厦工xg804液压反铲挖掘机工作

1、机械设计课程名称：机械设计设计题目： 厦工XG804履带式小型液压挖掘机工作装置设计 院 系： 机械工程系 专 业： 工程机械 班 级： 10级1班 学 号： 20106958 姓 名： 李俊超 西南交通大学峨眉校区 2013年6月目录一、设计题目简介2二、  设计任务2三：设计内容31、反铲挖掘机工作装置构成32、运动简图53、自由度54、反铲挖掘机设计过程54.1、特殊工作位置的计算54.2、基本尺寸的确定84.2.2、动臂机构参数的确定94.2.3斗杆机构基本参数的确定125.有限元分析5.1动臂有限元分析5.1.1铲斗有限元分析：16五、总结26参考文献：27三：设计内容1、

2、反铲挖掘机工作装置构成1-斗杆油缸；2- 动臂； 3-油管； 4-动臂油缸； 5-铲斗； 6-斗齿； 7-侧板；8-连杆； 9-曲柄： 10-铲斗油缸； 11-斗杆.图1-1 工作装置组成图图1-1为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，如图所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1、4、10等组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。挖掘作业时，接通回转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液

3、压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的理想过程。挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，可以对工作装置

4、进行适当简化处理。则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六杆机构，处理的具体简图如1-2所示。进一步简化得图如1-3所示。图1-2工作装置结构简图1-动臂油缸；2-斗杆油缸；3-铲斗油缸图1-3 工作装置结构简化图2、运动简图3、自由度 4、反铲挖掘机设计过程4.1、特殊工作位置的计算4.1.1、最大挖掘深度反铲最大挖掘深度是指动臂油缸全缩，FQV三点共线且垂直与基准地面时，斗齿尖距基准地面的垂直距离。图3-1 最大挖掘深度示意图注：1、对于，当F点在水平线下方时为负值，否则为正值；2、为负值。4.1.2、卸载高度

5、图3-2 最大卸载高度示意图卸载高度是指当斗杆油缸全缩，动臂油缸全伸时，QV连线处于垂直状态时，斗齿尖距离停机面的垂直距离。4.1.3、最大挖掘高度反铲最大挖掘高度是指动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩以及铲斗油缸全缩时斗齿尖距离基准地面的距离。图3-3 最大挖掘高度示意图4.1.4、最大挖掘半径反铲最大挖掘半径是指斗杆油缸全缩，C、Q距离最大且C、Q、V三点一线并平行于基准地面时斗齿尖距离回转中心线的最大距离，此时动臂油缸和铲斗油缸的长度不在极限长度上。图3-4 最大挖掘半径示意图4.2、基本尺寸的确定4.2.1、斗形参数的确定铲斗斗形主参数的确定铲斗的主要结构参数有斗容量、转角挖掘半径和平均斗容宽

6、，它们与铲斗挖掘装满转角之间存在如下的数学关系：式中为松散系数，与土的类别及其状态有关。参考文献，对三级土，其范围在1.241.3之间，初选可近似取其中间值。式（1）中，挖掘转满转角是指铲斗从开始接触土壤到挖掘过程结束并脱离土壤的转角，并非铲斗的整个转角范围。试验和统计结果显示，该值一般在之间，初选取。而为了满足挖掘，铲斗的总转角一般达到左右。根据相关资料，当容量时，斗宽统计值及推荐范围一般取，当容量时，斗宽统计值及推荐范围一般取，通过插值法可得当时，。则通过上式可得。铲斗斗形其他参数的确定在上述主参数确定的基础上，接下来就应考虑铲斗的结构形状和具体的结构参数，如铲斗上两铰接点的距离、。对于，

7、其取值范围一般在，在此取，则。对于，则涉及铲斗的具体结构情况，一般在范围选取，在此选。4.2.2、动臂机构参数的确定、与C点坐标的确定动臂由上下两段直的和中间弯曲的三段组成。根据相关文献的统计规律，动臂弯角一般取值范围为，再此选取，即。铰接点C坐标的选择，由底盘和转台结构，并结合同斗容其他机型的对比，选择：（注：由于后面有个估算公式，所以之后根据估算公式定，其实在这里也可以先选择A点坐标）。与的确定动臂长度及斗杆长度的比值是反映工作装置特性的一个重要参数，但其选择范围可能会因作业要求的不同而变化很大，故难以对其进行准确分类和描述。参考相关文献认为，当时为长动臂短斗杆方案，当时为短动臂长斗杆方案

8、，当在1.52之间为中间方案。根据横向对比初选。近似取最大挖掘半径，并将带入，得，则。与的确定FZ和CZ分别为上下动臂在图示平面内的对称中心线，上下动臂的长度比与动臂油缸铰接点的位置B有关。多数情况下Z、B两点并不重合，但比较接近。初选时可取，在此取。在三角形CZF中，由得，则，。其他参数的确定的取值对最大挖掘深度和最大挖掘高度都有影响，在以反铲为主时，可取，在此取。而。通过查阅相关资料比对，取，则，即。斗杆油缸全缩时，最大，依经验统计和便于计算取，则。则，此时可以认为C即为回转中心。则根据最大挖掘深度和最大卸载高度公式：最大挖掘深度计算简图最大卸载高度计算简图通过以上二式可得：而，对于此类型

9、挖掘机一般可取，则可推出。又对于一般以反铲为主的挖掘机，其动臂油缸最大伸长量与最短全缩量之比一般为1.51.8，在此取。又在三角形ABC中，由可得：至此，动臂机构的各主要参数已经初步确定。4.2.3斗杆机构基本参数的确定斗杆机构基本参数计算简图取整个斗杆为研究对象，再根据斗杆油缸最大作用力臂的普遍表达式：其中为斗杆最大挖掘力，在此为52KN，为斗杆油缸最大推力，根据同类型的挖掘机，可选择280KN。则根据统计数据一般选取。由图2-3的几何关系可得：其中为斗杆油缸全伸长长度与全缩短长度之比，一般，则得到：动臂上的也是结构尺寸，按结构因素分析，可选。4.2.4、铲斗机构基本参数的确定铲斗机构图转角

10、范围由最大挖掘高度和最大卸载高度的分析，可以得到初始转角：即得到最大转角：其不宜太大，太大会使斗齿平均挖掘力降低，初选。铲斗机构其他参数的确定与的确定铲斗最大挖掘力应该等于斗杆的最大挖掘力，即。粗略计算知斗杆挖掘平均阻力挖掘阻力所做的功：铲斗油缸推力所做的功：由能量守恒可知其中为铲斗油缸全伸长长度与全缩短长度之比，对于反铲挖掘机，其一般取值范围为1.52.0，在此取，铲斗油缸推力一般可取50100KN，在此取。于是可得：则，由于考虑到后续的合理配合问题，最终取。剩余部分为四连杆机构尺寸，根据有关文献，推荐按以下比例关系初选铲斗连杆机构的主要尺寸参数：，再根据同种类型的挖掘机比较取：其中N点在F

11、Q的连线上。此时只有G点还没有确定，设F点为坐标原点，G的坐标是，则根据铲斗油缸全缩时和铲斗油缸全伸时列出两个方程，即可确定G点得位置。首先根据三角函数关系确定N点和Q点的坐标，N（0.916,0.644），Q（1.244,0.874）1）在铲斗油缸全全缩时：易得：K（0.941,1.179），令H点的坐标为则根据勾股定理可列方程式：得到2）在铲斗油缸全伸时，再根据最大转角：易得：K(1.595,0.626)，令H点得坐标为则：得到此时，再令G点的坐标为G（x,y）则：得到即：，至此，挖掘机工作装置已经基本确定完毕。五工作路线分析位移曲线速度曲线加速度曲线六有限元分析动臂网格划分 动臂应力云图

12、动臂位移云图铲斗网格划分铲斗应力云图铲斗位移云图分析结果通过有限元仿真，得到动臂的应力云图。动臂的最大应力出现在动臂与支承座相连的铰接孔处，为 125. 2 M Pa，小于 Q 235屈服极限 235 M Pa，满足设计要求。但存在应力集中现象，应力集中主要出现在与支承座相连接的动臂根部，在设计时应适当加大该位置倒角及铰接孔的尺寸。另外，在靠近动臂下端的两个不同单元的焊接线处也存在应力集中现象，在制造过程中应控制焊接位置，提高焊接质量。从强度校核计算可知 , > camax ,铲斗具有足够的设计强度。总的来说 ,斗体前部斗齿、 斗后壁耳板的根部、 铰接处和补强区域受到的应力较大 ,但都低

13、于许用应力 ,其它部位所受应力较小 ,大部分都低于100 MPa。斗后壁的加强筋板是增加铲斗刚度和提高。铲斗强度的关键 ,它不但可以大大降低斗后壁应力 ,而且可以化解应力集中 ,极大地提高了铲斗抗偏载、抗超载的能力。斗体前部的斗唇部件和两侧的加强筋板对改善铲斗的挖掘性能和提高斗体的强度都起到了不可替代的作用。铲斗后壁耳板比其它部位的钢板厚 ,从而提高了铰接部位抗交变复杂应力和磨损的能力。五、总结在本次设计中，根据一些资料的经验统计公式及基本的机械原理计算，完成了以下设计工作：1、根据经验公式进行了挖掘机工作装置的总体设计，计算选择出工作装置各部分的基本尺寸，其包括动臂、斗杆、铲斗、动臂液压油缸、斗杆液压油缸、铲斗液压油缸的尺寸。2、绘制出工作装置的三维模型，并进行了运动学仿真，模仿其整个挖掘过程的路径，并绘制出了运动线