【《某小型履带式液压挖掘机工装结构设计计算过程案例》5500字（论文）】

某小型履带式液压挖掘机工装结构设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u175461.1工作装置的构成 254861.2动臂油缸与铲斗油缸的布置 4185531.3动臂及斗杆的结构形式 4237771.4铲斗与油缸的连接方式 4314901.5铲斗的结构选择 489051.6基本参数的确定 5103401.6.1斗杆和动臂的长度比 5221251.6.2铲斗斗容与主参数的选择 5119552基本尺寸的确定 6250742.1斗形参数的确定 6108622.2动臂机构参数的选择 699872.2.1α1与A点坐标的计算 6309982.2.2l1与l2的选择 634782.2.3l41与l42的计算 6187842.2.4l5的计算 776372.3动臂机构的校核 9281372.3.1闭锁力的校核 998612.3.2满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核 1137372.3.3最大高度时力矩的校核 12151922.3.4斗杆参数 13302342.3.5铲斗基本参数 14294483工装结构设计 15256133.1斗杆的设计 15192603.1.1受力分析 15209663.2内力图 2121663.3结构计算 22183183.3.1板的厚度、斗杆宽度，选取许用应力 22232013.3.2斗杆在危险地方的计算 2316023.4动臂结构设计 2448663.4.1出现危险情况时力的分析 24172273.5内力图和弯矩图的求解 28242003.6结构尺寸计算 30147143.7铲斗的设计 32204393.7.1铲斗斗形尺寸的设计 32203743.7.2斗齿形状 3278153.7.3铲斗的绘制 32171767销轴与衬套的设计 33280077.1销轴的设计 334907.2设计销轴 33142747.3衬套的设计 341.1工作装置的构成液压挖掘机机构的工作循环过程主要包括以下几个环节:将液压掘进机移动到适合作业的位置上;运用回转机构对转台进行转动，使其处于合理的作业位置上;对挖掘机的铲斗进行调整，使其处于即将要挖掘作业的位置上;运用铲斗和斗杆实施相应的挖掘工作;升起动臂，驱动转台使其转动到预定的卸土位置上;完成土方卸载以后，循环重复之前的动作REF_Ref10742\r\h[1]。本次设计的液压挖掘机的基本结构如图2-1所示。反铲由动臂2、铲斗5、连杆9、斗杆11和的液压缸组成。旋转平台与动臂的下铰点连接，通过动臂伸缩。在这种工作状态下，整个将围绕动臂下臂旋转。斗杆会在斗杆油缸的作用下绕位于动臂上的铰接转动，斗杆前段装铲斗，在连杆和杆液压缸作用下绕斗杆前面的点转动。在液压挖掘机反铲工作装置的设计上，除了要满足基本的工作尺寸、作业范围、最大挖掘力等要求以外，还要满足结构强度、刚度要求、经济行要求等其他性能要求REF_Ref10742\r\h[1]。在挖掘的期间，转盘的电动机启动。转盘开始转动，挖掘机的挖掘臂将旋转到指定的工作位置。动臂的腔压缩液压缸以降低工装的位置，铲斗将接触地面。驾驶人员将控制铲斗油缸或斗杆油缸。动臂液压缸的被流入的液油拉伸。此时，铲斗将被挖掘并装卸，铲斗满载后，铲斗缸以及斗杆缸停止当前动作。之后，在动臂液压缸腔体内注满油，动臂处于上升状态，旋转电机相应连接，使工装整体旋转到卸载位置，铲斗缸缩回铲斗以向上翻转以去除装载介质。但是，在实际的挖掘和应用工作中，由于受多种因素的影响，铲斗反向安装装置的多个液压缸在工作中的循环作用可以协调和多样。但综上所述，上述工作条件是理想的。挖掘机工装的铲斗臂和动臂为变截面箱梁结构，铲斗由较薄的钢板制成，并带有折弯机和焊接。每个油缸工作时仅考虑张力压力。图2-2工装图图2-3结构图1.2动臂油缸与铲斗油缸的布置正常情况下，油缸安装在动臂前部的下部位置，下部支撑点基本上布置在转盘中心上方的转盘上，这种布置有利于增加反铲挖掘机的挖掘深度。因此该方案将使动臂支点更加向前。当铲斗的容量为0.2时，双液压缸才能符合要求，结构1.2图：1.3动臂及斗杆的结构形式动臂的形状一般都是弯的，很少有直的，这种结构常常应用于形状较小的挖掘机。这种臂架结构不像组合臂架那样复杂，刚度符合要求。棒子有整体式和组合式两种。根据传统的类型选择。此外，这种设计方阿布简单方便。1.4铲斗与油缸的连接方式与传统的布置相比，这种布置可以在油缸长度设定为一定值时获得较大的工作角度，提高工装在工作时的传动特性。在这种布置下，杆1和2的铰接方式减小了铲斗的角度，能给挖斗足够的力。如下图所示。斗杆连杆斗杆连杆铲斗铲斗33图2-4铲斗连接图1.5铲斗的结构选择选择铲斗时也有一定的要求，要符合下面几种要求：1.物料可以自由流动。内壁应尽可能光滑平整，不得有突出的棱角。铲斗的底部形状应符合各种材料的流动物理规律。1.在卸载的时候应使物料卸载殆尽。3.考虑到工作中会发生抖动，为了防止物料滑出，物料粒度与铲斗宽度的比例应小于。4.当大于50时，不需要考虑粒度。根据上述要求，选择的铲斗如图2-5所示。图2-5铲斗斗齿的连接与安装如2-6所示。图2-6结构示意图1-卡销；2–橡胶卡销；3–齿座；4–斗齿1.6基本参数的确定1.6.1斗杆和动臂的长度比本设计是一种适应性强的液压挖掘机，工作装置通常不会更换，因此可以选择中间方案，取K1值介于1.3和1.0之间。如果K1的值很大，则工具的结构重心将更靠近车身。K1=1.46，即。1.6.2铲斗斗容与主参数的选择根据经验公式和类比法，平均宽度取B=750毫米，切削半径取R=800毫米。对动臂缸进行测量，将其内径确定下来，为，对其活塞杆进行测试并确定其直径，为，斗杆缸内径与活塞杆直径分别为、。铲斗缸的内径已经确定，为，活塞50毫米。根据经验，选择每个延伸长与整个收缩长的比:根据要求，工作和闭锁两大压力分别为。2基本尺寸的确定2.1斗形参数的确定斗容量q：任务书给出q=0.2立方米挖掘半径R：初选R=800上式中:KS1.25。将和B=750m代入上式为:如果l24太大，会影响机构的传动性，太小那么会会降低的结构刚度。预先取k2=0.375。。但是，由于该设计中的铲斗角较大，k2值较小，进行选则时。2.2动臂机构参数的选择2.2.1α1与A点坐标的计算以α1=120˚作为动臂的弯角根据经验统计并参考其他具有相同容量的模型，主要特征参数k3=1.4（）点A坐标的选取：经工作装置的分析，初定：2.2.2l1与l2的选择R1，结合以下经验公式： ； （5-1）把各个数据代入得：（5-2）2.2.3l41与l42的计算如下图所示，在△CZF中：图5-1结构简图 （5-3） （5-4） （5-5）2.2.4l5的计算斗杆油缸全缩时，∠CFQ最大。初选。由于这次毕业设计用的是双臂液压缸，∠BCZ较小，∠BCZ=5如图所示，在△CZF中：由式（3-33）和式（3-34）有（5-6）（5-7）由式（5-6）、（5-7）有：（5-8）设A=α2+α11=20+60=80。B=A+（）max=80+（-160）=-80将A.B代入式（5-8）中有 （5-10）计算可得:由式（5-7）有的约束条件为：（5-11）（5-12）将的代入式（5-11）、式（5-12）中得：（5-13）（5-14）Ρ和σ满足5-9和5-500.00g的经验条件，说明ρ和σ的取值是可行的。（5-15）（5-16）（5-17）2.3动臂机构的校核2.3.1闭锁力的校核通过前面的计算可以做出判断，把铲斗平均开挖力确定下来由图5—2可以确定挖掘阻力矩M1J：（5-18）（5-19）将各种数据代入（5-18）得 （5-20）闭锁力的计算： （5-21）=2.1×107×π×（62.52–402）×10-6=2.18×105N当挖掘机处于最大挖掘深度时自重所产生的力矩MG：图5-2最大挖掘深度图当处于上图所示位置时时：（5-22）（5-23）通过图5-2可得（5-24）对C点的矩：（5-25）可以确定的是能够满足条件需求。2.3.2满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核图5-3最大挖掘半径图为了使即使算过程方便，可以把动臂分开来看，第一部分时斗杆液压缸、动臂、动臂液压缸，表示为GB;剩下的部分用GG+D表示。所以：（5-26）（5-27）土的重量为：（5-28）当处于5-3时，有：（5-29）动臂此时的推力（5-30）在△CAB中：（5-31）（5-32）把数据代入上面两个公式可得:，（5-33）这个时候动臂油缸的力矩MT的计算:（5-34）2.3.3最大高度时力矩的校核当斗杆处于最大高度时，油缸全部伸出，斗杆油缸压缩。（5-35）（5-36）==在对工况下动臂油缸的力臂进行计算时，所应用的公式是（5-36）（5-37）计算出油缸力矩：符合要求。2.3.4斗杆参数.取斗杆作为研究的对象，可以得到最大力臂：（5-38）如图5-4所示，臂、之间的联系:（5-39）（5-40）（5-41）（5-42）2.3.5铲斗基本参数1.角幅度（5-43）把各个数据代入上面公式求得：初级选择φ3max=163°。2.铲斗机构其他基本参数的计算GG（5-44）力F1P做的功（5-45）油缸推力做功W3：（5-46）铲斗推力的工W3应等于铲斗挖阻力所做的工W1p:即W3=W1p（5-47）（5-45）、（5-46）代入式5-47中：L3min=849圆整为850则 （5-48）未选择的基本尺寸是联动尺寸，满足以下条件:1）几何兼容性。2）l3的整个机构没有死点。预选∠GFN=60° （5-49）3工装结构设计整个工作单元由吊臂、桶、斗、缸和联动机构，为了得到这些零件的尺寸，我们必须找出危险的部分，让他们在最危险的的环境下工作，对他们受的力做出计算。3.1斗杆的设计3.1.1受力分析根据工装工作过程中棒的弯矩，有必要找出棒在工作过程中的最大弯矩。根据试验和经验，铲斗开挖时，最大弯矩主要在以下工作条件下产生：1）即动臂油缸全部收缩时，动臂处在最低的工况。2）土壤会在挖掘时使侧齿受到一个侧向力。这一条件的具体示意图如图6-1所示。如图6-2所示。在此工作条件下考虑的主要力是:工具组件的重力；土壤对铲斗所产生的挖掘阻力。图6-1斗杆危险工况时的工作装置简图FFNNQPdQPdW1HW1HKKW2GW2G3图6-2铲斗受力分析简图HK-连杆；HN-摇臂；Q-斗杆和铲斗之间的铰点CF表示为：（6-1)有前面计算可以得到，。在中即°在四边形中（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）通过3-16计算可得i=0.336理论力：（6-6）切向阻力W1：这时，铲斗Q的长度计算挖斗对Q点的力矩，那么 （6-7）重力在C点的力矩（6-8）（6-9）点C与W2的距离（6-10）（6-11）得（6-12）当斗杆为危险工作情况时候：（6-13）附着力矩：（6-14）当需要制动时，需要的力矩MB最大是：（6-15）力作用在Q点时，力矩、力的计算：如图所示，则有：HkNHkNkRNX2X2RkRkQY2QY2图6-3连杆机构计算简图NH为摇臂HK为连杆RK为连杆的作用力RN为摇臂的作用力（6-16）（6-17）由上面两个公式可以算出：通过上图可以得到：（6-18）（6-19）（6-20）（6-21）如图6-4，有：RNyF3RNyF3HNHNRkKRkK图6-4受力图（6-22）3.2内力图图6-5第一工况下斗杆的图++EFEFQQ图6-6第一工况下斗杆的My图++EEFQFQ图6-7第一工况下斗杆的QZ图++Q图6-8第一工况下斗杆的MZ图Q++FFEQEQ图6-9第一工况下斗杆的Tx图3.3结构计算首先计算截面，在此基础上求解。3.3.1板的厚度、斗杆宽度，选取许用应力把定位238mm我国标准一般选用挖掘机铲斗钢板厚度一般为8~15毫米，故按行业标准初步选用如图6-10所示。图6-10钢板厚度示意图屈服极限σs=350Mpa。如杆系数是2.8，则：（6-23）3.3.2斗杆在危险地方的计算断裂位置的面积S2：（6-24）y轴的Iy:（6-25）z轴的IZ:（6-26）横截面总面积S1:（6-27）σN:（6-28）σy和σz:（6-29）（6-30）弯曲应力与轴向拉应力合成:（6-31）（6-32）h=360毫米由式（6-21）、（6-22）、（6-23）、（6-24）和（6-25）得到。3.4动臂结构设计3.4.1出现危险情况时力的分析如果动臂上的重量最大时，应满足下面的要求：1）油缸都在收缩位置。2）V、Q、F在直线，三个点连起来与X轴的角度是3）铲斗在进行挖掘作业时，斗边点会遇到障碍。以此作为开挖深度的条件。图6-11为具体工作装置图。 图6-11工作装置简图。W2的计算：把所有的部分作为一个整体计算，则（6-33）W2的结果是负数，这个时候挖掘力不是最大。因此，必要旋转E点，在出现最大挖掘力后才会停止旋转。通过进行计算，把点V的垂直坐标确定下来，即在Yv=毫米的条件下，铲斗油缸的作用得到更好的发挥，体现出最大的挖掘力。图6-12工作简图如图6-12所示。在这种工作状态下，动臂油缸完全缩回。以前的计算包括： （6-34） （6-35）（6-36） （6-37）解之在△DEF中，由几何关系则有： （6-38） （6-39）解得,而（6-40）则由图6-12可知（6-41）W1与W2的求解：。把重力对C点的矩确定下来：（6-42）所选择的研究对象为整个工作装置，则形成下面的公式：（6-43）（6-44）从其方向来看，平行于轴，处于X3轴的正方向上。铰点的求解：（6-45）（6-46）W1与X11的夹角为12，与X12的夹角92，则W沿坐标轴的分力:（6-47）（6-48）把W11X产生的横向弯矩M的准确数值通过计算确定下来：（6-49）把W11Y所产生的附加横向弯矩M的准确数值通过计算确定下来：（6-50）把W11Y所产生的附加横向扭矩T的准确数值通过计算确定下来：（6-51）通过下面公式进行计算，确定W11X12Y12在坐标系上沿坐标轴的分力：（6-52）（6-53）通过计算把W11则所产生的附加横向弯矩的准确数值确定下来：（6-54）通过计算把W11所产生的附加扭矩的准确数值确定下来：（6-55）3.5内力图和弯矩图的求解进行计算后把上动臂受轴向力的准确数据确定下来:（6-56）进行计算后上动臂受剪力的准确数据确定下来:（6-57）通过计算后把上动臂所受到的轴向弯矩的准确数值确定下来:（6-58）通过计算把下动臂所受到的轴向力的准确数值确定下来:（6-59）通过计算把下动臂所受到的剪力的准确数值确定下来（6-60）通过计算把下动臂所受轴向弯矩的准确数值确定下来：（6-61）如图6-13、6-14和6-15所示，得到了动臂在危险情况下的内力图和弯矩图。6-13危险工况图6-14危险工况图

6-15危险工况下M图3.6结构尺寸计算通过对现场测绘和经验进行统计后，在此基础上做出初步选择：把动臂底板的宽度和底板的厚度的准确数值确定下来，分别为b=275，n=14，但是要看到上臂架上的载荷较大，所以以12毫米作为侧板厚度，从下臂架的情况来看相对来说较小，以12毫米