1764_液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計

1764_液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計,液壓,挖掘機(jī),工作,裝置,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 學(xué) 號 078105222學(xué) 生 姓 名 盧越 指 導(dǎo) 教 師 邢普填 表 日 期 2011 年 5 月 20 日一、選題的依據(jù)及意義：液壓挖掘機(jī)反鏟挖掘裝置大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機(jī)器重量，傳動平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機(jī)的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。在實際工作中，熟練的液壓挖掘機(jī)人員可根據(jù)實際情況，合理操縱各個液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合　工作，實現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。工作裝置是工程機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的裝置，該裝置直接影響到整機(jī)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，因此合理的設(shè)計有著重大意義，尤其是土方工程機(jī)械，作業(yè)過程中動力裝置的大部分能量消耗在挖掘土壤上。由于工作裝置的重量和成本只占整個機(jī)械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能耗，提高效率，從研究工作裝置入手，在通常情況下，僅耗用較少的材料和費(fèi)用就能明顯地提高機(jī)械的性能，而機(jī)械的結(jié)構(gòu)無需作重大改變。工程施工對工程機(jī)械的工作裝置提出的高效、多能，能適應(yīng)各種作業(yè)條件的要求，促使工作裝置在結(jié)構(gòu)形式和材料選用上不斷提高改進(jìn)，許多工作裝置的操縱已采用液壓伺服系統(tǒng)或自動控制，是機(jī)械的操縱力大大減小，生產(chǎn)效率利用顯著提高，取得了良好的效果。在眾多的工作裝置中，裝載機(jī)的工作裝置的設(shè)計具有一定的典型性二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：　　第一臺手動挖掘機(jī)問世至今已有 130 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動半回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。我國的挖掘機(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)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(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，開始了我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。1967 年開始，我國自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的 WYl00 型、貴陽礦山機(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簤和诰驒C(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。 到 20 世 紀(jì) 80 年 代 末 ，我 國 挖 掘 機(jī) 生 產(chǎn) 廠 已 有 30 多 家 ， 生 產(chǎn) 機(jī) 型 達(dá) 40 余 種 。 但 總 的 來 說 ， 我 國 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 際 先 進(jìn) 水 平 相 比 ， 有 很 大 的 差 距 。我 國 單 斗 液 壓 挖 掘 機(jī) 應(yīng) 向 全 液 壓 方 向 發(fā) 展 ； 斗 容 量 宜 控 制 在 0.1-15 m³； 而對 于 大 型 及 多 斗 挖 掘 機(jī) ， 由 于 液 壓 元 件 的 制 造 、 裝 配 精 度 要 求 高 ， 施 工 現(xiàn) 場 維 修 條件 差 等 ， 則 仍 以 機(jī) 械 式 為 主 。 應(yīng) 著 手 研 究 、 運(yùn) 用 電 液 控 制 技 術(shù) ， 以 實 現(xiàn) 液 壓 挖 掘 機(jī)操 縱 的 自 動 化 。 　 改 革 開 放 以 來 ， 積 極 引 進(jìn) 、 消 化 、 吸 收 國 外 先 進(jìn) 技 術(shù) ， 以 促 進(jìn) 我 國 挖 掘 機(jī)行 業(yè) 的 發(fā) 展 。 例 如 ， 中 國 第 一 拖 拉 機(jī) 工 程 機(jī) 械 公 司 、 廣 西 玉 柴 股 份 有 限 公 司、 柳 州 工 程 機(jī) 械 廠 等 。 這 些 企 業(yè) 經(jīng) 過 幾 年 的 努 力 已 達(dá) 到 一 定 的 規(guī) 模 和 水 平 。 　 　業(yè) 內(nèi) 人 士 指 出 ， 我 國 單 斗 液 壓 挖 掘 機(jī) 應(yīng) 向 全 液 壓 方 向 發(fā) 展 ； 斗 容 量 宜 控 制 在 0.1-15 m3； 而 對 于 大 型 及 多 斗 挖 掘 機(jī) ， 由 于 液 壓 元 件 的 制 造 、 裝 配 精 度 要 求 高， 施 工 現(xiàn) 場 維 修 條 件 差 等 ， 則 仍 以 機(jī) 械 式 為 主 。 應(yīng) 著 手 研 究 、 運(yùn) 用 電 液 控 制技 術(shù) ， 以 實 現(xiàn) 液 壓 挖 掘 機(jī) 操 縱 的 自 動 化 。工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國 家 的 挖 掘 機(jī) 生 產(chǎn) 較 早 ， 法 國 、 德 國 、 美 國 、 俄 羅 斯 、 日本 等 是 斗 容 量 3.5-40 m3 單 斗 液 壓 挖 掘 機(jī) 的 主 要 生 產(chǎn) 國 ， 從 20 世 紀(jì) 80 年 代開 始 生 產(chǎn) 特 大 型 挖 掘 機(jī) 。 例 如 ， 美 國 馬 利 昂 公 司 生 產(chǎn) 的 斗 容 量 50-150 m3 的剝 離 用 挖 掘 機(jī) ， 斗 容 量 132 m3 的 步 行 式 拉 鏟 挖 掘 機(jī) ； B-E(布 比 賽 路 斯 一 伊利 )公 司 生 產(chǎn) 的 斗 容 量 168.2 m3 的 步 行 式 拉 鏟 挖 掘 機(jī) ， 斗 容 量 107 m3 的 剝離 用 挖 掘 機(jī) 等 ， 是 世 界 上 目 前 最 大 的 挖 掘 機(jī) 。 從 20 世 紀(jì) 后 期 開 始 ， 國 際 上 挖 掘 機(jī) 的 生 產(chǎn) 向 大 型 化 、 微 型 化 、 多 功 能 化、 專 用 化 和 自 動 化 的 方 向 發(fā) 展 。 三、研究內(nèi)容及實驗方案： 主要對由動臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計。具體內(nèi)容包括以下四部分:1．挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計。工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一。因用途不同，工作裝置的種類繁多，其中最主要的有反產(chǎn)裝置，正鏟裝置，起重裝置和抓斗裝置等。而同一種裝置也可以有許多種結(jié)構(gòu)形式，有的多達(dá)數(shù)十種，以適應(yīng)各種不同的作業(yè)條件。主要設(shè)計的內(nèi)容有動臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式。動臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)型式往往取決于動臂的結(jié)構(gòu)型式。反鏟動臂可以分為整體式和組合式兩類。整體式動臂有直動式和組合式兩類。直動式臂結(jié)構(gòu)簡單，輕巧，布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī)。采用整體式彎動臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式。整體式彎動臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)度值得注意，近年來懸掛式挖掘機(jī)出現(xiàn)了小彎臂的結(jié)構(gòu)形式，是直動臂的改良，動臂的箱型結(jié)構(gòu)可以不用開口，動臂和斗桿油缸及管路的布置也比較方便。整體式動臂結(jié)構(gòu)簡單，價廉。剛度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置較少，通用性較差。而組合式動臂有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） ．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化調(diào)整。（2） ．較合理的滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求。（3） ．裝車運(yùn)輸比較方便。綜上選用組合式方案2．挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析。通過研究平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的規(guī)律，綜合利用作圖法與解析法，得出各構(gòu)件的長度與位置。作圖法精度不夠，只是一種近似的計算方法。3．工作裝置各部分的基本尺寸的計算和驗證。動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 （1） ．動臂機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)位置的選擇。（2） ．動臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇確定斗桿液壓缸的鉸點(diǎn)位置，行程及力臂比時應(yīng)該考慮以下因素：（1） ．保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。（2） ．保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。（3） ．保證斗桿的擺角范圍。鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇反鏟鏟斗及機(jī)構(gòu)有四桿機(jī)構(gòu)的，也有六桿機(jī)構(gòu)的。作為機(jī)構(gòu)的桿長參數(shù)一般都預(yù)先選定。這些參數(shù)必須滿足以下要求：（1） ．鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍（2） ．鏟斗機(jī)構(gòu)的載荷分析4．工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對由動臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計。二 設(shè)計方案反鏟裝置的合理設(shè)計問題至今尚未理想的解決。以往多按經(jīng)驗，采用統(tǒng)計和作圖試湊的方法，現(xiàn)在則盡可能采用數(shù)解分析方法，并利用電子計算機(jī)輔助設(shè)計。反鏟方案的選擇主要依據(jù)是設(shè)計任務(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。此處確定為通用工作裝置。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)條件的同時照顧其它條件下的性能。設(shè)計方法主要是通過利用經(jīng)驗公式計算設(shè)計量，動臂，斗桿，轉(zhuǎn)斗。將計算得到的設(shè)計量帶入精確的計算公式來驗證設(shè)計量是否得當(dāng)。若有出入，則再修改設(shè)計量。直到由設(shè)計量計算出的最大挖掘深度，挖掘半徑。最大卸載高度與給定的參數(shù)相吻合。具體步驟如下1．動臂及動臂液壓缸的布置確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合式方式，確定動筆液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。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)。3．確定動臂與斗桿的長度比，及特性參數(shù) K1=L1/L2。對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可以在很大的范圍內(nèi)選擇。一般當(dāng) K1>2 時稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng) K1<1.5 時屬于短動臂長斗桿方案。K1 在 1.5~2之間稱為中間比例方案。4．確定配套鏟斗的種類,斗容量及其主要參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動比是否需要調(diào)節(jié)。5．根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力，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 λ，考慮到結(jié)構(gòu)尺寸，運(yùn)動余量，穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動幅度等因素，一般取 λ1=1.6~1.7，個別情況下因動臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取 λ1<=1.756．斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇對于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主的中小型反鏟，選擇斗桿參數(shù)時必須注意轉(zhuǎn)斗挖掘時斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓缸的挖掘力能得到充分發(fā)揮。而斗桿的擺角范圍大致在 105~125 之間。在滿足工作范圍和運(yùn)輸要求的條件下此值盡可能的取得小些，對以斗桿挖掘為主的中型機(jī)更應(yīng)注意到這一點(diǎn)。一般說斗桿愈長，其擺角范圍可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時伸出最長時，鏟斗前臂與動臂之間的距離應(yīng)大于 10cm。根據(jù)斗桿挖掘阻力計算，并參照國內(nèi)外同類型機(jī)器斗桿挖掘力值，按要求的最大挖掘力確定斗桿液壓缸的最大作用力臂值 l9。斗桿上∠EFQ 取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍，一般在 130o~170o 之間。動臂上∠DFZ 也是結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)因素預(yù)先估計。斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)最后還必須按閉鎖性能校核。7.鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇反鏟鏟斗及機(jī)構(gòu)有四桿機(jī)構(gòu)的，也有六桿機(jī)構(gòu)的。轉(zhuǎn)角范圍大致為 90o~110o，為了滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150o~180o。為了挖掘深溝及垂直側(cè)壁的要求，不使斗底先于斗齒接觸土壤，常采用大仰角機(jī)構(gòu)，總轉(zhuǎn)角必須選擇適當(dāng)，不宜過大。設(shè)計時還要避免當(dāng)鏟斗液壓缸全伸時斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度（1） 工作進(jìn)度表1. 查找資料，外文資料翻譯（不少于 6000 字符），開題報告 第 1 周-第 2 周2．運(yùn)動及動力參數(shù)計算 第 3 周-第 4 周3．總裝配圖設(shè)計 第 5 周-第 6 周4. 工作裝置各部分基本尺寸設(shè)計 第 7 周-第 8 周5．用 UG/proe 對系統(tǒng)進(jìn)行實體建模和設(shè)計 第 9 周-第 11 周6. 繪制零、部件圖 第 12 周-第 13 周7. 畢業(yè)論文撰寫 第 14 周-第 16 周8 .答辯準(zhǔn)備及論文答辯 第 17 周-第 17 周（2） 挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要特點(diǎn)：反鏟主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。其挖掘軌跡決定于各油缸的運(yùn)動及其相互配合的情況。當(dāng)采用動臂油缸工作并進(jìn)行挖掘時（斗桿油缸和鏟斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半徑和最長的挖掘行程。此時鏟斗的挖掘軌跡是以動臂下鉸點(diǎn)為中心，斗齒尖至該鉸點(diǎn)的距離為半徑而做的圓弧線，其極限挖掘高度和深度（不是最大挖掘深度即圓弧線之起點(diǎn)、終點(diǎn)，分別決定于動臂的最大上傾角和下傾角（動臂對水平線的夾角） ，也即決定于動臂油缸的行程。由于這種挖掘方式時間長并且由于穩(wěn)定條件限制挖掘力的發(fā)揮，實際工作中基本不采用。在實際挖掘工作過程中，往往需要采用各種油缸的聯(lián)合工作。如當(dāng)挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑時，則采用動臂與斗桿兩種油缸同時工作當(dāng)挖掘坑底，挖掘行程將結(jié)束為加速將鏟斗裝滿土，以及挖掘過程需要改變鏟斗與切削角等情況下，則要求采用斗桿與鏟斗油缸共同工作。顯然此時挖掘機(jī)的挖掘軌跡是由相應(yīng)油缸分別工作時的軌跡組合而成。當(dāng)然，這種動作能否實現(xiàn)決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計絡(luò)圖，即挖掘機(jī)在任意正常工作周位置時，控制到的工作范圍，圖上各控制尺寸即液壓挖掘機(jī)的工作尺寸。對于反鏟裝置的只要工作尺寸為最大挖掘深度和最大挖掘半徑，包絡(luò)圖中可能有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機(jī)停機(jī)點(diǎn)以下，這一范圍的土壤雖然能挖掘但可能引起土壤的崩塌而影響機(jī)械的穩(wěn)定性和安全性，除有條件的挖溝作業(yè)一般不使用。故有的挖掘機(jī)工作尺寸圖上標(biāo)明有效的工作范圍，或以虛線表明此段的挖掘軌跡如圖所示。圖一挖掘機(jī)反鏟裝置的最大挖掘力決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力，油缸尺寸，以及油缸間作用力影響（斗桿，動臂油缸的閉鎖壓力及力臂）外。還決定與整機(jī)的穩(wěn)定和地面的附著情況。反鏟挖掘機(jī)速度結(jié)構(gòu)尺寸已定的條件下決定于液壓系統(tǒng)對工作油缸的供油量，對動臂油缸和斗桿油缸為提高其單獨(dú)工作的挖掘速度，在液壓系統(tǒng)中可采用合流供油措施來保證。液壓反鏟都采用轉(zhuǎn)斗卸土，卸載較準(zhǔn)確，平穩(wěn)，便于裝車工作。五、參考文獻(xiàn)[1]成大先主編 .機(jī)械設(shè)計手冊(第三版,第三卷), 第十四篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社,1992 年[2]付 越，鄧子龍. 基于 ProE 的液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置運(yùn) 動仿真， 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