636FFxFE cos FFyFE SinFW 动臂油缸受力随时间变化动臂油缸受

12、力随时间变化时间t=0t=0.5t=1t=1.5t=2FA/ n52529543755620056400551311.5210.5052000540005600058000t/s斗杆油缸受力随时间变化斗杆油缸受力随时间变化时间/st=0t=0.5t=1t=1.5t=2FE /n456575034258342672437177370000600005000040000800000t/s 0.5 1 1.5 2压力变化曲线图压力变化曲线图验算结果：验算过程为作图法取值，动臂油缸处于某一长度时，其他构件相对位置固定，因此，取不同动臂油缸长度，每个长度之间差值相等，这样比较均匀，然后做出此长度下整个机构的位置，量取力臂e1 、e2 ，l1 、l2 ，分别计算FA 、FE 的大小，绘制油缸压力曲线，然后与上面所绘曲线作比较，曲线形状理论走势相同。以下是标准作图所得尺寸 测量数据与计算结果测量数据与计算结果 测量值动臂位置l1 /mml2 /mme1 /mme2/mmFA /nFE /n15423176010596