理學(xué)反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 安徽工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 專(zhuān) 業(yè)： 車(chē)輛 工程 題 目：反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) Backhoe digging institutions design of anti-shovel excavator 作 者 姓 名： 導(dǎo)師及職稱： 導(dǎo)師所在單位： 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院 2012年 6 月 16 日 安徽工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 20

2、12 屆 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生姓名： Ⅰ 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 中文：反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 英文：Backhoe digging institutions design of anti-shovel excavator Ⅱ 原始資料 一、設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)參數(shù)：斗容：0.4立方米；整機(jī)重量5噸；發(fā)動(dòng)機(jī)功率60千瓦。 二、參考資料： 1 同濟(jì)大學(xué)等. 單斗液壓挖掘機(jī)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1983 2 劉希平等 工程機(jī)械構(gòu)造手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 3 何挺繼，朝勇. 現(xiàn)代公路施工機(jī)械[M].北京：人民交

3、通出版社 4 許福玲，陳堯明. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 5 高鵬. 挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[D]. 沈陽(yáng)：遼寧工程技術(shù)大學(xué) 6 金海薇. 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置的CAD/CAM研究[D]. 沈陽(yáng)：遼寧工程技術(shù)大學(xué) 7 在圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)上查找相關(guān)的教材、書(shū)籍和資料。 Ⅲ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容 1、課題工程意義 本選題培通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少易損件，傳動(dòng)性能改善，工作平穩(wěn)、安全可靠，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置更加合理緊湊，操作簡(jiǎn)便，靈活，易于實(shí)現(xiàn)三化，提高質(zhì)量，降低成本，而且挖掘機(jī)的性能提高，工作裝置品種擴(kuò)大，提高挖掘機(jī)的傳動(dòng)效率。 2、本

4、課題研究的主要內(nèi)容： 挖掘機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)；挖掘機(jī)構(gòu)詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；各部分基本尺寸的計(jì)算與驗(yàn)證；機(jī)構(gòu)中主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓缸與液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3、提交的成果： （1）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文； （2）挖掘機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)圖和工作循環(huán)圖；液壓系統(tǒng)工作原理圖，相關(guān)的計(jì)算程序。 （3）至少一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文； （4）附不少于10篇主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要。 指導(dǎo)教師（簽字） 教研室主任（簽字） 批 準(zhǔn) 日 期 接受任務(wù)書(shū)日期 完 成 日 期 接受任務(wù)書(shū)學(xué)生（簽字） 反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 反鏟式挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，

5、廣泛應(yīng)用于房屋建筑、筑路工程、水利建設(shè)、農(nóng)林開(kāi)發(fā)、港口建設(shè)、國(guó)防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)、保證工程質(zhì)量、加快建設(shè)速度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起著十分巨大的作用。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，單斗挖掘機(jī)的需求量將逐年大幅度增長(zhǎng)，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用將越來(lái)越顯著。 　　反鏟裝置作為單斗挖掘機(jī)工作裝置的一種主要形式，在工程實(shí)踐中占有重要地位。反鏟裝置的各組成部分有各種不同的外形，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用適合的結(jié)構(gòu)并對(duì)其作運(yùn)動(dòng)分析。然后，在滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求的基礎(chǔ)上對(duì)各機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，確定各機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，確定挖掘機(jī)反鏟裝置的基本輪廓。 關(guān)鍵詞：反鏟式挖掘機(jī)；運(yùn)動(dòng)分析；機(jī)構(gòu)設(shè)

6、計(jì)；液壓系統(tǒng) Backhoe digging institutions design of anti-shovel excavator Abstract Anti-shovel dou excavator is a kind of important engineering machinery, widely used in building, road engineering, water conservancy construction, forestry development, port construction, na

7、tional defense construction and the conditions of fortifications mining extraction industries, to reduce heavy manual labor, ensuring the quality of projects and accelerate the construction speed and improve labor productivity plays an enormous role. With the continuous development of national econo

8、mic construction, dou excavator demand will greatly increase year by year, its role in national economic construction will become more and more prominent. The shovel device as a single dou excavator working device of a main form in engineering practice, occupies an important position. The shovel de

9、vice of each component of a variety of different shape, according to the design requirements for the selection of the structure and kinematic analysis. Then, on the basis of the requirement of motion parameters of various institutions, organizations, and determine the size parameters of the shovel d

10、evice determine excavator basic outline. Key Words: Anti-shovel excavator;Motion analysis;Insitiutions design;Hydraulic system 目 錄 引言 8 第1章液壓挖掘機(jī)的簡(jiǎn)介 9 1.1挖掘機(jī)的類(lèi)型 9 1.2液壓挖掘機(jī)的基本組成和工作原理 10 1.3反鏟式挖掘機(jī) 11 第2章反鏟式挖掘機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 2.1反鏟式挖掘機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 15 2.2反鏟式挖掘

11、機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析 19 2.3特殊尺寸 31 2.4挖掘力的計(jì)算 34 第3章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 38 3.1元件的選擇 38 3.2系統(tǒng)分析 39 結(jié)論與展望 41 致謝 42 參考文獻(xiàn) 43 附錄A圖紙 44 附錄B主要參考文獻(xiàn)摘要 45 插圖清單 圖1-1機(jī)械式單斗挖掘機(jī) 10 圖1-2連續(xù)作業(yè)式挖掘機(jī) 10 圖1-3單斗液壓挖掘機(jī) 11 圖1-4液壓挖掘機(jī)基本組成與傳動(dòng)示意圖 12 圖1-5反鏟式挖掘機(jī) 13 圖1-6 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置 13 圖1-7反鏟式挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 14 圖2-1整體式直動(dòng)臂 16

12、 圖2-2整體彎動(dòng)臂 16 圖2-3整體式直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 17 圖2-4整體式彎動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 17 圖2-5整體式斗桿 18 圖2-6組合式斗桿 19 圖2-7整體式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 19 圖2-8組合式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 19 圖2-9反鏟式鏟斗基本形式 20 圖2-10反鏟式鏟斗常用形式 20 圖2-11鏟斗主要參數(shù)示意圖 21 圖2-13反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 22 圖2-15F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖 24 圖2-16斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖 26 圖2-17鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 28 圖2-18斗齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 30 圖2-19最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖 33

13、圖2-20最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖 33 圖2-21最大挖掘半徑及停機(jī)面最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖 34 圖3-1雙泵雙回路液壓系統(tǒng)圖 39 圖1挖掘機(jī)液壓原理圖 44 圖2挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)方案圖 45 圖3挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 46 表格清單 表1-1設(shè)計(jì)參數(shù) 14 表1-2挖掘機(jī)機(jī)體尺寸與工作尺寸 15 表2-1挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)的參數(shù) 23 表3-1主油泵相關(guān)參數(shù) 38 表3-2齒輪泵CB-B20相關(guān)參數(shù) 38 引 言 挖掘機(jī)被

14、稱為機(jī)械之王，在國(guó)家建設(shè)中起到舉足輕重的作用。反鏟式挖掘機(jī)只是挖掘機(jī)其中的一種，回顧我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展歷史： 我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為1m3;的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、自主研制開(kāi)發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)階段。9WV鐵甲工程機(jī)械網(wǎng)-挖掘機(jī)網(wǎng)-工程機(jī)械網(wǎng) 新中國(guó)成立初期，以測(cè)繪仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)30～40年代的W501、W502、W1001、W1002等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開(kāi)始了我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。1967年開(kāi)始，我國(guó)自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的

15、WYl00型、貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠的W4-60型、合肥礦山機(jī)器廠的WY60型挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠的WYl60型和杭州重型機(jī)械廠的WY250型挖掘機(jī)等。它們?yōu)槲覈?guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。9WV鐵甲工程機(jī)械網(wǎng)-挖掘機(jī)網(wǎng)-工程機(jī)械網(wǎng) 至20世紀(jì)80年代末，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá)40余種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有0.1～2.5 m3等12個(gè)等級(jí)、20多種型號(hào)，還生產(chǎn)0.5-4.0m3以及大型礦用10m3、12m3機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)，1m3隧道挖掘機(jī)，4m3長(zhǎng)臂挖掘機(jī)，1000m3／h 的排土機(jī)等，還開(kāi)發(fā)了斗容量O.25m3的船用液壓挖掘機(jī)

16、，斗容O.4m3、O.6 m3、0.8 m3的水陸兩用挖掘機(jī)等。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國(guó)際先進(jìn)水平相比，有很大的差距。　　9WV鐵甲工程機(jī)械網(wǎng)-挖掘機(jī)網(wǎng)-工程機(jī)械網(wǎng) 改革開(kāi)放以來(lái)，積極引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展。其中貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠、上海建筑機(jī)械廠、合肥礦山機(jī)器廠、長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠等分別引進(jìn)德國(guó)利勃海爾(Liebherr)公司的A912、R912、R942、A922、R922、R962、R972、R982型液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。稍后幾年，杭州重型機(jī)械廠引進(jìn)德國(guó)德瑪克(Demag)公司的H55和H85型液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)技術(shù)，北京建筑

17、機(jī)械廠引進(jìn)德國(guó)奧加凱(0&K)公司的RH6和MH6型液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。與此同時(shí)，還有山東推土機(jī)總廠、黃河工程機(jī)械廠、江西長(zhǎng)林機(jī)械廠、山東臨沂工程機(jī)械廠等聯(lián)合引進(jìn)了日本小松制作所的PC100、PC120、PC200、PC220、PC300、PC400型液壓挖掘機(jī)(除發(fā)動(dòng)機(jī)外) 的全套制造技術(shù)。這些廠通過(guò)數(shù)年引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、移植，使國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品性能指標(biāo)全面提高到20世紀(jì)80年代的國(guó)際水平，產(chǎn)量也逐年提高。由于國(guó)內(nèi)對(duì)液壓挖掘機(jī)需求量的不斷增加且多樣化，在國(guó)有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，牽動(dòng)了一些其他機(jī)械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機(jī)行業(yè)。9WV鐵甲工程機(jī)械網(wǎng)-挖掘機(jī)網(wǎng)-工程機(jī)械網(wǎng) 近年來(lái)

18、，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度在全國(guó)各地的日益加大，中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，亟須掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能的優(yōu)秀挖掘機(jī)操作手?！敝袊?guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)祁俊日前指出，我國(guó)堪稱“世界上最大的建設(shè)工地”，我國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)也進(jìn)入高速發(fā)展階段。與此同時(shí)，挖掘機(jī)的節(jié)能降耗的重要性也愈發(fā)明顯。 節(jié)能環(huán)保成工程機(jī)械發(fā)展方向：節(jié)能減排、綠色環(huán)保已成為每個(gè)行業(yè)的熱點(diǎn)話題，工程機(jī)械行業(yè)也不例外，中國(guó)工程機(jī)械企業(yè)紛紛推出蘊(yùn)含“技術(shù)創(chuàng)新”、“環(huán)?！薄ⅰ霸僦圃臁钡雀拍畹男庐a(chǎn)品，意味著整個(gè)行業(yè)向綠色、智能轉(zhuǎn)型的同時(shí)，節(jié)能減排、綠色環(huán)保已經(jīng)滲入到整個(gè)行業(yè)的發(fā)展中。 第1章 液壓挖掘機(jī) 1.1挖掘機(jī)的類(lèi)型

19、 挖掘機(jī)械的類(lèi)型與構(gòu)造形式繁多，可按照挖掘工作原理與過(guò)程、用途、構(gòu)造特征進(jìn)行劃分。 按照用于，單斗挖掘機(jī)分為：建筑型、采礦型和剝離型等。建筑型挖掘機(jī)一般可裝置各種不同的工作裝置，進(jìn)行多種作業(yè)，故又稱通用式。 按照動(dòng)力裝置，挖掘機(jī)有電驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和符合驅(qū)動(dòng)等，以一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)帶支挖掘機(jī)全部機(jī)構(gòu)為單機(jī)驅(qū)動(dòng)式，以若干發(fā)動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)各個(gè)主要機(jī)構(gòu)為多驅(qū)動(dòng)式。 按照傳動(dòng)方式，挖掘機(jī)分為機(jī)械傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式和混合傳動(dòng)式。 挖掘機(jī)的行走裝置型式有：履帶式、輪胎式、汽車(chē)式、步行式、軌道式、拖式等。 單斗挖掘機(jī)工作裝置的型式很多，常用的基本型式，對(duì)于機(jī)械挖掘機(jī)有：正鏟、反鏟、拉鏟和起重吊鉤等 以

20、下如圖所示挖掘機(jī)基本類(lèi)型： 1圖1-1機(jī)械式單斗挖掘機(jī) 2圖1-2連續(xù)作業(yè)式挖掘機(jī) 3圖1-3單斗液壓挖掘機(jī) 1.2 液壓挖掘機(jī)的基本組成和工作原理 液壓挖掘機(jī)的種類(lèi)很多，單斗液壓挖掘機(jī)算是其中一個(gè)代表,如圖1-4。單斗挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是在機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是目前挖掘機(jī)中重要的品種。它的作業(yè)過(guò)程是以鏟斗的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗裝滿后提升，回轉(zhuǎn)至卸土的位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再回轉(zhuǎn)并下降到挖掘面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移位，以便繼續(xù)工作，因此，是一種周期作業(yè)的自行

21、式土方機(jī)械。 1.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)的基本組成 單斗液壓挖掘機(jī)為了實(shí)現(xiàn)以上周期工作，液壓挖掘機(jī)必須有以下基本結(jié)構(gòu)：工作裝置、回旋機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置（液壓部分）、操作裝置、行走裝置等。 單斗液壓挖掘機(jī)基本組成：由轉(zhuǎn)臺(tái)及轉(zhuǎn)臺(tái)上部的結(jié)構(gòu)、底架及行走系、工作裝置等三大部分組成。 回轉(zhuǎn)平臺(tái)：由回轉(zhuǎn)平臺(tái)、液壓傳動(dòng)裝置、伺服操縱裝置、動(dòng)力裝置、司機(jī)室、空調(diào)系統(tǒng)、電器系統(tǒng)等組成。 工作裝置：由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿、搖桿、油缸等組成。 行走裝置：由車(chē)架、支重輪、托鏈輪、導(dǎo)向輪、張緊裝置、履帶、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)接頭等組成 。 動(dòng)作（五個(gè)動(dòng)作及其復(fù)合）——?jiǎng)颖凵?、斗柄轉(zhuǎn)動(dòng)、挖斗轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)

22、臺(tái)回轉(zhuǎn)及行走。 1.2.2 單斗液壓挖掘機(jī)的工作原理 液壓挖掘機(jī)與機(jī)械挖掘機(jī)的主要區(qū)別在于傳動(dòng)裝置的不同，以及由于傳動(dòng)的改變而一起的工作裝置機(jī)構(gòu)形式的不同。液壓挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、控制閥及油管等液壓元件組成。并且采用液壓分配器及各種控制閥來(lái)控制各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。 圖1-4所示為液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動(dòng)示意圖。如圖所示，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)液壓泵，把高壓油輸送給兩個(gè)分配閥，操作控制閥，將高壓油再送往有關(guān)液壓執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)工作。 液壓挖掘機(jī)的工作原理采用連桿機(jī)構(gòu)原理，而各部分的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖1-4所示為液壓挖掘機(jī)最常用

23、的工作裝置——反鏟裝置。它由鏟斗1、斗桿2、動(dòng)臂8、連桿4以及相應(yīng)的三組液壓缸5、6、7組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，利用動(dòng)臂液壓缸的伸縮，使動(dòng)臂繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)上部轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)，同時(shí)操縱動(dòng)臂液壓缸，小腔進(jìn)油液壓缸回縮，使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面為止，然后操縱斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。斗裝滿后，將斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂液壓缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂升離挖掘面，隨之接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使斗轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn)，再操縱，斗桿和鏟斗液壓缸回縮，使鏟斗反轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，將工作裝置轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次挖掘工作

24、。 4圖1-4液壓挖掘機(jī)基本組成與傳動(dòng)示意圖 1—鏟斗； 2—斗桿 ；3—?jiǎng)颖郏?4—連桿 ；5、6、7—液壓缸；Ⅰ—挖掘裝置 ；Ⅱ—回轉(zhuǎn)裝置；Ⅲ—行走裝置； 1.3反鏟式挖掘機(jī) 反鏟式挖掘機(jī)是最常見(jiàn)的挖掘機(jī)一種，廣泛用于建筑領(lǐng)域，主要用于平整路面、深挖基坑等。以下我們介紹一下反鏟式挖掘機(jī)。圖1-5為反鏟式挖掘機(jī) 5圖1-5反鏟式挖掘機(jī) 1.3.1反鏟式挖掘機(jī)的反鏟裝置 反鏟裝置是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置。如圖1-6所示。目前廣泛應(yīng)用的斗容在1.6m3以

25、下。 6圖1-6 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置 1-動(dòng)臂；2-斗桿；3-鏟斗；4、5、6-動(dòng)臂、斗桿及鏟斗液壓缸；7-連桿機(jī)構(gòu) 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置由動(dòng)臂1、斗桿2、鏟斗8以及動(dòng)臂液壓缸4、斗桿液壓缸5、液壓缸6和連桿機(jī)構(gòu)7等組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各部件之間的聯(lián)系全部采用鉸接，通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘過(guò)程中的各種動(dòng)作。 反鏟式挖掘機(jī)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 7圖1-7反鏟式挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 自由度的計(jì)算 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=9低副P(pán)L=12 高副P(pán)H=0 厡動(dòng)機(jī)件有3 自由度F=3n-2PL-PH (

26、1-1) =3×9-2×12=3 1.3.2反鏟式挖掘機(jī)主要參數(shù)及參數(shù)選擇 液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容、整機(jī)重量、和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘機(jī)三級(jí)或容量為18000 N/m3的土壤時(shí)，鏟斗堆尖時(shí)的斗容量。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對(duì)于不同等級(jí)或容量的土壤可以配備相應(yīng)不同的斗容量的鏟斗。 整機(jī)重量：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時(shí)的整機(jī)工作質(zhì)量。 發(fā)動(dòng)機(jī)功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（12小時(shí)工作），即正常

27、運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率。 由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出以上主要參數(shù)：斗容：0.4立方米；整機(jī)重量5噸；發(fā)動(dòng)機(jī)功率60千瓦。 參考卡特CT85-7B挖掘機(jī)參數(shù)設(shè)定挖掘機(jī)的參數(shù)如下 1表1-1設(shè)計(jì)參數(shù) 鏟斗容量 整機(jī)重量 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 0.4m3 5t 60KW 尺寸參數(shù)的選擇 以液壓挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，用以下公式近似確定： 線尺寸參數(shù)：= 面積參數(shù)：= 體積參數(shù)： = (1-2) 式中， ，，分別是各個(gè)線向、面積、體積尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查《單斗液壓挖掘機(jī)》表1-4。列計(jì)算后所得機(jī)體尺寸和

28、工作尺寸數(shù)據(jù)在下表。 2表1-2挖掘機(jī)機(jī)體尺寸與工作尺寸 名 稱 尺寸（米） 名 稱 尺寸（米） 履帶接地長(zhǎng)度 2.35 軌距 1.36 司機(jī)室頂高 1.7 轉(zhuǎn)臺(tái)離地高 0.68 尾部半徑 1.624 機(jī)棚高 1.36 最小離地間隙 0.24 履帶寬 0.50 臂鉸與油缸鉸距 0.548 履帶總高 0.48 臂鉸離地高 1.111 臂鉸離回轉(zhuǎn)中心 0.37 前部離回轉(zhuǎn)中心 0.60 動(dòng)臂長(zhǎng)度 3.00 斗桿長(zhǎng) 1.36 鏟斗長(zhǎng) 0.85 第二章

29、 反鏟式挖掘機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1反鏟式挖掘機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 2.1.1挖掘機(jī)動(dòng)臂選擇 8圖2-1整體式直動(dòng)臂 9圖2-2整體彎動(dòng)臂 整體式動(dòng)臂有直動(dòng)和彎動(dòng)兩種,如下為整體式直動(dòng)臂與彎動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 10圖2-3整體式直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 11圖2-4整體式彎動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 如上圖分析可知整體式直動(dòng)臂的自由度F1=3×8-2×10-1=3 整體式彎動(dòng)臂的自由度F2=3n-2PL-PH (2-1)

30、 =3×9-2×12=3 采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專(zhuān)用反鏟裝置常見(jiàn)的如 圖（2-2） 整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意。 整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置較少，通用性較差。為了擴(kuò)大機(jī)械的通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件相似的反鏟采用整體動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。 整體式彎動(dòng)臂與整體式直動(dòng)動(dòng)臂相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)： 1. 工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)

31、采用連桿連接時(shí)調(diào)整時(shí)間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時(shí)可以隨時(shí)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 2. 較合理地滿足各種類(lèi)型的作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的變化問(wèn)題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便，一般情況下，下動(dòng)臂可以適應(yīng)各種工作裝置的要求，不需要拆換。 3. 裝車(chē)運(yùn)輸比較方便。 由于上述優(yōu)點(diǎn)，組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，但得到較廣泛的應(yīng)用。以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多變時(shí)采用整體式彎動(dòng)動(dòng)臂較為合適。如圖2-2所示。 2.2.2確定斗桿結(jié)構(gòu)形式 斗桿有整體式和組合式兩種，如下圖分別是整體式和組合式斗桿的簡(jiǎn)圖 12圖2-5整體式斗桿 13圖2-6組合式

32、斗桿 14圖2-7整體式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 15圖2-8組合式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 整體斗桿的自由度F1=2, 組合式斗桿自由度F2=3n-2PL-PH=1 (2-2) 由于組合式斗桿通用性比較好，自由度為1，所以選擇組合式斗桿 2.1.2定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒的安裝結(jié)構(gòu) 一，基本要求： 1.裝設(shè)斗齒，以增大鏟斗對(duì)挖掘物料的線比壓，斗齒及斗形參數(shù)具有較小的削阻力，便于切入及破碎的土壤。斗齒應(yīng)該耐磨、易于更換。 2.為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，斗寬與物料直徑之比應(yīng)大于4：1. 3.物料易于裝卸干凈，縮短卸載時(shí)間，并提高鏟斗有效容積。

33、反鏟式的鏟斗的形狀、尺寸與其作業(yè)對(duì)象有很大的關(guān)系。為了滿足各種挖掘業(yè)的需要，在同一臺(tái)挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗。圖2-9、圖2-10分別為反鏟用鏟斗的基本形式和常用形式。 16圖2-9反鏟式鏟斗基本形式 17圖2-10反鏟式鏟斗常用形式 二，斗型參數(shù)的選擇 斗容量q，平均斗寬B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角2（這里令 max） 是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。R、B及2三者與q之間有以下幾何關(guān)系（圖2-11） 18圖2-11鏟斗主要參數(shù)示意圖 q= （2-3） 式中土壤松散系數(shù)KS的近似值取1.25.因我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)斗容量q

34、指堆尖容量，所以裝滿系數(shù)可以不再考慮。令q=0.4,R=0.7, 2=90°，則由（2-3）可以求出B=1.46。顯然，B過(guò)大會(huì)造成最大挖掘阻力和轉(zhuǎn)斗挖掘能容量E增大，不利于提高效率。于是增大R，使R=0.96 得出B=0.78，合適。 2.2反鏟式挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析 反鏟裝置的具體結(jié)構(gòu)型式雖多，但常見(jiàn)的只有十幾種，按運(yùn)動(dòng)分析，其中有實(shí)質(zhì)差別的機(jī)構(gòu)型式不過(guò)幾種，且它們之間還存在著許多共同點(diǎn)。有些不同點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上還能以通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示?，F(xiàn)介紹一種通過(guò)直角坐標(biāo)系對(duì)典型結(jié)構(gòu)型式作運(yùn)動(dòng)分析的方法，以便借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行方案比較和參數(shù)的選擇。 反鏟裝置的幾何位置取決于動(dòng)臂液壓缸的

35、長(zhǎng)度L1、斗桿液壓缸的長(zhǎng)度L2和鏟斗液壓缸的長(zhǎng)度L3. 顯然，當(dāng)L1 、L2、L3為某一組確定值時(shí)反鏟裝置就相當(dāng)于處于一個(gè)確定的幾何位置。 如圖2-12設(shè)計(jì)平面直角坐標(biāo)系，使X軸與地面重合，Y軸與挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)中心線重合。則斗齒尖V所在的X坐標(biāo)值XV就表示挖掘半徑，Y坐標(biāo)值YV為正值時(shí)就表示挖掘高度，為負(fù)值時(shí)表示挖掘深度。必須注意，當(dāng)L1 、L2和L3為一組定值時(shí)只有一組XV和YV值與其對(duì)應(yīng)，反之對(duì)于XV和YV的一組定值卻有許多組L1L2和L3與其相應(yīng)。 圖2-12設(shè)計(jì)平面直角坐標(biāo)系 2.2.1機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù) 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)有:第一類(lèi)是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性

36、的必要參數(shù),稱為原是參數(shù),這里主要選擇長(zhǎng)度參數(shù)作為原是參數(shù);第二類(lèi)是由第一類(lèi)參數(shù)推算出來(lái)的參數(shù),稱推導(dǎo)參數(shù),多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù);第三類(lèi)是作為方案分析比較所需要的其他特性參數(shù)。 反鏟機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及其有關(guān)符號(hào)如圖2-13所示。 19圖2-13反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 3表2-1挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)的參數(shù) 參數(shù)分類(lèi) 機(jī) 構(gòu) 組 成 鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 機(jī)體 符 號(hào) 意 義 原始參數(shù) l3=QV,l12=MH,

37、 l13=MN,l14=HN l24=QK,l25=KV, l29=KH l2=FQ,l9=EF, l10=FG,l11=EG, l15=GN,l16=FN, l21=NQ l1=CF,l6=CD, l7=CB,l8=DF, l22=BF l4=CP,l5=CA, l17=CI,l19=CT, l30=CS,l38=JT, l39=JI 推導(dǎo)參數(shù) α1=∠NMH α10=∠KQV α4=∠EFG α6=∠GNF α9=∠GFN α7=∠NQF α8=∠NFQ α2=∠BCF α3=∠DFC α11=∠CAF α12=∠TCP 2

38、.2.2動(dòng)臂運(yùn)動(dòng) 不難列出動(dòng)臂上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)方程?，F(xiàn)在以F點(diǎn)為例，由圖2-15得 α10=∠BCU=Φ1－α11= （2-4） 20圖2-14動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖 21圖2-15F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算 選取動(dòng)臂彎角α1=120°，取動(dòng)臂特性參數(shù)K3（K3=）=1.2 取K1（K1為動(dòng)臂長(zhǎng)/斗桿長(zhǎng)K1=）=1.8，根據(jù)最大挖掘半徑一般與動(dòng)臂長(zhǎng)、斗桿長(zhǎng)和鏟斗長(zhǎng)的和值相等 =（m） m （2-5） m （2-6） α39=∠ZFC===27.41 ° （2-7） 在三角形ZCF中

39、∠ZCF=33° 取K4=0.96,α11=60°,l5=0.665m基本用于反鏟。斗桿全縮時(shí)∠FQV為最大值，取為160°。考慮結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，取 因： (2-8) 得：θ1max=125° 又因： （2-9） （2-10） 得： 符合下列幾何條件： （2-11） 即得： （2-12）

40、 （2-13） （2-14） 這樣，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的全部參數(shù)初步選出 2.2.3斗桿的運(yùn)動(dòng) 斗桿的位置參數(shù)是L1和L2的函數(shù)。討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，也即只考慮L2的影響。斗桿機(jī)構(gòu)與動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的性質(zhì)類(lèi)似，它們都是四連桿機(jī)構(gòu)，但連桿不同，在動(dòng)臂機(jī)構(gòu)中一般L7>L5,斗桿機(jī)構(gòu)中一般L9

41、 （2-16） 當(dāng)L2以L2min和L2max代入，得e20和e21.斗桿液壓缸的最大作用力臂e2max=l9，此時(shí)L2=。 e20= （2-17） e22= （2-18） 斗桿參數(shù)的選擇和計(jì)算 查找資料該挖掘機(jī)斗桿的最大挖掘力為PGmax=46.6kN 根據(jù)公式即e2max= 又有l(wèi)2=1.36m,l3=0.85m,PGmax=46.6KN e2max=(m) 假設(shè)斗桿擺角范圍為90°，即° 在三角形中，已知l9=0.505m, =90°可得E0EZ=0.68（m） 選擇油缸L2min=1.03m則L2max=1.71m （m）

42、 (2-19) 由前面的公式可知 (2-20) （2-21） （2-22） e20= （2-23） e22= （2-24） 這時(shí)θ=∠DEF==25° （2-25） 2.2.4鏟斗的運(yùn)動(dòng) 鏟斗相對(duì)于X-Y坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是L1、L2和L3的函數(shù)，情況較復(fù)雜?，F(xiàn)在先討論 23圖2-17鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 1.鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i 當(dāng)給定了鏟斗液壓缸長(zhǎng)度L3，由原始參數(shù)及推導(dǎo)參數(shù)出發(fā)，利用幾

43、何關(guān) 可依次求得圖2-17中α5，α22，α30，α23，L26，α24，α25，L27，α26，α28，α27和α29等值。 鏟斗液壓缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂為r1=l13×sinα2； （2-26） 連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂為 r2=l14×sinα2； 連桿HK對(duì)Q點(diǎn)的作用力臂為 r3=l34×sinα2； 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比為 i= （2-27） 顯然i是L3的一元函數(shù)。用L3min代入上式可得到初傳動(dòng)比i0，用L3max代入上式則得終傳動(dòng)比i0.為了求最大傳動(dòng)比imax及其發(fā)生時(shí)的L3，在理論可以取，解得L3，求

44、得imax。實(shí)際計(jì)算較困難。如采用優(yōu)化方法以很快得到結(jié)果。I0=0.5 代入數(shù)據(jù)可以得出 對(duì)于斗桿的擺角范圍θmax 鏟斗瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 θ3=∠FQV=α7+α24+α26+α10 （2-28） 當(dāng)取L3=L3max和L3min時(shí)可分別求得θ3min和θ3max。于是得 φ3max=θ3max－θ3min （2-29） 2.2.5整機(jī)作業(yè)范圍 1.斗齒尖的坐標(biāo)方程 斗齒尖V的坐標(biāo)值Xv和Yv是l1、l2和l3的函數(shù)。只要推導(dǎo)出Xv和Yv的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)的作業(yè)范圍就可以確定。圖2-1

45、8推導(dǎo)如下 24圖2-18斗齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 由F點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合前面計(jì)算得到的有關(guān)參數(shù)值，通過(guò)幾何和三角函數(shù)運(yùn)算 可依次求得α32，l28，α33，l23,α34，α35，l37，α36等最后得到 Xv=l30+l37×cos(α21-α34-α36) （2-30） Yv=l19×cosα12+l37×sin(α21-α34-α36) （2-31） 2.參數(shù)運(yùn)算斗形參數(shù)的選擇 斗容q，平均斗寬B，挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿角度2是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù) 它們之間的關(guān)系如下q= 一般土壤松散系數(shù)KS=1.25;q=0.4m3 由上面得出B=0.7

46、6m，2=90°求出挖掘半徑R m （2-32） 鏟斗上兩鉸點(diǎn)K與Q間距l(xiāng)24 K2=由鏟斗長(zhǎng)度l3=0.7m，K2=0.35,l24=0.245m 取l24=0.4(m) L3max 與L3min 的確定 鏟斗的最大挖掘阻力F3J max 應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3J max = 138KN。 粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力F3J max = F3J max /2 = 69 KN 挖掘阻力F3J 所做的功W3J： W3J = F3J max l3 φ3max （2-33）

47、 = 6.9×105×0.7×165×π/180 = 1.39×105 N.m 由圖4-4知，鏟斗油缸推力所做的功W3： W3 = F3 （λ2-1）L3min （2-34） = 31.4×106×π×552×10-6×0.6×L3min 由功的守恒知鏟斗油缸推力所做的功W3 應(yīng)該等于鏟斗挖掘阻力所做的功W3J ： W3 = W3J L3min = 0.781(m) 則L3max =λ3 L3min =1.25(m)

48、 （2-35） 剩余未選定的基本尺寸大部分為連桿機(jī)構(gòu)尺寸，其應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件： 挖掘力的要求：鏟斗油缸的挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，當(dāng)斗齒尖處于V1時(shí)，斗桿油缸的理論挖掘力應(yīng)不低于最大挖掘阻力的80% [1，79-80]。 即PD0≥80% PD0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置時(shí)∠V1QV應(yīng)為30°幾何相容。保證△GFN、△GHN、□HNQK在l3的任意一行程下都不被破壞。 在保證以上兩個(gè)條件，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和同斗容的其它機(jī)型的測(cè)繪對(duì)照，初步選定剩余的基本尺寸如下： MK = 0.6(m)； MN = 0.64(m)；

49、NQ = 0.4(m)； FN = l2-NQ = 2.6（m）； GF = 0.8(m)； 由預(yù)選∠GFN = 60° 則 GN2 = FN2 + GF2 – 2×COS∠GFN×FN×GF （2-36） GN = 1.3(m) 至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定 2.3特殊工作尺寸 做方案設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮滿足對(duì)特殊工作尺寸的要求，如果最大挖掘深度，最大挖掘半徑，停機(jī)面最大挖掘半徑，最大卸載高度等等。這些特殊工作尺寸計(jì)算式如下 2.3.1最大挖掘深度 當(dāng)下置式動(dòng)臂液壓缸全縮或者懸掛式動(dòng)臂液壓缸全伸，F(xiàn)QV三

50、點(diǎn)同直線并處于垂直狀態(tài)下得到最大挖掘深度如圖2-19所示 25圖2-19最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖 H1max=Yvmin=YFmin－l2－l3 （2-37） 這時(shí)Xv=XF。YFmin可由上式求得。取L1=L1min 代入數(shù)據(jù)得出H1max=5.931m 2.3.2最大卸載高度（圖2-20） 當(dāng)下置式動(dòng)臂液壓缸全伸或者懸掛式動(dòng)臂液壓缸全縮，斗桿液壓缸全縮，QV 連線處于垂直狀態(tài)下時(shí)可以求得最大卸載高度。 26圖2-20最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖 α37=∠CFN－∠QFN－(3.1416－∠FCU)=

51、α21+α32－α8－3.1416 （2-38） 因此Q點(diǎn)坐標(biāo)為 XQ=XF+L2×cosα37 （2-39） YQ=YF+L2×sinα37 （2-40） 式中XF 和YF，這時(shí)取L=L1max，V點(diǎn)的坐標(biāo)值 XV=XQ YV=YVmax=YQ－L3 YV就是最大卸載高度Hmax 代入數(shù)據(jù)得出Hmax=3.95m 2.3.3最大挖掘半徑（圖2-21）當(dāng)斗桿油缸全縮，F(xiàn)QV三點(diǎn)同一直線，而且=0時(shí)可 以得到停機(jī)面最大挖掘半徑， 27圖2-21最大

52、挖掘半徑及停機(jī)面最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖 當(dāng)斗桿液壓缸全縮，轉(zhuǎn)斗液壓缸全縮，CV水平時(shí)得到最大挖掘半徑此時(shí) XV=R1max=Xc+l40=l30+l40 （2-41） YV=YC R1max就是最大挖掘半徑 代入數(shù)據(jù)算出R1max=5.21m 2.3.4停機(jī)面最大挖掘半徑（圖2-21） 當(dāng)斗桿液壓缸、轉(zhuǎn)斗液壓缸處于最大挖掘半徑狀態(tài)面鏟斗斗齒尖V靠在停機(jī)面上得到停機(jī)面最大挖掘半徑，此時(shí) R0max=XV= （2-42） 代入數(shù)據(jù)得出R0max=4.52(m) 2.4挖掘力的計(jì)算 反鏟裝置挖掘

53、力可按以下情況分為工作油缸的理論挖掘力、整機(jī)的理論挖掘力。 2.4.1工作油缸的理論挖掘力 反鏟裝置主要采用鏟斗油缸進(jìn)行挖掘。假定不考慮以下因素：工作裝置自重和土重；液壓系統(tǒng)和連桿機(jī)構(gòu)效率；工作油缸的背壓。 鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸的理論挖掘力： （t） （2-43） 式中，鏟斗油缸大腔作用面積：F3 =F1=122.656cm2 鏟斗油缸的理論推力： （2-44） 液壓系統(tǒng)工作壓力：p=250kg/cm 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比：。 對(duì)于反鏟裝置動(dòng)臂油缸的理論挖掘力一般不予考慮。 2.4.2整機(jī)的理論挖掘力

54、假定挖掘力的方向?yàn)槎俘X運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向，如圖工況為鏟斗油缸挖掘，鏟斗油缸主動(dòng)作用產(chǎn)生的挖掘力為 POD，大小已知。- 可得到整機(jī)的理論挖掘力 （2-45） 式中，鏟斗加土和連桿機(jī)構(gòu)自重對(duì)Q點(diǎn)的作用力矩： P03能克服的最大挖掘阻力W03大小與P03相等，方向相反，即： ==15.477t 在作用下斗桿油缸受壓，動(dòng)臂油缸受拉。設(shè)動(dòng)臂油缸不被拉長(zhǎng)的條件所限制的挖掘阻力為W01。取整個(gè)工作裝置為隔離體，列出對(duì)C點(diǎn)的力矩平衡方程式： (引用單斗液壓挖掘機(jī)) 式中，Gi——各裝置的大?。╰）； ——?jiǎng)颖塾透讓?duì)C點(diǎn)的作用力臂（m）； —

55、—W01對(duì)C點(diǎn)的作用力臂（m）； ——各裝置作用力臂（m）。 可得： （2-46） 同理： =9.801 t 式中，——對(duì)F點(diǎn)的作用力臂（m）； ——各裝置對(duì)F點(diǎn)的力矩(t*m)； ——斗桿油缸對(duì)F點(diǎn)的作用力臂（m）。 取整機(jī)為隔離體，列出對(duì)傾翻支點(diǎn)I的力矩平衡方程式，得整機(jī)穩(wěn)定條件所允許的挖掘阻力最大值： （2-47） 式中，rIW——W06對(duì)I點(diǎn)的作用力臂（m）； ——工作裝置總重（T）； rIG——GG對(duì)I點(diǎn)的作用力臂（t）； GS——機(jī)體重量（t）； rS——GS對(duì)I點(diǎn)

56、的作用力臂（m）。 附著條件所限制的挖掘阻力值可由整機(jī)受力的坐標(biāo)投影平衡方程求得： （2-48） 式中，——整機(jī)重量（t）； ——行走裝置與地面附著系數(shù)； ——挖掘阻力的水平傾角，取為20°。 綜上所述，只有在主動(dòng)油缸產(chǎn)生的挖掘力同時(shí)滿足下列條件才可能實(shí)現(xiàn)： 動(dòng)臂油缸閉鎖條件 斗桿油缸閉鎖條件 整機(jī)與地面附著條件 整機(jī)穩(wěn)定條件 第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)國(guó)家公稱壓力及流量系列, 選用系統(tǒng)壓力為250Kg/cm2。已計(jì)算系統(tǒng)流量為2×1升/分。

57、 3.1 元件選擇 一、油缸的選擇 動(dòng)臂油缸、鏟斗和斗桿油缸均為單缸，缸徑均為125mm。 二、油泵的選擇 油泵功率：=63.13 （馬力） （3-1） 式中，——油泵的最大工作壓力（Kg/cm2）； ——油泵的流量（L/min）； ——油泵的總效率，取為0.88； R——變量系數(shù)，取為2.5。 查相關(guān)資料，主油泵采用埋油斜軸式軸向柱塞雙向變量泵, 參數(shù)如下： 4表3-1主油泵相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 公稱排量 mL/r 額定壓力 Mpa 額定轉(zhuǎn)速r/min ZB-125,125EV 125 25 2200 控制油路采用齒輪泵CB

58、-B20,參數(shù)如下： 5表3-2齒輪泵CB-B20相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 公稱排量mL/r 額定壓力MPa 額定轉(zhuǎn)速r/min 驅(qū)動(dòng)功率KW 重量Kg 容積效率 CB-B20 20 2.5 1450 1.02 5.4 >90 三、馬達(dá)的選擇 回轉(zhuǎn)馬達(dá)和行走馬達(dá)（在上述設(shè)計(jì)中已選定）型號(hào)均為GQM16-1600。 四、發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 由于變量系統(tǒng)油泵經(jīng)常在滿載或超載情況下工作，功率利用系數(shù)比較高，為了保證功率儲(chǔ)備，同時(shí)考慮到輔助設(shè)備的動(dòng)力消耗，取發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 78.91 （馬力）(1馬力等于0.7457122KW) （3-2） 查相關(guān)資料

59、，采用4120F型電動(dòng)機(jī)。 五、主油管管徑的計(jì)算 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)主油管路的油液流速取為8m/s。 =1.8 cm （3-3） 六、油箱容量的計(jì)算 油箱為開(kāi)式，容量取為油泵總流量的1.5倍。 =3.75 L （3-4） 3.2 系統(tǒng)分析 由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓油泵,向工作裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置的執(zhí)行元件輸送液壓油。工作裝置包括動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，分別由液壓缸驅(qū)動(dòng)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。其工作循環(huán)是：以鏟斗切削土壤，裝滿后提升，回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置，開(kāi)始下一次作業(yè)。 液壓系統(tǒng)

60、為雙泵雙回路液壓系統(tǒng)。根據(jù)挖掘機(jī)的作業(yè)要求，各個(gè)動(dòng)作的符合大小和動(dòng)作配合，將執(zhí)行元件合理分組是設(shè)計(jì)雙泵雙回路系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。例如履帶式液壓挖掘機(jī)的左、右履帶要求有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)，以保證機(jī)械能夠克服左、右履帶的不同阻力，基本上實(shí)現(xiàn)直線行走、轉(zhuǎn)向和原地轉(zhuǎn)彎。又如，挖掘作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和滿斗動(dòng)臂提升需要同時(shí)進(jìn)行，也有希望有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)。 單斗液壓挖掘機(jī)有六個(gè)主要執(zhí)行元件，即動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)和兩個(gè)行走馬達(dá)，通常按三、三分組，即每三個(gè)元件構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立回路。 如圖所示為3-1雙泵雙回路液壓系統(tǒng)圖 28圖3-1雙泵雙回路液壓系統(tǒng)圖 如圖3-1所示泵1和泵2各自構(gòu)成并聯(lián)回路，

61、兩個(gè)主回路有一條共同的回油回路 第一回路：左行走馬達(dá)，回轉(zhuǎn)馬達(dá)，鏟斗液壓缸 第二回路：右行走馬達(dá)，動(dòng)臂油缸，斗桿液壓缸 二、同步操作 當(dāng)兩主泵分別供油時(shí)，整個(gè)液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)同步操作：回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂、斗桿同步；鏟斗分別與動(dòng)臂、斗桿同步。 三、輔助元件 回路中均設(shè)有過(guò)載安全閥和單向補(bǔ)油閥。主油路進(jìn)油路上均設(shè)有單向閥保壓和防倒流。液壓油回油箱油路上設(shè)有冷油用的冷油器，以及防止油路堵塞的全流量濾清器。 結(jié)論與展望 這次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，雖然挖掘機(jī)很常見(jiàn)但我一直沒(méi)對(duì)它在意，

62、甚至連它上面的部件名稱我都不知道，在拿到題目時(shí)我感覺(jué)一片茫然不知所措，開(kāi)始找的資料有些太深?yuàn)W我根本就看不懂，感覺(jué)大腦一片混亂，我才知道自己的水平處于什么位置。但我不灰心一邊看不懂就看兩遍不行再看，慢慢的就清晰了。 這次設(shè)計(jì)綜合了大學(xué)四年的大多課程具有很強(qiáng)的綜合性，這些天我把相關(guān)課程又系統(tǒng)復(fù)習(xí)了一遍，感覺(jué)這些課程學(xué)得再好也未必就能做好畢業(yè)設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就是各個(gè)尺寸的確定，其中一些是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得來(lái)的比較可靠。在作圖過(guò)程中我往周邊工地上跑了好幾次看看挖掘機(jī)工作裝置的構(gòu)造，它們的結(jié)構(gòu)形狀，盡管如此有些內(nèi)部結(jié)構(gòu)也看不到，所以在設(shè)計(jì)圖中有些結(jié)構(gòu)不完美。 這次設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，計(jì)算量很大，花費(fèi)時(shí)間多

63、，沒(méi)有一本書(shū)能把所有重點(diǎn)內(nèi)容包括在內(nèi)，我就想是否可以開(kāi)發(fā)一種軟件，直接告訴它工作要求，它便能很快生成符合要求的最佳產(chǎn)品，大大減少設(shè)計(jì)時(shí)間，極大提高了生產(chǎn)率，我不知道這是否算瞎想，只是希望將來(lái)能有這樣一種大型軟件誕生。我覺(jué)得現(xiàn)在挖掘機(jī)還不夠完美，如果能找到一種新型超輕材料代替動(dòng)臂、斗桿、鏟斗，機(jī)身重一點(diǎn)那么它的挖掘能力定會(huì)大大提高。只是自己現(xiàn)在做不到，希望自己將來(lái)能在這些方面做一點(diǎn)貢獻(xiàn)。 這次設(shè)計(jì)為我繼續(xù)讀研究生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多知識(shí)，第一次完全獨(dú)立的完成設(shè)計(jì)，沒(méi)有模板，沒(méi)有同學(xué)討論，有問(wèn)題只能問(wèn)老師或者上網(wǎng)搜。我喜歡畢業(yè)設(shè)計(jì)，它特別能鍛煉人多方面的能力，我喜歡這種

64、感覺(jué)，但我知道自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)做的不夠好，當(dāng)中還是存在諸多問(wèn)題的，并且這次設(shè)計(jì)還是在借鑒前人基礎(chǔ)上的，我覺(jué)得自己還差得很遠(yuǎn)。但這也讓我更加認(rèn)識(shí)自己的不足之處，成為我今后努力奮斗的動(dòng)力。以后我將更加努力學(xué)習(xí)使自己的專(zhuān)業(yè)水平能不斷提高，將來(lái)能夠做一名好的機(jī)械設(shè)計(jì)人員，為我們的國(guó)家貢獻(xiàn)自己的一份力量。 參考文獻(xiàn) [1]同濟(jì)大學(xué),太原重型機(jī)械學(xué)院等編著. 單斗液壓挖掘機(jī)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1983:P59-111 [2]高衡,張全根. 液壓挖掘機(jī)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1981:P45-66 [3]顏榮慶，李自光,賀尚紅

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