EX400型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

EX400型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),EX400型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),ex400,液壓,挖掘機(jī),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 機(jī)制1203班 學(xué)生：馮冠軍 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： EX400型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括液壓挖掘機(jī)的組成和工作原理分析，機(jī)械部分的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，工況參數(shù)計(jì)算，液壓原理圖設(shè)計(jì)，液壓元件選擇，液壓缸機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算，液壓系統(tǒng)仿真等。主要技術(shù)參數(shù)：鏟斗容量1m3，發(fā)動(dòng)機(jī)功率110KW，系統(tǒng)壓力28MPa。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分： （1）EX400型液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析。 （2）挖掘機(jī)工況參數(shù)計(jì)算，液壓原理圖設(shè)計(jì)。 （3）液壓元件選擇。 （4）液壓缸機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （5）液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算。 （6）液壓系統(tǒng)仿真和動(dòng)態(tài)性能分析。 起止時(shí)間：2016.2.29~2016.6.17 指導(dǎo)教師： 王志成 簽字 2015年12月4日 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： EX400型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 1203 學(xué)生姓名： 馮冠軍 指導(dǎo)教師： 王志成 論文提交日期： 2016 年 5 月 28日 論文答辯日期： 年 月 日 摘要 本次設(shè)計(jì)的主要履內(nèi)容是挖掘機(jī)主要零件及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過與 其它類型挖掘機(jī)的分析比較，次種挖掘機(jī)的通用性好，應(yīng)用廣泛，當(dāng)進(jìn) 入松軟或沼澤地段作業(yè)時(shí)，可以通過改變其寬度和長度以及浮式履帶的 方式來降低接地比壓。 液壓式的挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速并且具有較大的調(diào)速范圍，即使快速 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能保持較低且穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，采用的液壓元件可以提高性能，實(shí) 現(xiàn)平穩(wěn)的傳動(dòng)，此外它容易操作。本次設(shè)計(jì)的是中小型液壓挖掘機(jī)，其 是斗容量 0.2m3,主要設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作裝置、液壓傳動(dòng)原理。 設(shè)計(jì)時(shí)，選用了履帶式行走裝置，來滿足其作業(yè)要求。上部轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè) 定成全回轉(zhuǎn)式，所以它可以實(shí)現(xiàn)大范圍的作業(yè)。同時(shí)采用的液壓傳動(dòng)控 制改善了其作業(yè)的整體 性能。同機(jī)械式挖掘機(jī)比較，它的工作效率提 高了 23 倍，整機(jī)的質(zhì)量大約為 5 噸，最大卸載高度約為 2.65m，挖 掘力約為 30kN，最大挖掘半徑約為 5.728m，最大挖掘深度 4.2m。通過 上述參數(shù)，該機(jī)的整體性能得到了很大的提高，機(jī)重減輕的同時(shí)，其作 業(yè)效率較高，傳動(dòng)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)更合理可靠。此外，以結(jié)構(gòu)推理為 依據(jù)，對(duì)機(jī)器的工作裝置進(jìn)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)和創(chuàng)新。 關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)；挖掘機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng) Abstract This designed topic is the marching hydraulic excavator excavational with other types excavators, this kind of type excavator used very universal that because has good through theperformance, also may use to lengthens widens as well as the floating type caterpillar band to reduce pressure for the soft ground or the bogregion. The hydraulic excavator main characteristic is: not only can adjust s the stepless speed but also can adjust scope very big, can obtain a lower stable rotational speed, when action quickly, the hydraulic parts produce inertia small, accelerational theperformance good,and may make the high speed reverse, the transmission steady,structure simple, may absorb attacks and vibrates, the operation reduces effort, and to be easy to realize the automated control, is easy to realize the standardization, the seriation, the universalization. This designed main parameter is scoop capacity 0.2m3, it is long to the middle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator， s the work installment and the hydraulic transmission principle. In the design, used marching walked the installment to satisfied request. Upside the turnplate is the entire rotation , thereof it may work in a greater scope. And further because uses the hydraulicsteering to enable the entire machine performance to improve. Compared with the mechanical type excavator, its excavation strength enhance to 2 3 times, the entire machine weight approximately is 5 tons,the excavation strength approximately is 30kN, the biggest unloading high approximately is 2.65m, biggest digging depth is 4.2m, the biggest excavation radius approximately is 5.728m, thus can see the entire machine work ability to have the very big improvement, not only excavation strength big, but also machine weight light, transmission steadyly, work efficiency is high, the structure is compact. Moreover, but also proposes to the excavator work installment based on the structure inference organization plan innovation design method. Keywords： Hydraulic excavator Excavation organization Hydraulic system 目 錄 第一章 引 言 .1 1.1 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 .1 1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 .2 1.3 本次設(shè)計(jì)概述 .3 1.4 反鏟裝置的工作原理 .3 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 .5 2.1 工作裝置設(shè)計(jì)方案原則 .5 2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體） .5 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) .7 3.1 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 .7 3.2 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置 .9 3.3 動(dòng)臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 .11 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .23 4.1 確定液壓系統(tǒng)類型 .23 4.2 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇 .23 4.3 液壓系統(tǒng)初步計(jì)算 .29 第五章 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 .35 5.1 斗桿的計(jì)算 .35 5.2 動(dòng)臂的計(jì)算 .42 結(jié)論 .44 參考文獻(xiàn) .46 致 謝 .47 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 0 第一章 引 言 以機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)作為基礎(chǔ)，液壓挖掘機(jī)逐漸發(fā)展起來。其作業(yè)主要是通過鏟斗 的切削刃將土壤切碎并且裝進(jìn)鏟斗，裝滿后通過鏟斗的提升和回轉(zhuǎn)作用，降到卸土 位置，鏟斗內(nèi)的土卸空后，將回到原始位置進(jìn)行下一次作業(yè)。所以，挖掘機(jī)一種不 斷完成周期性作業(yè)的土方機(jī)械。 液壓挖掘機(jī)的用途基本和機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相同，主要被應(yīng)用在建筑工程中、水利施 工中、鐵路與公路建設(shè)、軍事工程中等，它在土石方施工中發(fā)揮了越來越重要的作 用，已經(jīng)成為了不可替代的重要機(jī)械設(shè)備。液壓挖掘機(jī)可以使工人從繁重的體力勞 動(dòng)中解放出來，加快了施工的機(jī)械化發(fā)展，有利于推動(dòng)我國各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展， 已經(jīng)成為了工程機(jī)械的重要組成部分。據(jù)相關(guān)資料表明，一臺(tái)液壓挖掘機(jī)完成的工 作量相當(dāng)于 300400 個(gè)作業(yè)量。可見，液壓挖掘機(jī)不但提高了生產(chǎn)率，也推動(dòng)國民 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)我國的整體發(fā)展具有重要意義。 1.1 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 1.1.1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)在動(dòng)力裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，即憑借液體的壓力完成作業(yè)。 液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并且具有較大的調(diào)速范圍。獲得較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速當(dāng)處于快速 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使用的液壓元件運(yùn)動(dòng)慣性小，便于加速，可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。傳動(dòng)平穩(wěn)， 結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、 系列化、通用化。 根據(jù)上述液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，液壓挖掘機(jī)具有下列主要特點(diǎn)： （1）提高了機(jī)器的挖掘力和牽引力，挖掘機(jī)的工作性能呢個(gè)得到極大的改善，其工 作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)合理緊湊，具有較高的作業(yè)效率。 （2）選用的液壓系統(tǒng)有效的防止產(chǎn)生過載，操作方便省力，工作安全可靠 (3)可以很容易的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)元件的最佳匹配，節(jié)約能源，對(duì)整體工作 進(jìn)行監(jiān)控和及時(shí)的故障診斷。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 1 (4)液壓元件具有較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，降低生 產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。 1.2.1 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)品種很多，對(duì)其類型的劃分有很多種方法。 據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)類型劃分。 按照液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)形式，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓（或稱半液壓） 傳動(dòng)兩種。 據(jù)行走機(jī)構(gòu)劃分 按照行走時(shí)所選機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式 及拖式。在這幾種方式里，應(yīng)用最多的是履帶式液壓挖掘機(jī)，此種挖掘機(jī)可以通過 任何路面，同土壤間的附著力充足，即使在土質(zhì)松軟或沼澤地帶仍可以采用加寬履 帶的方法來降低接地比壓。輪胎式液壓挖掘機(jī)具有較好的機(jī)動(dòng)性能，并且作業(yè)速度 快，可行走在多種路面。懸掛式液壓挖掘機(jī)可以隨時(shí)裝拆，價(jià)格較低，將其與輪胎 式或履帶式拖拉機(jī)連接，成功的實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。汽車式液壓挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn) 的汽車底盤，速度快，機(jī)動(dòng)性好。拖式液壓挖掘機(jī)依靠拖拉機(jī)的牽引行走，自身沒 有固定的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 據(jù)工作裝置劃分 按照設(shè)計(jì)時(shí)工作裝置的結(jié)構(gòu)不同，有鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。應(yīng)用較為廣泛的是 鉸接式，此種挖掘機(jī)主要通過各構(gòu)件圍繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)。伸縮臂式挖掘機(jī)多被 應(yīng)用在平整和清理作業(yè)，尤其是進(jìn)行修整溝坡。 1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 挖掘機(jī)械最早被應(yīng)用于河道，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展。1796 年，英國人首次研究出蒸汽 “挖泥鏟” ，它可以模擬人的動(dòng)作進(jìn)行挖土作業(yè)。835 年，美國研究的“動(dòng)力鏟”應(yīng) 用在修筑鐵路，它也是現(xiàn)代挖掘機(jī)的起源，發(fā)展至今已有 170 對(duì)年。1950 年，在德 國人的研究下，首臺(tái)全液壓挖掘機(jī)由此產(chǎn)生。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，越來越多的新 技術(shù)和新材料都被不斷的應(yīng)用在挖掘機(jī)的研究上，特別是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng) 用提高了作業(yè)效率和工作的安全性和可靠性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 2 1.2.1 國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢(shì) 很多國外的工業(yè)發(fā)達(dá)的國家對(duì)液壓挖掘機(jī)的研究比較早，其技術(shù)先進(jìn)而且生產(chǎn)線完 善。美國、德國和日本的發(fā)展尤為迅速，已經(jīng)占有很大的市場(chǎng)，也是主要生產(chǎn)國。 20 世紀(jì)后期，國外的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)沿著大型化、微型化發(fā)展，產(chǎn)品的性能也越來 越好，不但自動(dòng)化和智能化水平高，而且又高效節(jié)能。 1.1.2 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 我國對(duì)的研究起始于 1967 年，并且成功的研究出 WY100、W460、WY60 等多種 挖掘機(jī)。20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，我國成功的研制出 WY160 和 WY250 等產(chǎn) 品。1994 年開始，一大批中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)企業(yè)先后建立，液壓產(chǎn)品的生 產(chǎn)也越來越先進(jìn)。近些年，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)液壓挖掘機(jī)的需求也越來越大， 已經(jīng)形成了挖掘機(jī)市場(chǎng)，但是這些多被合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷，而我國國內(nèi)的 液壓挖掘機(jī)研究比較落后，同國外存在很大的差距。為了提高我國 的挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)水 平，必須要不斷呢的創(chuàng)新和學(xué)習(xí)，掌握先進(jìn)的制造技術(shù)，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭力，爭取 使我國立于不敗之地。 1.3 本次設(shè)計(jì)概述 本次設(shè)計(jì)斗容量為 0.2m3,全液壓履帶式挖掘機(jī)型號(hào)為 WY20 型，全液壓驅(qū)動(dòng)，挖 級(jí)以下土壤。 1.4 反鏟裝置的工作原理 液壓反鏟工作裝置如圖 11 所示主要包括鏟斗液壓缸 5、動(dòng)臂 1、動(dòng)臂液壓缸 2、 鏟斗 6、斗桿液壓缸 3、斗桿 4、連桿 7 和搖桿 8 等部分。各個(gè)部件間通過鉸接的方 式連接，調(diào)整液壓缸的工作行程完成作業(yè)中不同的動(dòng)作。 動(dòng)臂 1 的下鉸點(diǎn)通過鉸接的方式與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，動(dòng)臂依靠液壓缸 2 支撐，動(dòng)臂傾 角可通過調(diào)節(jié)動(dòng)臂液壓缸的行程來改變，控制動(dòng)臂的升起和降落。斗桿 4 通過鉸接 的方式固定在動(dòng)臂的上端，并且可以圍繞著鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過液壓缸 5 調(diào)整斗桿與動(dòng) 臂之間的轉(zhuǎn)角，鏟斗 6 與斗桿 4 的末端鉸接，控制鏟斗液壓缸 5 伸縮實(shí)現(xiàn)鏟斗繞鉸 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 3 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且通過連桿機(jī)構(gòu)將其與鏟斗連接。設(shè)計(jì)的反鏟工作裝置可以挖掘地面下 土壤，如溝壕、基坑等，通過液壓缸的運(yùn)動(dòng)來控制挖掘作業(yè)的軌跡。反鏟裝置的工 作如下：首先，動(dòng)臂被放置于挖掘的工作位置然后斗桿及鏟斗隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)鏟斗裝 滿時(shí)，通過動(dòng)臂的升起鏟斗脫離土壤，邊升起邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，此時(shí)土壤由轉(zhuǎn)斗 卸下，再回轉(zhuǎn)至工作的初始位置準(zhǔn)備下一次的循環(huán)作業(yè)。挖掘的工作位置通過調(diào)整 動(dòng)臂液壓缸進(jìn)行調(diào)整，通常情況不單獨(dú)進(jìn)行挖掘作業(yè)。斗桿挖掘的挖掘行程大，但 是挖掘力相對(duì)較??；轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較小，需要有足夠的挖掘力才能完成厚度較大 的土壤的挖掘作業(yè)，保證轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束后鏟斗內(nèi)裝滿，鏟斗液壓缸與挖掘力的大小 密切相關(guān)。 圖 11 整體式彎動(dòng)臂 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 工作裝置設(shè)計(jì)方案原則 設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求： 工作尺寸和作業(yè)范圍符合使用要求。 挖掘力的大小完全能夠達(dá)到使用要求，并具有一定的優(yōu)越性。 工作效率盡可能高，作業(yè)時(shí)間盡量短。 鉸點(diǎn)布置、選擇結(jié)構(gòu)和截面尺寸形狀時(shí)盡量保證受力狀況好，在滿足強(qiáng)度和剛 度的條件下，自身重量盡量輕。 具有良好的通用性 運(yùn)輸和停放便利，行走穩(wěn)定，保證安全可靠，盡量保證液壓缸卸載或減載。 作裝置液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化。 裝拆和維修方便，特別是易損件的更替方便。 要采取合理措施來滿足特殊使用要求。 2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體） 2.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)要求 完成各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，機(jī)器的阻力與作業(yè)速度不斷改變。所以，液壓缸和液壓馬 達(dá)的壓力和流量應(yīng)能隨之變化。 為了提高作業(yè)效率，減少作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作時(shí)的復(fù)合動(dòng)作由液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) 2.2.2 對(duì)液壓系統(tǒng)作業(yè)動(dòng)作要求 挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗既可以單獨(dú)作業(yè)，也可以通過配合作用實(shí)現(xiàn)復(fù)合作業(yè) 保證工作裝置的動(dòng)作與回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作既能單獨(dú)動(dòng)作，又能作復(fù)合動(dòng)作，以 提高液壓挖掘機(jī)的作業(yè)效率。 左、右履帶各自驅(qū)動(dòng)，可以靈活行走，原地可以轉(zhuǎn)動(dòng)，增加挖掘機(jī)的機(jī)動(dòng)性。 3 各機(jī)構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)采取防護(hù)措施，被妥善保護(hù)。 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3.對(duì)液壓系統(tǒng)基本的要求 保證有足夠的可靠性。 冷卻散熱系統(tǒng)要盡量靈活耐用，降低系統(tǒng)總發(fā)熱量，維持系統(tǒng)工作的溫度在合 理范圍內(nèi) 液壓系統(tǒng)具有良好的密封性，安裝濾油器和防塵裝置。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 6 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 3.1 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 3.1.1 確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 動(dòng)臂是作業(yè)的主要構(gòu)件，主要包括整體式和組合式 直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡單、輕便、設(shè)計(jì)合理緊湊，多用在懸掛式挖掘機(jī),如圖 31 所示。 圖 3-1 整體式直動(dòng)臂 本次設(shè)計(jì)作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動(dòng)臂。 3.1.2 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式 斗桿的設(shè)計(jì)包括整體式和合式兩種，設(shè)計(jì)挖掘機(jī)選用整體式斗桿，可以通過更 換斗桿或者安裝有鉸接孔來調(diào)整斗桿長度。 3.1.3 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu) （1）確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 選定合適的鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)可以有效的提高挖掘機(jī)的作業(yè)效果。鏟斗的作業(yè)條 件和作業(yè)對(duì)象復(fù)雜，很那選擇一個(gè)鏟斗完成所有的作業(yè)。為了應(yīng)對(duì)不同的作業(yè)狀況， 并且最大程度的提高工作效率，一般安裝不同容量的鏟斗在反鏟裝置。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 7 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀滿足的使用要求如下： a物料可以再鏟斗內(nèi)自由流動(dòng)，盡量避免在其內(nèi)壁設(shè)有橫向凸緣、棱角等。 b物料可以卸干凈。 表 3-1 反鏟斗對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 作業(yè)條件 鏟斗 編號(hào) 鏟斗充滿 時(shí)間 （s） 生產(chǎn)率 （10kN/h） 效率 （%） 在頁巖中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 19.05 40.6 42.6 22.68 100 53.3 在砂中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 5.9 6.3 163.5 152.7 100 93.3 c鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于 4：1，保證鏟斗的物料不輕易掉出。 d通過安裝斗齒的方式加大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘線比壓，能夠?qū)⒆枇^大的 物料切碎。 （2）確定斗齒安裝方式 當(dāng)前，主要有兩種斗齒的安裝方法。當(dāng)斗容量 0.6m3 時(shí)多采用螺栓連接（圖q 32a） ，斗容量 0.6m3 時(shí)時(shí)多采用橡膠卡銷結(jié)構(gòu)（圖 32b） 。q 本文設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)斗容量為 0.2 m3，因此采用螺栓連接的方式進(jìn)行斗齒的安裝 . 4.鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 鏟斗與鏟斗液壓缸主要有三種不同的連接形式，分別是：圖 33a 為直接連接，鏟 斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu)。圖 33b 中鏟斗液壓缸通過搖桿 1 和連桿 2 與鏟斗相連，它們與斗桿一起 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 8 圖 32 斗齒安裝方式 組成六連桿機(jī)構(gòu)。圖 33c 液壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。本設(shè)計(jì)中選用圖 33b 的連接方式。 3.2 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式如圖 3-3 所示。 圖 3-3 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 3.2.1 動(dòng)臂油缸的布置 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，常見的有兩種具體布 置方式。油缸前傾布置方案，如圖 34 所示；油缸后傾布置方案，如圖 35 所示。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 9 圖 3-4 動(dòng)臂油缸前傾布置方案 圖 3-5 動(dòng)臂油缸后傾布置方案 最終本設(shè)計(jì)采用動(dòng)臂油缸前傾布置方案。 3.2.2 斗桿油缸的布置 確定斗桿油缸鉸點(diǎn)、行程及斗桿力臂比時(shí)應(yīng)該考慮下列因素。 保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。保證斗桿的擺角范圍。鉸點(diǎn)位置的需要 經(jīng)過反復(fù)計(jì)算確定，若發(fā)現(xiàn)不合理，應(yīng)作出適當(dāng)?shù)男薷摹?3.2.3 鏟斗油缸的布置 確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)應(yīng)考慮以下因素。 保證轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力。 保證鏟斗的擺角范圍。 鏟斗從位置到位置時(shí)（圖36） ，鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 10 齒最大切削角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時(shí)，正好斗齒挖掘力也最大。實(shí) 際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。 圖3-6 鏟斗擺角范圍 3.3 動(dòng)臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 3.3.1 反鏟裝置總體方案的選擇 反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面： (1)動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸的布置：確定采用整體式動(dòng)臂，動(dòng)臂液壓缸的布置為下置 式。 (2)斗桿及斗桿液壓缸的布置：確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的 組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點(diǎn)調(diào)節(jié)。前面已確定采用整體式斗桿。 (3)確定動(dòng)臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù) = 。1K2l 一般當(dāng) 2 時(shí)， （有反鏟取 3）稱為長動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng) 1.5 葉屬于短1K1K1K 動(dòng)臂長斗桿方案。 在 1.52 之間稱為中間比例方案。本設(shè)計(jì)采用中間比例方案,1 取 1.8。1 (4)確定配套鏟斗的種類、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比是否 需要調(diào)節(jié) (5)根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求 等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比 。一般取 1.61.7，特1 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 11 殊情況時(shí)，動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取 1.75，而取1 1.61.7， 1.61.7。23 3.3.2 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù) 圖 3-7 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡圖 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算圖式及有關(guān)符號(hào)于圖 3-7 所示。反鏟機(jī)構(gòu)具體參 數(shù)見表 3-2。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 12 表 3-2 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)表 機(jī)構(gòu)組成 鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 機(jī)體參數(shù)分類 符號(hào)意義 原始參數(shù) l3=QV,l12=MH, l13=MN,l14=HN, l24=QK,l25=KV, l29=KH l2=FQ,l9=EF, l10=FG,l11=E G l15=GN,l16=F N 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) 9 NMH 10 KQV 4 EFG 5 GNF 6 GFN 7 NQF 8 NFQ 2 BCF 3 DFC 11 CAP 9 TCP K2= ,l39 K2= ,l341 1 CZF = 57l特性參數(shù) K2= ,l34 K1= 2l 11 備注 L2斗桿長 l1動(dòng)臂長 1動(dòng)臂彎角 懸掛式 11 ACU 各液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù)的意義見表 33。 表 33 工作液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù)表 參 數(shù) 意 義瞬 時(shí) 力 臂瞬 時(shí) 長 度 全 縮 力 臂全 縮 長 度 全 縮 力 臂全 伸 長 度 特性參數(shù)液壓缸種類 參 數(shù) 符 號(hào) 動(dòng)臂液壓缸 1eL10mineLzeL1max= min1 axL 斗桿液壓缸 220 inz2ax= in2ax 鏟斗液壓缸 3e LzeL2minzeL3max = min3La 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 13 3.3.3 斗形參數(shù)的選擇 （1）鏟斗主要參數(shù)的選擇 進(jìn)行鏟斗設(shè)計(jì)時(shí)，主要有四個(gè)參數(shù)，分別是：斗容量 、平均斗寬 ，轉(zhuǎn)斗挖qB 掘半徑 和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角 （這里令 ） 。 、 及 三者與 之間有R2maxR2q 以下幾何關(guān)系（圖 38）. = (31)qSKB)2sin(21 其中： =0.2m3(已知)，鏟斗斗容量； R鏟斗挖掘半徑，單位 m； 鏟斗斗寬，根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范B 圍，取 0.75 m； 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取 90100，取 951.658rad222 把 、 、 代入式(31)得：q 0.2 0.75（1.658sin95）12RSK 解得： 0.803m 鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn) 與 的間距 （圖 37）太大將影響鏟斗傳動(dòng)特性，太小則影響KQ24l 鏟斗結(jié)構(gòu)剛度，一般取特性 = =0.30.38,取 0.34， =0.803m,得出k3l2k34lR =0.273m。當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時(shí) 取較小值，一般取 =95115，取24l 2 KQV10 =105。KQV 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 14 圖 3-8 鏟斗主參數(shù)示意圖 （2）斗形尺寸的計(jì)算 以鏟斗的主要參數(shù)為依據(jù)對(duì)斗形的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)結(jié)果 3-9。圖中三 角形 為等腰三角形， 段為直線， 弧段為拋物線。 點(diǎn)至直線 的距離OGEOABAEB 為 ，拋物線定點(diǎn)高度為 ，一般取 。斗尖角 取值范圍一般為 2030，HLHL 斗側(cè)壁角為 取 3050，包角 取 108。常見鏟斗斗形參數(shù)見表 3-1?？梢酝?過改變?nèi)切?的形狀進(jìn)而得到不同的形狀的斗形。 斗形尺寸根據(jù)比擬法 =0.75m(已知)、 =0.803m(已知), 得出：bDR =0.294m; =0.534m; =0.87;1x2x3x =0.7324m; =0.0706m;Rm =40; =23; =108 =0.56m.HL 圖 3-9 反鏟斗計(jì)算尺寸 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 15 （4）初選斗齒的幾何形狀 鏟斗的幾何形狀應(yīng)對(duì)挖掘比阻力達(dá)到最小值。鏟斗及切削時(shí)的主要參數(shù)，如圖 3-10 所示，圖中鏟斗容量 q、長度 L、寬度 B、高度 H、切削角 、刃角 和后角 等參數(shù)的選擇都對(duì)挖掘比阻力有直接影響。斗齒在鏟斗上的布置（齒寬和齒距） 也是一個(gè)重要參數(shù) 為使斗側(cè)壁不參與切削，鏟斗應(yīng)裝有側(cè)齒。 一般齒寬 0.11 =0.11 =0.064m;bq32.0 齒長 0.26 0.26 0.152m;l 齒距為： =(2.5 3.5) =(0.160.192)m, 取 =0.18maba 斗前臂與切削面的間隙取 =0.7 =0.0448mf 又由于鏟斗寬度 B=0.75m,齒寬與齒距之和為 0.064+0.18=0.244m = =3.07 因此鏟斗裝有 3 個(gè)齒。ba B24.075 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使齒尖銳利，反之會(huì)極大的增加挖掘時(shí)的阻力。新齒的齒尖設(shè)有小的 圓弧尖，當(dāng)不斷的工作后，會(huì)齒尖變鈍。當(dāng)作業(yè)對(duì)象為級(jí)土壤，齒尖會(huì)急劇 變鈍，其工作時(shí)的挖掘阻力會(huì)相應(yīng)的增加 50100%。因此為了減少超載挖掘的發(fā)生， 要及時(shí)的替換或在刃口部位焊接硬質(zhì)合金層。 斗齒做成楔入式或組合式，以便快速更換和修補(bǔ)。 切削阻力會(huì)很大程度受到切削角 的影響。通常，作業(yè)對(duì)象為級(jí)土壤時(shí)，設(shè) 定斗切削角為 2035，硬土作業(yè)時(shí)取較大值，普通土壤作業(yè)時(shí)取較小值。 一般取切削角為 30，本次設(shè)計(jì)取 30，后角 不應(yīng)小于 5，刃角值為 25。 圖 3-10 鏟斗的基本參數(shù) 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 16 3.4 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 本設(shè)計(jì)的鏟斗容量 0.2m 3,參照國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定機(jī)重q 5 噸。G 又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，參考表 1-3 機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表， 線尺 寸參數(shù): = m1Lik3 得出:最大挖掘半徑 =3.35 =5.728m；R135 最大挖掘深度 =2.05 =3.505m；Hax 最大卸載高度 1.55 =2.65m；m33 據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑 值一般與 + + 的和值很接近。因此由要求 ，R1l12l3 R1 已定的 和 可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選 、 ：3l1K （3-2）l213KLR =l2 其中： =5.728m； 1.8；11 經(jīng)計(jì)算得出： =1.759m；l2 = =1.81.759=3.166m1Kl2 在三角形 CZF 中， 、 和 都可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選出：3 其中： 動(dòng)臂的彎角，一般取值范圍在 120140，本次取 140；1 1l 前面已算出為 3.166m；1 動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長度比 ，通常取值 1.11.3，取 1.2；3KZCF3K3K 因此根據(jù)公式：可以算出 、 、41l239 41l 1321cosKl （3-3）2413l 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 17 arccos( )ZCF39142ll 圖 3-11 動(dòng)臂實(shí)際尺寸 經(jīng)計(jì)算得出： = =1.529m；ZC41lZF = =1.834m； 42l =17.939 根據(jù)不同的情況選取動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 ，專用反鏟可取4K 0.8；以反鏟為主的通用機(jī)， 0.81.1；斗容量 1m3左右的通用機(jī)，則可4K4K 取 1。本設(shè)計(jì)中取 1。4 的取值對(duì)特性參數(shù) 、最大挖掘深度 和最大挖高 有影響?；綡max1Hmax2 用作反鏟的小型機(jī)取 60。本設(shè)計(jì)中取 70。1 斗桿液壓缸全縮時(shí) = 最大（圖 312） ，常選CFQ832 =160180. 本設(shè)計(jì)中取（ ） 170。max832)( 82 max 圖 3-12 最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖BCZ 由液壓缸布置形式?jīng)Q定， （圖 2-11） ，動(dòng)臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能 為零。初定BCZ5，根據(jù)已知CZF22.1 ，解得BCF17.1。 由圖 3-12 得最大卸載高度的表達(dá)式為 +） 21max15Amax3 sin(siYHll 5B17.940ZF 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 18 3218max1a32 )80sin( ll （3-4） 由圖 3-13 得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為 AYlllH152min1123max1 si)si( （3-5） 將這兩式相加，消去 ，5 并令 ， + - ，得到：A12BA8ax32 - -A)max1ax3l1)sin(max1sin(mi1 + -1=0 （3-6）2l)i(a 又特性參數(shù)： （3-7）4Kmin1axs 因此 ii14axK = ) （3-8）cosmin1214maxsi( 將上式代入式（3-6）則得到一元函數(shù) f( )=0。式中 和 已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)axHmax1ax3 公式計(jì)算法求出， 經(jīng)計(jì)算得出： 29.6； 73.5min1max1 最后由式（3-5）求 為5l 5l （3-1ax1in123s)i(HYAA 9） 70sin50.36).9.(16.2. 0.638m （其中： =3.166m； 1.759m； 97.1） ；1l2lA 由于履帶總高0.32 0.547，近似取 =0.65m）35AY 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 19 圖 3-13 最大挖掘深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖 然后，解下面的聯(lián)立方程，可求 和 ： =arcos( )=arc( )min1572min12lLl21 =arcos( )=arc( ) （3-10）ax157 2ax12ll 2 于是： =min1L5l =x （3-axmin1L 11） =1in1 經(jīng)計(jì)算得出： 1.63； 0.67； =0.952m；miLmax1L 1.52m； =1.61m7l 得到的結(jié)果符合下列幾何條件： + =2.36 ； | - =0.961 3.5 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 第一步計(jì)算斗桿挖掘阻力： 通常取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角 =5080, 取 65，在這轉(zhuǎn)角過程中，gg 鏟斗被裝滿，這時(shí)半齒的實(shí)際行程為： rs601745. 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 20 其中： 斗桿挖掘時(shí)的切削半徑， ；6r 6rFV 取 1.7590.8032.562mmaxFV32l 根據(jù)下面的公式計(jì)算斗桿挖掘時(shí)的切土厚度 ：gh SgBKqhSgBKrq601745. 斗桿挖掘阻力為： (312)sgggrW6001. 式中 挖掘比阻力，由表 010 查得， 20（級(jí)土壤以下）0K0K 土壤松散系數(shù)近似值取 1.25。s 斗桿 與鏟斗 和 之間，為了滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟2l3lminFV 斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150180， 32in0cosll 0.866 80.759.1. 2minFV 計(jì)算得： 1.137mmin6rin 把 、 、 、 、 代入式 3-12 得0KqigsK 3max1 1025.6137.45.02gW2.48kN 第二步計(jì)算斗桿液壓缸的最大作用力臂。 m23max9max2)(PlleG 45.096.1387548.）（ 其中：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法得出 13.96kN2 斗桿液壓缸初始力臂 與最大力臂 之比是斗桿擺角 的余弦函數(shù)。設(shè)20emax2emax2 ,則 ze209 axmax20coslcsax2 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 21 由圖 313，取 ，求得ze20 1 sin2max9min2lL 1.203m16.5.2sin40 （其中斗桿擺角范圍大致在 105125，取 105）max2 )cos(9min292min8 lLlLl = ） 2105(45.0.03.12 =1.588m 3.6 連桿、搖臂參數(shù)的選擇 根據(jù)鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)的要求，選出可行的方案： 0.27m； 0.156m；QNMH 0.195m； 0.312m； 0.3mNMHKN 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 22 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)基本作業(yè)動(dòng)作，并且以手動(dòng)控制為主能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能所形成的液 壓系統(tǒng)成為液壓挖掘機(jī)的基本液壓系統(tǒng)。一套完善的液壓系統(tǒng)包括動(dòng)力元件、執(zhí)行 元件、控制元件、輔助元件和液壓油五部分。系統(tǒng)中的動(dòng)力元件即油泵，它的可以 將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液體的壓力能，以此為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。執(zhí)行元件 的功能是通過液體的壓力能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)負(fù)載完成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)?？刂圃氖菍?duì)液體的壓力、流量和方向起著控制和調(diào)節(jié)作用。輔助元件指的 油箱、濾油器、油管及管接頭等部件。液壓油主要是對(duì)液壓系統(tǒng)中能量進(jìn)行傳遞的 介質(zhì)。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和液壓元件選擇。 4.1 確定液壓系統(tǒng)類型 液壓系統(tǒng)有很多選擇類型，通常情況下根據(jù)主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回 路的數(shù)量進(jìn)行分類。通過定型產(chǎn)品的調(diào)查，本設(shè)計(jì)選擇雙泵單回路定量系統(tǒng)，此系 統(tǒng)符合了工況要求。 4.2 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇 4.2.1 系統(tǒng)主參數(shù)的確定 液壓系統(tǒng)的主參數(shù)包括系統(tǒng)工作壓力 ，流量 ，以及兩者的乘積，系統(tǒng)液壓pQ 功率 。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常首先確定工作壓力 ，流量 則根據(jù)各執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)yN 速度來確定。 工作壓力 取值時(shí)，需要考慮技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效益和制造可能性等三方面。當(dāng)p 外負(fù)荷確定時(shí)，系統(tǒng)壓力取值越大，各液壓元件的幾何尺寸就越小，因此設(shè)計(jì)的結(jié) 構(gòu)更加輕便緊湊，這一點(diǎn)對(duì)于大型挖掘機(jī)顯得更加重要，因此，工作壓力盡量取較 大值。 本設(shè)計(jì)中由于機(jī)重小于 15t,液壓功率小于 40kW，工作壓力選用中高壓，取 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 16000 kPa。p 4.2.2 挖掘機(jī)液壓缸作用力的確定 工作裝置各油缸作用力有兩種作用力，分別是將油缸兩腔分別接高低壓油路時(shí) 產(chǎn)生推動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的作用力稱為主動(dòng)作用力和作裝置工作時(shí)作用于閉鎖狀態(tài) （即油缸兩腔與高低壓油路斷開）的油缸上的作用力稱為被動(dòng)作用力 本設(shè)計(jì)中主要有三種油缸：鏟斗油缸、斗桿油缸和動(dòng)臂油缸。根據(jù)機(jī)器的具體工作 情況和工作裝置的形式確定油缸作用力的大小。 （1）鏟斗油缸作用力的確定 反鏟裝置工作時(shí)，主要靠轉(zhuǎn)斗挖掘作業(yè)，進(jìn)行鏟斗油缸設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)是其最大 挖掘力。通過參考有關(guān)資料可初選斗齒最大挖掘力，并且根據(jù)達(dá)到最大挖掘濃度深 度時(shí)的最大挖掘力來計(jì)算鏟斗油缸的工作力，如圖 31 所示。 為了計(jì)算方便，設(shè)計(jì)時(shí)不考慮斗和土的質(zhì)量，同時(shí)也忽略各部件和工作機(jī)構(gòu)對(duì)作業(yè) 效率產(chǎn)生的影響，此時(shí)鏟斗油缸作用力為： gdclFmax1 =0.24m；l 對(duì)鏟斗與斗桿鉸點(diǎn) 的力臂，m；cmax1 C 最大鏟斗挖掘阻力，N；最大鏟斗挖掘阻力為：aF 170)cos1(50235.1maxx1 XZABDkR 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 圖 4-1鏟斗油缸作用力分析 式中 土壤硬實(shí)密實(shí)計(jì)打擊次數(shù)，對(duì)級(jí)土壤， 915，對(duì)級(jí)土壤，CC 16 35；本設(shè)計(jì)取 15。 鏟斗的轉(zhuǎn)斗切削半徑，單位 m；DR 0.803m. max最大轉(zhuǎn)斗挖掘力位置， （） ；前面求得 47.5。max 切削刃寬度影響系數(shù)， 12.6b,b 為鏟斗寬度 0.75m；BkBk 2.95m； 切削角變化影響系數(shù)，取 1.3；A A zk斗齒的影響系數(shù)，取 0.75（無齒時(shí)取 1） ；zkzk 前邊斗齒對(duì)地面傾斜角度的影響系數(shù)，取 1.15；X X 得出： 57.455kNmax1F 因此把 57.455KN、 =0.24m、 0.705m 代入式 41 得：gdlcl =168.77kN 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 此時(shí)斗桿及動(dòng)臂油缸均處于閉合狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力 應(yīng)滿足gF gFgBll 2max1 式中 斗桿油缸閉鎖力 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂，參考圖 41gBl g 由 CAD 得出 0.42m； Bl 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) 的力臂，由 CAD 做圖得 2.565m；max1FBBl 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) 的力臂，由 CAD 做圖得 0.98m；2 挖掘阻力的法向分力，取 （0.10.2） 5.745511.491kN,取2Fmax1F 8.5kN；2F 因此 400.7kNg 動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足： bF525max1llA 式中 動(dòng)臂油缸閉鎖力 對(duì)鉸點(diǎn) 的力臂， 0.638m；bFA5l Al 對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn) 的力臂， 5.255m；max1 對(duì)鉸點(diǎn) 的力臂， 0.3m；2FAl 因此 478.7kNb （2）斗桿油缸作用力的確定 當(dāng)挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)為斗桿挖掘，其最大的挖掘力取決于斗桿油缸。當(dāng)動(dòng)臂置于最低位 置時(shí)即為斗桿油缸最大作用力，如圖 32 所示。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 圖 4-2斗桿油缸作用力分析 同鏟斗油缸計(jì)算相同，此時(shí)斗桿油缸作用力 為：gF (42)gFBlmax1 式中： 由 CAD 做圖得， 2.07m；Bl Bl g由 CAD 做圖得， 0.36m；g 得出： 330.34kNgF 而此時(shí)鏟斗油缸及動(dòng)臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力 應(yīng)滿足dF dgdClmax1 式中： 由 CAD 做圖得， 0.8m；Cll gd由 CAD 做圖得， 0.42m；gd 得出： 109.438kNdF 動(dòng)臂油缸閉鎖力 應(yīng)滿足：b d32max1lA 式中： 由 CAD 做圖得， 4.52m；All 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 由 CAD 做圖得， 可忽略不記；Al Al 由 CAD 做圖得， 0.638m55 得出： 407.05kNdF 斗桿最大挖掘力也受到挖掘機(jī)穩(wěn)定性條件的限制。 （3）動(dòng)臂油缸作用力的確定 工作時(shí)的最大提升力也就是動(dòng)臂油缸的作用力，此力根據(jù)將裝滿土壤的鏟斗提升至 最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，如簡圖 43 所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為： (43)(15bAgdAtb lGllF 式中： 鏟斗及其裝載土壤的重力，N；t 斗桿所受重力，N；g 動(dòng)臂所受重力，N；bG 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) 的水平距離，m；dAl A 斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) 的水平距離，m；g 動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) 的水平距離，m；bAl 圖 4-3動(dòng)臂油缸作用力分析 由 CAD 做圖 1.155m； 3.33m； 4.72m；bAlgAldAl 由比擬法得出: =2.23kN； 1.79kN；G 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 dtG20 0.8620.86kN 其中斗內(nèi)土重=20kN,鏟斗重=0.86kN； 把 、 、 、 、 、 、 0.61m 代入上式得：AlgbAlGgdt5l ） 23.1.793.86207.4(301F =281.57kN 4.3 液壓系統(tǒng)初步計(jì)算 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)如下： 機(jī)械總重5t 動(dòng)臂液壓缸推力281.57kN 斗桿液壓缸推力330.34kN 鏟斗液壓缸推力168.77kN 4.3.1 工作裝置傳動(dòng)計(jì)算 采用定量泵，系統(tǒng)工作壓力 kPa160p 工作液壓缸缸徑根據(jù)液壓缸推力決定，假定液壓缸到液壓缸的壓力損失 500kPa,液1p 壓缸回油背壓 1000kPa，液壓缸大小腔作用面積之比為 （ 為大腔作用1p 02A 面積， 為小腔作用面積） ，根據(jù)公式0A 021.)(.ApF 0.1（16000500） 0.11000 1500 求得：動(dòng)臂液壓缸： 281.57kNbF 15.461504D1504.3287 取系列值 16 斗桿液壓缸： 330.34kNgF 16.7515042D1504.3 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 取系列值 17 鏟斗液壓缸： 330.34kNdF 15043D1504.3687 11.97 取系列值 12 假設(shè)在不合流情況下，動(dòng)臂與斗桿液壓缸的伸出速度為 9cm/s,鏟斗液壓缸的伸出速 度為 12cm/s，則根據(jù)公式 vAQ106vD41062 式中 液壓缸的容積效率，取 0.98v 當(dāng)動(dòng)臂液壓缸單獨(dú)動(dòng)作時(shí)所需流量 91 41698.062 110.73 L/min 當(dāng)斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作時(shí)所需流量 92Q41798.0162 125.01 L/min 當(dāng)動(dòng)臂液壓缸單獨(dú)動(dòng)作時(shí)所需流量 122 41298.016 83.05L/min 因此，各泵流量均取系列值 125L/min、125L/min、100L/min 動(dòng)臂液壓缸實(shí)際的伸出速度： AQvv60141598.02 =11.56m/s 斗桿液壓缸實(shí)際的伸出速度： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 AQvv6012241798.025 =9m/s 鏟斗液壓缸實(shí)際的伸出速度： AQvv6013341298.0 =14.45m/s 根據(jù)計(jì)算初選 CBFA18CFL（C）型齒輪雙泵，排量 18.32ml/r,額定轉(zhuǎn)速 1800r/min,最高轉(zhuǎn)速 2400r/min,額定壓力 14MPa,最高轉(zhuǎn)速 17.5MPa 4.3.2 行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)計(jì)算 假定履帶行走裝置終傳動(dòng)鏈輪節(jié)距 0.15m，齒數(shù) 21，兩齒跨一節(jié)距，則鏈輪轉(zhuǎn)tz 速 21ztvn 21.2r/min6021.5 終傳動(dòng)鏈輪與行走馬達(dá)間的傳動(dòng)比 100，則馬達(dá)轉(zhuǎn)速i n100 =2120r/min 左、右履帶每側(cè)都安裝有行走馬達(dá)，此行走裝置的總牽引力是機(jī)重的 80%，所以每 條履帶的牽引力為： G104.F 0.4105000 20000N 作用在鏈輪上的扭矩為： 1M2DF20.84 4820Nm 式中： 鏈輪節(jié)圓直徑（ 0.482m） 。 行走馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩為： 0.91482i 53.5Nm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 式中： 行走傳動(dòng)的機(jī)械效率，取 0.9。 假定取行走馬達(dá)兩腔壓力差 15000kPa,則行走馬達(dá)排量：p 95.0136280Mq =23.6 mL/r 式中： 液壓馬達(dá)機(jī)械效率，取 0.95。 左、右履帶分別安裝了排量 23.6mL/r 的高速馬達(dá)，因此計(jì)算每個(gè)馬達(dá)所需流量為： vnqQ100.982163 61 L/min 式中： 液壓馬達(dá)容積效率，取 0.98。v 根據(jù)計(jì)算初選 CMD32CFL 型液壓馬達(dá)，排量 33.64ml/r,額定轉(zhuǎn)速 1800r/min,最 大轉(zhuǎn)速 2400r/min,額定進(jìn)口壓力 10MPa,最大進(jìn)口壓力 14MPa，額定轉(zhuǎn)矩 53.5Nm。 4.3.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)計(jì)算 假定轉(zhuǎn)臺(tái)以上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Nms2,回轉(zhuǎn)角加速度 0.35rad/ s2,250J dt 則挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)部分慣性阻力矩 dtJM1250000.35 8750 Nm 假定回轉(zhuǎn)支承阻力矩 21000 Nm 則總阻力矩： M 8750100012 9750 Nm 根據(jù)回轉(zhuǎn)速度 轉(zhuǎn)/分，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 200，算出回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速0ni i20010=2000r/min 回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸出力矩： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 iM0.9527 51.32Nm 式中： 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)效率，取 0.95。 通過計(jì)算后可以知道回轉(zhuǎn)馬達(dá)的 、 和行走馬達(dá)的 、 基本相同，因此nMn 二者選用同型號(hào)的馬達(dá)。 4.4.4 液壓泵參數(shù)選擇和發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 根據(jù)以上計(jì)算，選用工作壓力 kPa,流量 125L/min 定量泵兩臺(tái)。160pQ 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率 60pQN0.852 78.4kW 式中： 泵的總效率，取 0.85 4.4.5 主油管管徑和油箱容量 根據(jù)系統(tǒng)壓力確定主管路的油液流速，中高壓時(shí)流速為 57m/s,取 m/s；6v 高壓時(shí)流速為 712m/s，取 10m/s。本文設(shè)計(jì)時(shí)取 m/s，以此計(jì)算主油管管v6v 徑。 定量泵： 動(dòng)臂液壓缸油管管徑： 1106vQd56.1062 =1.34取 1.5d 斗桿液壓缸油管管徑： 22106vd910625 =2.3 取 2.5d 鏟斗液壓缸油管管徑： 33106vQd45.106 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 =1.07取 1.21d 油箱容量 可以取為液壓泵總流量的 12 倍，假定取 1.5 倍，則V 定量系統(tǒng)油箱容量： 1.52125375L 將上述結(jié)果列表比較如表四： 表四 定量系統(tǒng)油箱 項(xiàng)目 定量系統(tǒng) 項(xiàng)目 定量系統(tǒng) 工作壓力（kPa） 總流量（L/min） 發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW） 動(dòng)臂液壓缸缸徑（cm） 斗桿液壓缸缸徑（cm） 16000 1252 78.4 16 17 鏟斗液壓缸缸徑（cm） 動(dòng)臂液壓缸主油管管徑（cm） 斗桿液壓缸主油管管徑（cm） 鏟斗液壓缸主油管管徑（cm） 油箱容量（L） 12 1.5 2.5 1.2 375 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 35 第五章 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 工作裝置是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是作業(yè)的重要部件，因此對(duì)此進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì) 算。首先，應(yīng)該根據(jù)各部件的工作狀況進(jìn)行分析，并且找到作業(yè)時(shí)某個(gè)構(gòu)建的最大 應(yīng)力，以此為依據(jù)進(jìn)行校核計(jì)算。 5.1 斗桿的計(jì)算 彎矩是影響斗桿強(qiáng)度強(qiáng)度的主要因素，因此根據(jù)工作時(shí)挖掘阻力對(duì)斗桿可能產(chǎn) 生的最大彎矩進(jìn)行計(jì)算。 其計(jì)算位置可按以下條件確定： 按反鏟裝置作用力分析的電算結(jié)果選定。 近似計(jì)算時(shí)，一般取以下兩個(gè)位置： 計(jì)算位置（圖 51） ，條件為： （1）動(dòng)臂液壓缸完全收縮 （2）斗桿液壓缸作用力臂最大 （3）斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長線上； （4）側(cè)齒遇障礙作用有橫向力 。kW 此時(shí)，工作裝置的受力有工作裝置各部分的重量（鏟斗重 ，斗桿重 和動(dòng)dGg 臂重 ） ，作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力（包括切向力為 ，法向分力 和側(cè)向力bG12W ） 。kW 按對(duì)鉸點(diǎn)的 力矩平衡方程 0 求得ccM (51)(1267rrPldd 式中： 由圖 51 畫圖得， 0.766m；dl 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 36 圖 5-1斗桿計(jì)算位置 由圖 5 1 畫圖得， 0.3m；5r5r 由圖 5 1 畫圖得， 0.423m；6 6 由圖 51 畫圖得， 0.268m；7r7r 由圖 51 畫圖得， 0.142m；2 2 把 、 、 、 代入式 51 得：dlr67 ） 0.142860.423.68(.01 W 求得： 41.718kN 閉鎖力 決定了法向阻力 ，設(shè)定工作裝置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)BP2 的力矩平衡方程 0 求得：AAM (52)01A12 )G rWrPWdgbB（ 式中： 動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力， 286kN；BP 工作裝置各部分重量對(duì) 點(diǎn)的力矩之和，相應(yīng)的力臂值)G(dgbA 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 37 由 圖 51 確定為： 由圖 5 1 畫圖得， 1.36m；brbr 由圖 51 畫圖得， 1.99m；g g 由圖 51 畫圖得， 1.1m；drdr 由圖 51 畫圖得， 0.325m ；BB 由圖 51 畫圖得， 3.16m ；1r1r 由圖 51 畫圖得， 2.05m ；0 0 把 、 、 、 、 、 代入式 52 得：brgdBr0 2.0541.78.8619.7362.32861.2 W 4.15kN 取斗桿（帶斗）為隔離體，列出對(duì)鉸點(diǎn) 力矩平衡方程 0，可求得斗桿BBM 液壓缸作用力（被動(dòng)狀態(tài)） 。一般情況下，此力 與其閉鎖力值（按該液壓缸閉鎖gP