斗液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)

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1、摘 要 挖掘機(jī)械是工程機(jī)械的一種類型，是土石方開挖的主要機(jī)械設(shè)備，單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械，液壓挖掘機(jī)的工作裝置常用的有反鏟，正鏟，裝載，抓斗和起重裝置。 本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)25 t履帶式單斗液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置。主要對工作裝置機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過測繪模型ZX200-3，運(yùn)用Solidworks進(jìn)行三維模型的繪制及裝配；計(jì)算液壓缸作用力、閉鎖力以及對閉鎖力進(jìn)行驗(yàn)算，并調(diào)整液壓缸直徑使液壓缸的閉鎖力在特定的工況下能滿足要求。 在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意工作裝置設(shè)計(jì)原則，在各部件滿足要求的條件下實(shí)現(xiàn)6.6米最大挖掘深度，9.9米最大挖掘半徑，7.1米最大

2、卸載高度，實(shí)現(xiàn)挖掘的功能。 關(guān)鍵字：反鏟工作裝置，設(shè)計(jì)，三維，測繪計(jì)算 第一章 反鏟工作裝置總體方案的選擇 反鏟工作裝置總體方案的選擇主要依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其他裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時(shí)照顧其它條件的性能。 1.1動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸的布置方案 （1）動(dòng)臂液壓缸的布置方式 動(dòng)臂液壓缸連接著機(jī)身和動(dòng)臂，是舉升整個(gè)工作裝置及物料的動(dòng)力原件，而且承受的載荷很大，又要保證足夠的閉鎖力矩來獲得必要的挖掘力，因此它的布置是很重要的。 本次設(shè)計(jì)中采

3、用了整體下置式，在此方案中，動(dòng)臂液壓缸置于動(dòng)臂的前下方。比較容易使反鏟挖掘裝置獲得較大的挖掘力，而動(dòng)臂液壓缸的與機(jī)身的鉸點(diǎn)A在垂直方向低于動(dòng)臂與機(jī)身的鉸接點(diǎn)C。C布置于回轉(zhuǎn)平臺(tái)前部，有利于擴(kuò)大作業(yè)半徑和挖掘深度。 （2）動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 本次設(shè)計(jì)中采用了整體式彎動(dòng)臂。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，有利于反鏟地面以下的挖掘作業(yè)；缺點(diǎn)是適應(yīng)性差，并且容易在彎曲部位容易引起由于結(jié)構(gòu)和工藝問題而導(dǎo)致的應(yīng)力集中等強(qiáng)度方面的問題。 1.2斗桿和斗桿液壓桿的布置 （1） 斗桿的結(jié)構(gòu)形式 本次設(shè)計(jì)中采用了整體式斗桿。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)是難以滿足不同作業(yè)尺寸的要求，尤其是大范圍，遠(yuǎn)距離的挖掘作業(yè)。 （2）

4、 斗桿液壓缸的布置形式 本次設(shè)計(jì)的反鏟挖掘機(jī)是向下而后挖的挖掘方式，因此采用上置式，即將斗桿液壓缸布置于斗桿的上部，使作業(yè)時(shí)斗桿液壓缸大腔能產(chǎn)生足夠的挖掘力和閉鎖力，回?cái)[時(shí)斗桿液壓缸小腔能夠產(chǎn)生足夠的回?cái)[力矩。 1.3鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 本方案采用六連桿共點(diǎn)機(jī)構(gòu)，原因是該結(jié)構(gòu)形式不僅能滿足鏟斗轉(zhuǎn)角范圍的要求，同時(shí)也能發(fā)揮較大的鏟斗挖掘力。 1.4鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗整體為縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，分為斗腔、斗刃、斗齒、支座和加強(qiáng)部分，整體為焊接結(jié)構(gòu)。斗側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐跍虾鸵筝^好的導(dǎo)向性，因此在斗側(cè)壁接近斗前端上部裝設(shè)側(cè)齒，缺點(diǎn)是會(huì)增加挖掘阻力。 第二章 測繪

5、與三維建模 2.1 原始數(shù)據(jù)測繪 表2.1 原始數(shù)據(jù)測繪表 參數(shù)分類 原始機(jī)型（ZAXIS200模型）機(jī)構(gòu)參數(shù)組成 鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 機(jī)體 符號意義（與現(xiàn)有機(jī)型比例1：40） 原始參數(shù)/mm L3=36.5 L13=L14=HN=15 L24=QK=10.5 L25=KV=42 L2=KH=14.5 L2=FQ=73 L9=CD=72 L10=FG=20 L11=EG=35 L15=GN=47 L16=FN=60 L1=CF=145.8 L6=CD=77 L7=CB=60 L8=DF=77 L22=BF=89 推導(dǎo)參數(shù) α10

6、=∠ KQV=92° α4=∠EFG=94° α5=∠GNF=20° α6=∠GFN=98° α7=∠NQF=6° α8=∠NFQ=5° α2=∠BCF=29° α3=∠DFC=45° 特性參數(shù) K2=L24/L3=10.5/36.5= 0.29 K5=L2/L9=73/72=1.0 K1=L1/L2 備注 L2為斗桿長 L1為動(dòng)臂長 α1為動(dòng)臂轉(zhuǎn)角 下置式 α11=∠ACV 第一類參數(shù)是決定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù)，稱原始參數(shù)，主要為長度參數(shù)；第二類參數(shù)為推導(dǎo)出來的參數(shù)，稱推導(dǎo)參數(shù)；第三類參數(shù)是作方案比較所需的其它特征參數(shù)。 2.

7、2 三維建模 2.2.1 動(dòng)臂的建模 1、編輯草圖1，使用直線命令繪制草圖 圖2-1 動(dòng)臂拉伸草圖 2、退出草圖1點(diǎn)擊拉伸命令得到如下的實(shí)體 圖2-2 動(dòng)臂拉伸實(shí)體 3、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點(diǎn)擊拉伸命令得到如下的實(shí)體 圖2-3 草圖 圖2-4 拉伸實(shí)體 4、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點(diǎn)擊拉伸命令 圖2-5 草圖 圖2-6 拉伸實(shí)體 5、 繪制的最終結(jié)果 圖2-7 動(dòng)臂實(shí)體 2.2.2 斗桿的建模 1、編輯草

8、圖1，使用直線命令繪制草圖 圖2-8 斗桿草圖 2、退出草圖1點(diǎn)擊拉伸命令得到如下的實(shí)體 圖2-9 拉伸實(shí)體 3、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點(diǎn)擊拉伸命令得到如下的實(shí)體 圖2-10 草圖 圖2-11 拉伸實(shí)體 4、 繪制的最終結(jié)果 圖2-12 斗桿實(shí)體 2.2.3 鏟斗的建模 1、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點(diǎn)擊拉伸命令得到如下的實(shí)體 圖2-13 鏟斗草圖 圖2

9、-14 拉伸實(shí)體 2、 繪制的最終結(jié)果 圖2-15 鏟斗實(shí)體 2.2.4工作裝置的裝配 1、 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的裝配 圖2-16 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)裝配 2、 斗桿機(jī)構(gòu)的裝配 圖2-17 斗桿機(jī)構(gòu)裝配 3、 鏟斗機(jī)構(gòu)的裝配 圖2-18 鏟斗機(jī)構(gòu)裝配 2.3整機(jī)裝配圖 圖2-19 整機(jī)裝配圖 第三章 反鏟工作裝置參數(shù) 圖3-1 總體設(shè)計(jì)圖 3.1動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1.1設(shè)計(jì)的主要要求 1、滿足作業(yè)尺寸和挖掘范圍（

10、幾何尺寸） 2、滿足提升力和閉鎖要求（性能） 3、結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)型式要合理緊湊，無干涉，無功率浪費(fèi)。 3.1.2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)與機(jī)身的鉸接點(diǎn)及參數(shù) 1、 動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C和動(dòng)臂缸下鉸點(diǎn)A位置 以工作平面為X軸，通過回轉(zhuǎn)中心線為Y軸測繪得： A(460，1440) C(40，2190) 2、的確定： 測繪得 3、動(dòng)臂長度及彎角參數(shù) 圖3-2 動(dòng)臂 原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為R1=9920mm CF=5828mm CB=2480mm BF=3610mm 動(dòng)臂彎角 4、最大挖掘深度和最大卸載高度及動(dòng)臂最大仰角和最大俯角

11、 圖3-3 動(dòng)臂擺角 由測繪值可知： 最大仰角=85° 最大俯角=15° 動(dòng)臂的擺角范圍=70° 5、動(dòng)臂油缸的缸數(shù) 動(dòng)臂油缸缸數(shù)為2個(gè)。 6、動(dòng)臂缸全伸長度、全縮長度和伸縮比 由測繪值可知： 全伸長度=3170mm 全縮長度=2136mm 動(dòng)臂缸的伸縮比 =3170mm/2136mm=1.48 3.1.3動(dòng)臂與斗桿之比 動(dòng)臂與斗桿的長度比，特

12、性參數(shù) =5828/2960=1.97，在1.5到2之間，屬于中間方案。值較大，宜斗桿挖掘?yàn)橹鳌? 3.2斗桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.2.1設(shè)計(jì)的主要要求 1、保證足夠的斗齒挖掘力和閉鎖力 2、保證斗桿的擺角范圍

13、全縮長度和伸縮比 由測繪值可知： 全伸長度=3908mm 全縮長度=2391mm 動(dòng)臂缸的伸縮比 =3908mm/2391mm=1.63 4、斗桿的擺角范圍 斗桿的擺角范圍：110° 5、 6、由幾何位置確定=130°—170°。 斗桿上取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍，取 3.3鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖3-5 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)參數(shù) 3.3.1設(shè)計(jì)的主要要求 1、必要的轉(zhuǎn)角范圍 必要的開挖角（水平面以上0°-30°） 必要的挖掘轉(zhuǎn)

14、角（90°-110°） 必要的挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（鏟斗的總轉(zhuǎn)角=150°-180°） 2、符合載荷變化情況 開挖角范圍內(nèi)及處大于等于平均挖掘阻力 25°-35°之間大于等于最大挖掘阻力 之后可不考慮，只要挖掘力大于零就行 3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無干涉（避免轉(zhuǎn)斗缸全伸時(shí)斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象） 3.3.2連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù) MN=640mm MK=600mm NQ=483mm KQ=447mm 3.3.3鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù) 1、 2、 3、鏟斗液壓缸全伸長度、全縮長度和伸縮比 由測繪值

15、可知： 全伸長度=2558mm 全縮長度=1593mm 動(dòng)臂缸的伸縮比 =2558mm/1593mm=1.61 4、鏟斗油缸的缸數(shù) 鏟斗油缸缸數(shù)為1個(gè)。 5、斗形參數(shù) 鏟斗的主要參數(shù)有四個(gè)，分別是標(biāo)準(zhǔn)斗容量q、平均斗寬B、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿角2φ。 四者的關(guān)系： 式中 —標(biāo)準(zhǔn)斗容量； —平均斗寬，由表2.1 差值計(jì)算B=880mm； —轉(zhuǎn)斗挖掘半徑； —土壤松散系數(shù)，取近似值為1.25； —挖掘裝滿角，全面考慮有關(guān)因素，可以取=90o～100o，取 2=100o。

16、 由原始參數(shù)測得R=1505mm KQ=447mm 一般取，測得=95.5° 得出斗容量 第四章 反鏟工作裝置作業(yè)范圍及包絡(luò)圖 4.1包絡(luò)圖的繪制 4.1.1包絡(luò)圖的定義 1、主要作業(yè)尺寸； 2、各部件轉(zhuǎn)角位置及極限位置； 3、機(jī)構(gòu)干涉情況； 4、挖掘總面積及主要挖掘區(qū)域的分布情況。 4.1.2包絡(luò)圖的繪制 段：動(dòng)臂液壓缸最長，斗桿液壓缸最短，鏟斗液壓缸由最短到最長，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：動(dòng)臂液壓缸最長，鏟斗液壓缸最長，斗桿液壓缸由最短到最長，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：動(dòng)臂液壓缸最長，斗桿液壓缸

17、最長，鏟斗液壓缸由最長縮至斗齒尖位于C丶連線上為止，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：斗桿液壓缸最長，鏟斗液壓缸固定，動(dòng)臂液壓缸由最長到最短，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：動(dòng)臂液壓缸最短，斗桿液壓缸最長，鏟斗液壓缸由原固定值縮至F丶Q丶V三點(diǎn)一線，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：動(dòng)臂液壓缸最短，鏟斗液壓缸固定，F(xiàn)丶Q丶V三點(diǎn)一線，斗桿液壓缸由最長到最短，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：動(dòng)臂液壓缸最短，斗桿液壓缸最短，鏟斗液壓缸由使F丶Q丶V三點(diǎn)一線姿態(tài)縮至斗齒尖位于C丶連線的延長線上，即使C丶Q丶V三點(diǎn)一線，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 段：斗桿液壓缸最短，鏟斗液壓

18、缸為上衣弧段時(shí)的狀態(tài)，動(dòng)臂液壓缸由最短到最長，由斗齒尖繞點(diǎn)以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)形成。 圖4-1 包絡(luò)圖 4.2作業(yè)范圍 表4.1 主要作業(yè)參數(shù) 最大挖掘深度h/mm 6610 最大挖掘高度h/mm 9712 最大挖掘半徑r/mm 9865 最大卸載高度h/mm 7018 停機(jī)面上的最大挖掘半徑r/mm 9667 最大垂直挖掘深度h/mm 5022 最大挖掘高度h/mm 6356 第五章 動(dòng)臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定 確定出動(dòng)臂液壓缸作用力和閉鎖力，就能確定出動(dòng)臂缸的缸徑。 5.1動(dòng)臂液壓缸的作用力 動(dòng)臂液壓缸應(yīng)保證反鏟作業(yè)過程中在任何位置上都能提

19、起帶有滿載鏟斗的工作裝置到達(dá)最高和最遠(yuǎn)的位置。 斗內(nèi)土重 取 表5.1 國內(nèi)幾種反鏟裝置的構(gòu)件近似質(zhì)量表 序號 斗容量 （m3） 質(zhì)量（t） 動(dòng)臂（G1） 斗桿（G2） 鏟斗（G3） 斗桿缸（G4） 鏟斗缸（G5） 連桿搖桿（G6） 動(dòng)臂缸（G7） 機(jī)重（G） 4 0.15 0.223 0.179 0.085 0.055 0.051 0.017 0.055 5 6 0.4 0.598 0.288 0.3 0.11 0.09 0.059 0.12 11.6 由于此次設(shè)計(jì)的斗容量是q=0.9m3，采用插值法確定各構(gòu)件的重

20、量，如表5.2所示。 表5.2工作裝置各構(gòu)件質(zhì)量表 動(dòng)臂（G1） 斗桿（G2） 鏟斗（G3） 斗桿缸（G4） 鏟斗缸（G5） 連桿搖桿（G6） 動(dòng)臂缸（G7） 機(jī)重（G） 1.385 0.66 0.69 0.25 0.21 0.14 0.27 25 依據(jù)以下三個(gè)位置動(dòng)臂液壓缸的舉升力： 1、 工況一：從最大挖掘深度處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力，圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖5-1所示 圖5-1動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡圖（工況一） 各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值如表

21、5.3所示 表5.3各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂 3516 2249 4346 3516 3421 4550 4442 1633 609 對動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有： 即： 求得： 2、工況二：從最大挖掘半徑處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力，圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖5-2所示。 各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值如表5.4所示。 圖5-2動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)

22、算簡圖（工況二） 表5.4各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂 8927 2563 6549 8927 3932 7710 8100 1400 810 對動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有： 即： 求得： 3、工況三：從最大卸載高度處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力，圖上所 有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖5.3所示。 對動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有： 即： 圖

23、5-3動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡圖（工況三） 各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值如表5.5所示： 表5.5各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂 5524 737 3125 5524 950 3500 5330 510 420 求得： 綜上所述，動(dòng)臂缸最大舉升力 5.2動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力 確定合理的液壓缸閉鎖能力是保證挖掘力得到充分發(fā)揮的基本條件之一。選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)臂液壓缸閉鎖壓力既能起到保護(hù)元件的目的又能保證主動(dòng)油缸發(fā)揮最大挖掘力使正常作業(yè)順利進(jìn)行。過大的閉鎖壓力不但起不

24、到保護(hù)液壓系統(tǒng)及其元件的作用，而且會(huì)對系統(tǒng)提出過高的要求，這樣既不經(jīng)濟(jì)，也無必要，還可能損壞元件。合理的閉鎖壓力是保證在主要挖掘范圍內(nèi)使主動(dòng)液壓缸能發(fā)揮出最大挖掘力的同時(shí)還能起到保護(hù)元件的作用。常選定以下三個(gè)工況進(jìn)行閉鎖力分析： Ⅰ.動(dòng)臂最低，斗桿鉛垂，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂最大； Ⅱ.動(dòng)臂最低，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，斗桿挖掘且作用力臂最大； Ⅲ.動(dòng)臂最低，挖掘深度最大，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，鏟斗挖掘，克服平均阻力。 工況一：動(dòng)臂液壓缸全縮，斗桿液壓缸垂直于水平面，鏟斗液壓缸產(chǎn)生的挖掘力最大，挖掘阻力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)C，斗桿鉸點(diǎn)F所造成的力矩均接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小 注： 鏟

25、斗缸的主動(dòng)作用力P3為 轉(zhuǎn)斗液壓缸可通過對Q點(diǎn)的力矩平衡方程求得： 從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取 各點(diǎn)對F點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力 圖5-5液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡圖（工況一） 446 768 238 4100 1364 4163 4347 2250 6930 5830 609 871 表5.6各作用力的近似力臂值表（mm）（工況一） 斗桿缸的主動(dòng)作用力P2為 在此工況下閉鎖力不足，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比為： 同樣對動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩

26、，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力， 此時(shí)動(dòng)臂缸受拉，液壓缸的閉鎖力等于小腔作用力 在此工況下動(dòng)臂液壓缸小腔閉鎖力不足，超出的百分比為： 工況二：動(dòng)臂最低，即動(dòng)臂液壓缸全縮，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，斗桿液壓缸產(chǎn)生最大挖掘力，挖掘阻力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)C的力矩接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂為最小。 注： 轉(zhuǎn)斗液壓缸可通過對Q點(diǎn)的力矩平衡方程求得： 從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取 圖5-6 液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡圖（工況二） 表5.7各作用力的近似力臂值表（mm）（工況二） 393 211 107 4437 0 3

27、898 4215 2250 4735 7834 609 947 各點(diǎn)對F點(diǎn)取矩，可得到鏟斗液壓缸所受的被動(dòng)作用力 此時(shí)斗桿缸的主動(dòng)作用力 在此工況下閉鎖力富裕，斗桿缸會(huì)出現(xiàn)被動(dòng)回縮現(xiàn)象，為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比為： 同樣對動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力， 此時(shí)動(dòng)臂缸受拉 在此工況下動(dòng)臂缸會(huì)出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，為防止其伸長，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于其工作壓力，超出的百分比為： 工況三：動(dòng)臂液壓缸全縮，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線且與地面垂直，挖掘阻力對動(dòng)臂鉸點(diǎn)C必將造成最大的挖掘阻力矩，它會(huì)要求液壓缸缸徑增大，或閉

28、鎖壓力過分增高，這種過分的要求往往被認(rèn)為是不合理的。因此在這種情況下挖掘時(shí)只要求能克服平均挖掘阻力。 最大挖掘阻力： 式中 —土壤硬質(zhì)系數(shù)。對于III級土宜取，取 —鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒齒尖距離，單位為cm， —挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半， —切削刃寬度影響系數(shù)，，為鏟斗平均寬度，單位為m —切削角變化影響，取 —斗的側(cè)壁厚度影響系數(shù)，，為側(cè)壁厚度單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取X=1.15 —帶有斗齒的系數(shù)，Z=0.75 圖5-7液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡圖（工況三） 表5.8 各作用力的近似力臂值表（mm）（工況三）

29、 534 527 392 368 239 4437 0 4492 4363 2265 4492 7596 609 870 D—切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容大小在D=10000~17000N的范圍內(nèi)選取，斗容小于0.25m3 時(shí)，D應(yīng)小于10000N。取D=5000N 求得： 鏟斗平均挖掘阻力 取 從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取 各點(diǎn)對F點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力 此時(shí)斗桿缸的主動(dòng)作用力 在此工況下閉鎖力富裕，超出的百分比為： 同樣對動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力， 此時(shí)動(dòng)臂缸受拉

30、 在此工況下閉鎖力富裕，超出的百分比為： 表5.4液壓缸閉鎖力計(jì)算結(jié)果匯總表 液壓缸種類 液壓缸參數(shù) 液壓缸閉鎖壓力（KN） 只數(shù) 缸徑 桿徑 行程 大腔推力 第Ⅰ工況 第Ⅱ工況 第Ⅲ工況 mm KN 閉鎖 壓力 超壓 閉鎖 壓力 超壓 閉鎖壓力 超壓 動(dòng)臂缸 2 160 110 1034 2*683.5 832 15.6% 851 18.1% 632 -12.2% 斗桿缸 1 120 100 1518 384 418 8.8% — — 256 -33.4% 鏟斗缸 1 100 60 966

31、 267 — — 324 -15.7% — — 由上述過程得出的動(dòng)臂油缸閉鎖壓力是保證這些指定工況下主動(dòng)油缸能發(fā)揮最大挖掘力的最低限定壓力。實(shí)際分析計(jì)算中難以對所有的工況計(jì)算油缸應(yīng)產(chǎn)生的閉鎖壓力，事實(shí)上，對所有的工況都保證主動(dòng)油缸能充分發(fā)揮其最大挖掘力是不現(xiàn)實(shí)的，也是不可取的，因?yàn)?，某些工況下所需的閉鎖壓力可能會(huì)很大，如照此工況設(shè)定閉鎖壓力，將會(huì)對系統(tǒng)帶來更高甚至難以達(dá)到的要求，所以，比較合理的閉鎖壓力設(shè)定值應(yīng)如前面所述，能保證主要工況下在較大范圍內(nèi)主動(dòng)油缸的最大挖掘力能充分發(fā)揮就行了。 為了統(tǒng)一閉鎖力壓力，將三組油缸的閉鎖壓力上調(diào)至40.5MPa，即： 動(dòng)臂小腔閉鎖力

32、 斗桿大腔閉鎖力 鏟斗大腔閉鎖力 第六章 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析 6.1 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析 6.1.1動(dòng)臂擺角運(yùn)動(dòng)范圍 動(dòng)臂油缸的最小長度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長度； A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn). 圖6-1 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡圖 φ1是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。如圖6-1所示，圖中動(dòng)臂油缸的最短長度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長度；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。 則有： 在三角形ABC中： L

33、12 = l72+l52-2l7l5 COSθ1 θ1 = COS-1[（l72+l52- L12）/2×l7×l5] 在三角形BCF中： L222 = l72+l12-2×COSα20×l7×l1 α20 = COS-1[（l72+ l12- L222）/2×l7×l1] 由圖3-3所示的幾何關(guān)系，可得到α21的表達(dá)式： α21 =α20+α11-θ1 當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)α21為負(fù)，否則為正。 F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1×cosα21 YF = l30+l1×Sinα21 C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5×COSα11 = l30 YC

34、 = YA+l5×Sinα11 動(dòng)臂油缸的力臂e1 e1 = l5×Sin∠CAB 顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。這時(shí) L1 = Sqr（l72-l52）= l5 × Sqr（δ2-1） θ1 = cos-11/δ 6.1.2動(dòng)臂F點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程 圖6-2 動(dòng)臂絞點(diǎn)范圍計(jì)算簡圖 得 所以 得F點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程： 6.2 斗桿運(yùn)動(dòng)分析 6.2.1 斗桿擺角運(yùn)動(dòng)范圍 如下圖6-3所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)是l2

35、，這里只討論斗桿相對于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，即只考慮L2的影響。 D-斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F-動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)； E-斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； θ斗桿擺角. 圖6-3 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡圖 在三角形DEF中 L22 = l82+ l92-2×COSθ2×l8×l9 θ2 = COS-1[（L22- l82-l92）/2×l8×l9] 由上圖的幾何關(guān)系知 φ2max =θ2 max-θ2min 則斗桿的作用力臂 e2 =l9Sin∠DEF 顯然斗桿的最大作用力臂e2max = l9，此時(shí)θ2 = COS-1（l9/l8），L2 = 6.2.2斗桿Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)范圍 又因

36、為 得 從而得 所以Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程： + + 6.3 鏟斗運(yùn)動(dòng)分析 圖6-4 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡圖 鏟斗相對于XOY坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖6-4所示，G點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)Q點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，v點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N點(diǎn)為曲柄與斗桿的鉸點(diǎn)，M點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)，H點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)。 6.3.1 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i 利用圖6-4，可以知道求得以下的參數(shù)： 在三角形HGN中 α22 = ∠HNG = COS-1[（l152+l142-L32）/2×l15×l14]

37、 α30 = ∠HGN = COS-1[（L32+ l152- l142）/2×L3×l14] α32 = ∠HNG = π - ∠MNG - ∠MGN =π -α22-α30 在三角形HNQ中 L272 = l132 + l212 + 2×COSα23×l13×l21 ∠NHQ = COS-1[（l212+l142- L272）/2×l21×l14] 在三角形QHK中 α27 = ∠QHK= COS-1[（l292+l272-L242）/2×l29×l27] 在四邊形KHQN中 ∠NHK=∠NHQ+∠QHK 鏟斗油缸對N點(diǎn)的作用力臂r1 r1 = l13×Si

38、nα32 連桿HK對N點(diǎn)的作用力臂r2 r2 = l13×Sin ∠NHK 而由r3 = l24，r4 = l3 有[3] 連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 i = （r1×r3）/（r2×r4） 顯然3-17式中可知，i是鏟斗油缸長度L2的函數(shù)，用L2min代入可得初傳動(dòng)比i0，L2max代入可得終傳動(dòng)比iz。 6.3.2鏟斗相對于斗桿的擺角 鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 φ3 =α7+α24+α26+α10 其中，在三角形NFQ中 α7 = ∠NQF= COS-1[（l212+l22- l162）/2×l21×l2] α10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。 當(dāng)鏟斗油缸長度L3分

39、別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角θ3max和θ3min，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角: φ3 = θ3-θ3min 鏟斗的擺角范圍: φ3 = θ3max-θ3min 6.3.3 斗齒V點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析 如圖6-4所示，斗齒尖V點(diǎn)的坐標(biāo)值XV和YV，是L1 、L2、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)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下: 由F點(diǎn)知： α32= ∠CFQ= π –α3-α4-α6-θ2 在三角形CDF中：∠DCF由后面的設(shè)計(jì)確定，在∠DCF確定后則有： l82 = l62 + l12 - 2×COS∠DCF×l1×l6 l62 =

40、 l82 + l12 - 2×COSα3×l1×l8 α3 = COS-1（l82+l12–l62）/2×l1×l8 在三角形DEF中 L22=l82+l92-2×COSθ2×l8×l9 則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角θ2 θ2 = COS-1[（l82+l92- L22）/2×l8×l9] α4、α6在設(shè)計(jì)中確定。 由三角形CFN知： l28 = Sqr（l162 + l12 - 2×COSα32×l16×l1） 由三角形CFQ知： l23 = Sqr（l22 + l12 - 2×COSα32×l2×l1） 由Q點(diǎn)知

41、： α35= ∠CQV= 2π–α33-α24-α10 在三角形CFQ中： l12 = l232 + l32 - 2×COSα33×l23×l3 α33 = COS-1[（l232+l32- l12）/2×l23×l3] 在三角形NHQ中： l132 = l272 + l212 - 2×COSα24×l27×l21 α24 =∠NQH=COS-1[l272+l212 -l132）/2×l27×l21] 在三角形HKQ中： l292 = l272 + l242 - 2×COSα26×l27×l24 α26 =∠HQK=COS-1[l272+l242–l292）/2×l27×

42、l24] 在四邊形HNQK： ∠NQH =α24 +α26 α20 = ∠KQV=110° 在列出以上的各線段的長度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值。 參考文獻(xiàn) [1] 史青錄，液壓挖掘機(jī)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社。2011.12 [2] 曹善華，余涵等，單斗液壓挖掘機(jī)。同濟(jì)大學(xué)出版社。1987 [3] 周靜卿，機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖。機(jī)械工業(yè)出版社。1998 [4] 唐增寶、何永然、劉安俊，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，第二版，華中科技大學(xué)出版社。1999 [5] 同濟(jì)大學(xué)，鏟土運(yùn)輸機(jī)械，第二版，中國建筑工業(yè)出版社。1987 [6] 孫恒、陳作模，機(jī)械原理

43、，第六版，高等教育出版社。2000 [7] 吳永平、姚懷新，工程機(jī)械設(shè)計(jì)，人民交通出版社。2005 [8] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》聯(lián)合縮寫組。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，第二版，化學(xué)工業(yè)出版社 2005 總 結(jié) 2014年12月，經(jīng)過四個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我收獲頗豐。 在李捷老師的指導(dǎo)下，我們?nèi)齻€(gè)人組成一個(gè)小組進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，我們的題目是單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)期間，我們分工以及任務(wù)和時(shí)間的分配都很明確，一周的測繪，一周的三維建模，一周的設(shè)計(jì)分析。在我們?nèi)说膱F(tuán)隊(duì)協(xié)作，互幫互助之下及老師的細(xì)心教導(dǎo)，我們順利完成了本次設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)共分為兩大部分：理論計(jì)算和測繪。 理論計(jì)算部分的計(jì)算過程

44、依據(jù)自己所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識，大量參考專業(yè)資料和挖掘機(jī)機(jī)的相關(guān)產(chǎn)品資料，計(jì)算中所用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、數(shù)據(jù)均為查閱已有國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并與實(shí)際產(chǎn)品資料相比較，其余有關(guān)公式和符號也參考工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的已有經(jīng)驗(yàn)、慣例進(jìn)行，并在說明書中作了相應(yīng)的含義說明，整個(gè)計(jì)算方法采用以參考已有標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)為主，自己個(gè)人意見思路為輔進(jìn)行，因而一些數(shù)據(jù)和方法還不能與實(shí)際使用情況相吻合。 繪圖部分采用SolidWorks繪圖軟件進(jìn)行，在繪圖過程中對之前所學(xué)計(jì)算機(jī)繪圖方法加深了理解，提高了熟練程度，對繪圖中出現(xiàn)的問題通過請教老師和同學(xué)得到了解決，使自己的繪圖能力得到了很大的提高，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 我主要負(fù)責(zé)三維的繪制，然后幫助他們完成剩下的設(shè)計(jì)計(jì)算。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我們熟悉的掌握了對SolidWorks的應(yīng)用，包括零件的三維建模，整個(gè)挖掘機(jī)的裝配及工程圖的繪制，在建模的同時(shí)也使我們更加深入的了解工作裝置如何工作，對所學(xué)知識有了一個(gè)清晰，直觀的認(rèn)識，并能做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)有工程機(jī)械教研室委托李捷老師指導(dǎo)和審閱，期間李老師對我的設(shè)計(jì)認(rèn)真指導(dǎo)，提出了許多寶貴的意見，在百忙之中一次次細(xì)心講解疑難之處，給予我很多幫助和關(guān)心。在此，我對李老師表示衷心的感謝，同時(shí)也感謝曾經(jīng)知道和幫助過我的其他各位老師和同學(xué)們。