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河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題
目
WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計及運(yùn)動仿真
學(xué) 科 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機(jī)094
姓 名 肖海那
指 導(dǎo) 教 師 王少雷
輔 導(dǎo) 教 師
摘要
液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的重要產(chǎn)品之一，具有較高的技術(shù)含量。工作機(jī)構(gòu)是液壓挖掘機(jī)的主要裝備，機(jī)構(gòu)各鉸點(diǎn)以及其具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計將是決定工作機(jī)構(gòu)性能水平的重要因素，決定了液壓挖掘機(jī)的工作性能，影響其最終使用性能的好壞，所以對液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的研究是十分有必要的。液壓挖掘機(jī)的主要特點(diǎn)為：能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動化控制，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。
本次設(shè)計的題目是WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計及運(yùn)動仿真。這種類型的挖掘機(jī)與其它類型的挖掘機(jī)相比，因有良好的性能而應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。
本次設(shè)計完成的主要任務(wù)有：挖掘機(jī)的類型及發(fā)展概況、液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計液壓挖掘機(jī)工作阻力的計算、液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計、液壓挖掘機(jī)工作裝置的受力分析和強(qiáng)度校核、挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計、挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動仿真
本次設(shè)計的主要參數(shù)是斗容量1.0m3,它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計挖掘機(jī)的工作裝置及進(jìn)行運(yùn)動仿真。挖掘機(jī)的工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，本設(shè)計對工作裝置的各個組成部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計，這其中包括了動臂、斗桿和鏟斗及其驅(qū)動裝置的設(shè)計。
在設(shè)計中，采用了履帶式行走裝置，來滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動控制而使整機(jī)性能得以改善。與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，其挖掘力提高到2～3倍，整機(jī)質(zhì)量為25噸，最大卸載高度約為4.53m，最大挖掘深度5.99m，最大挖掘半徑約為9.795m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。
關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī) 工作裝置 液壓系統(tǒng) 運(yùn)動仿真
ABSTRACT
Construction machinery hydraulic excavator is one of the most important products which has high technical content. Working mechanism is the main equipment of hydraulic excavator, each joint point and the design of the concrete structure are important factors to decide the working mechanism of the performance level, determining the working performance of hydraulic excavator, which influence the use performance is good or bad, so the research of hydraulic excavator is very necessary. The main characteristics of hydraulic excavator is as follow: It has a stepless speed regulation and wide speed range, it can obtain stable low speed, when action quickly, the hydraulic parts produce a small inertia and good acceleration performance, and it can be used for high speed reversal, produce smooth transmission, simple structure, can absorb the impact and vibration, labor-saving operation, it is easy to control automatically and realize the standardization, seriation and generalization.
The topic of the design is the design of WY100 hydraulic crawler excavator overall and the working device and motion simulation for the working device. Compared with the other types of excavator this type of excavator have good performance so used widely, it can reduce ground pressure by widening, lengthening and floating crawler for soft ground or marshes. The main tasks of the design are: Types and the development of the excavator, the overall design of hydraulic excavator, the working resistance calculation of the hydraulic excavator, the design of the working device ,stress analysis and strength check calculation of the working device, the hydraulic system design of the excavator working device , the motion simulation of excavator working device
The main parameter of the design is bucket capacity 1.0m3, it belongs to the small and medium-sized hydraulic excavator, the main tasks are the design and motion simulation of working device of excavator. The working device is the equipment that completes the task of mining directly, all the design of the work device components are designed in detail including the design of the boom, stick and bucket and a driving device.
This design used the crawler walking device to meet the requirements of the excavator. The upper part of the excavator is a full rotation swivel table so it can work in a greater scope. Because of the use of hydraulic drive control and make the machine performance can be improved. Compared with the mechanical excavators, the mining capacity increased to 2 ~ 3 times, the quality of the machine is 25 tons, the maximum discharge height is about 4.53M, the maximum digging depth is 5.99M, maximum digging radius of about 9.795m, can be seen from the operation ability has been greatly improved, not only the mining capacity but the light weight, smooth transmission, high efficiency and compact structure.
Keywords: hydraulic excavator working device hydraulic system motion simulation
目錄
第1章 緒論··················································································1
1.1挖掘機(jī)作用及其發(fā)展概況································································1
1.2挖掘機(jī)的分類·············································································2
1.3單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)、類型····························································3
1.4設(shè)計題目簡介·············································································4
第2章 總體設(shè)計············································································8
2.1 總體設(shè)計內(nèi)容及原則····································································8
2.2 選擇確定總體參數(shù)·······································································8
第3章 挖掘機(jī)工作阻力·································································15
3.1 工作液壓缸的理論挖掘力·····························································15
3.2 整機(jī)挖掘力·············································································16
3.3整機(jī)實(shí)際挖掘力·········································································17
第4章 工作裝置設(shè)計····································································18
4.1 設(shè)計要求················································································18
4.2 反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定························································18
4.3鏟斗設(shè)計·················································································24
4.4動臂機(jī)構(gòu)設(shè)計············································································27
4.5斗桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計·········································································31
4.6鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計····································································32
第5章 工作裝置受力分析和強(qiáng)度驗(yàn)算··············································35
5.1鏟斗及鏟斗連桿機(jī)構(gòu)分析······························································35
5.2斗桿及斗桿機(jī)構(gòu)分析····································································36
5.3動臂及動臂機(jī)構(gòu)分析····································································43
第6章 工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計························································49
6.1挖掘機(jī)工況特點(diǎn)和對液壓系統(tǒng)的要求·················································49
6.2液壓系統(tǒng)主要類型和特點(diǎn)······························································51
6.3液壓挖掘機(jī)的基本回路和輔助回路····················································52
6.4液壓系統(tǒng)圖··············································································54
第7章 運(yùn)動仿真···········································································56
7.1 引言·····················································································56
7.2 Solidworks模擬仿真的基本概述······················································56
7.3 Solidworks動畫模擬仿真的概述······················································57
7.4 液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維實(shí)體建?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?7
7.5 液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維實(shí)體裝配················································62
第8章 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)····································································64
第9章 致謝·················································································66
參考文獻(xiàn)·····················································································67
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計計算書
指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計題目：WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計及運(yùn)動仿真 設(shè)計人：肖海那
設(shè)計項(xiàng)目
計算與說明
結(jié)果
挖掘機(jī)的作用及其發(fā)展概況
挖掘機(jī)的分類
單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)，類型
設(shè)計題目簡介
國外發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)發(fā)展概況
第1章 緒論
1.1 挖掘機(jī)的作用及其發(fā)展概況
液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。
液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。
在建筑工程中，可用來挖掘土坑、排水溝，拆除廢舊建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。
在水利施工中，可用來開挖水庫、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。
在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。
在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道等。
在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。
在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。
所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ～Ⅳ級土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300～400個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
挖掘機(jī)械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺有確切記載的挖掘機(jī)械是1796年英國人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機(jī)驅(qū)動的“動力鏟”于1835年在美國誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有170多年歷史。1950年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。
1.2 挖掘機(jī)的分類
液壓挖掘機(jī)種類繁多，可以從不同角度對其類型進(jìn)行劃分。
⑴根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動類型劃分。
根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個主要機(jī)構(gòu)的動作均為液壓傳動，則為全液壓挖掘機(jī)。若液壓挖掘機(jī)中的某一個機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機(jī)。一般說來，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機(jī)構(gòu)上。對液壓挖掘機(jī)來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須是液壓傳動，只有行走機(jī)構(gòu)有的為液壓傳動，有的為機(jī)械傳動。
⑵根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型劃分
根據(jù)行走機(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。
履帶式液壓挖掘機(jī)應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機(jī)，還可通過加寬履帶來降低接地比壓。為防止對路面的碾壓破壞、有些液壓挖掘機(jī)還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機(jī)多為全液壓傳動。
輪胎式液壓挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動性好，可在多種路面通行的特點(diǎn)。近年來，輪胎式挖掘機(jī)的生產(chǎn)量日漸增長。
懸掛式液壓挖掘機(jī)是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機(jī)上，可以達(dá)到一機(jī)多用的目的。這種挖掘機(jī)拆裝方便，成本低廉。
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)動性好。
拖式液壓挖掘機(jī)沒有行走傳動機(jī)構(gòu)，行走時由拖拉機(jī)牽引，
⑶根據(jù)工作裝置劃分
根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動來完成作業(yè)動作。伸縮臂式挖掘機(jī)的動臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。
1.3 單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)、類型
單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動并以一個鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是以在機(jī)械傳動單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是目前挖掘機(jī)械中重要的品種。它由下列基本部分組成：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動力裝置、傳動操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備。常用的全回轉(zhuǎn)式（轉(zhuǎn)角大于360°）挖掘機(jī)，其動力裝置，傳動機(jī)構(gòu)的主要部分，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，輔助設(shè)備和駕駛室等都可裝在可回轉(zhuǎn)的平臺上，簡稱為上部平臺。因此常又把這類機(jī)械概括成有工作裝置，上部平臺和行走裝置三大部分組成。挖掘機(jī)的基本性能也就決定于各組成部分的構(gòu)造和性能。
單斗液壓挖掘機(jī)可按用途及其主要裝置的特征進(jìn)行分類。
按液壓挖掘機(jī)主要用途及其工作裝置的不同可分為通用型和專用型兩種。中小型多數(shù)為通用型，即以挖掘土壤容重18000N∕m3為標(biāo)準(zhǔn)反鏟斗的主要裝置外，還配有適于挖掘機(jī)各種輕重土質(zhì)和挖掘幅度的反鏟、正鏟、抓斗、裝載、起重等多種可換裝置。而大型液壓挖掘機(jī)則以礦用正鏟（同樣V=18000 N∕m3為標(biāo)準(zhǔn)型）為主要裝置外，一般亦配有挖掘輕重土、石料和各種挖掘幅度的正反鏟等裝置。主要用于礦山挖掘和裝載，稱采礦或礦用型。
按工作裝置的機(jī)構(gòu)不同分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)，常用者均為鉸接式，伸縮臂式挖掘機(jī)可因用于平整清理場地和坡道等作業(yè)，故有挖掘平地機(jī)之稱。
按行走裝置的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式等多種。
1.4 設(shè)計題目簡介
1.4.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史較長，液壓挖技術(shù)的不斷成熟使挖掘機(jī)得到全面的發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機(jī)的國家，1954年和1955年德國的德馬克和利渤海爾公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機(jī)；美國是繼德國以后生產(chǎn)挖掘機(jī)歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國家；日本挖掘機(jī)制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展上起來的，其主要特點(diǎn)是在引進(jìn)、消化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)的后起之秀，20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)入國際市場，并已擠入國際液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國之一。
20世紀(jì)60年代，挖掘機(jī)進(jìn)入成熟期，各國挖掘機(jī)制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品適應(yīng)性得到了較快的發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷得到提高，操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國卡特彼勒公司1955年以后推出的300B系列液壓挖掘機(jī)，采用一種命名為maestro的系統(tǒng)，通過載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)與液壓泵的嚴(yán)格匹配。Maestro控制面板在機(jī)型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國現(xiàn)代公司生產(chǎn)的ROBEX450-3型液壓挖掘機(jī)，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動確定最佳的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動機(jī)、液壓泵的速度及液壓用液壓系統(tǒng)壓力與實(shí)際工況相適應(yīng)，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本松、日立建機(jī)、神鋼、韓國大宇重工、德國的利渤海爾、英國的JCB等到公司均得到普遍應(yīng)用，代表了當(dāng)代液壓挖掘機(jī)的最高水平。
當(dāng)前，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。我國已經(jīng)形成了挖掘機(jī)的系列化生產(chǎn)，近年來還開發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國外的一些先進(jìn)的生產(chǎn)率較高的挖掘機(jī)型號。
由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都在大力發(fā)展單斗挖掘機(jī)。目前，單斗液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動力和傳動系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能；應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性；電子計算機(jī)檢測與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來，單斗液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢：
（1） 向大型化發(fā)展的同時向微型化發(fā)展。
（2） 更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。
（3） 不斷提高可靠性和使用壽命。
（4） 工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴(kuò)大。
（5） 由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動向電力驅(qū)動發(fā)展。
（6） 液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。
（7） 應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。
（8） 增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。
（9） 人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計中的充分利用。
1.4.2國內(nèi)發(fā)展概況
早在1958年國內(nèi)便開始了液壓挖掘機(jī)的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品。當(dāng)時出于受配件如發(fā)動機(jī)、液壓件及企業(yè)自身?xiàng)l件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平，與國外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。
到了80年代末和90年代初，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家液壓挖掘機(jī)技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率(同一機(jī)重的挖掘機(jī)功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大作業(yè)循環(huán)時間減小，作業(yè)效率大大提高)；高可靠性和追求司機(jī)操作的舒適性。
國內(nèi)原有的數(shù)家挖掘機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠為了生存和發(fā)展，利用自身的實(shí)力和豐富的挖掘機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，紛紛在工廠的技術(shù)改造、試驗(yàn)研究、新產(chǎn)品開發(fā)方面下大功夫。有的新開發(fā)的產(chǎn)品(也包括某些已生產(chǎn)多年的老產(chǎn)品)為了提高作業(yè)的可靠性，干脆采用了進(jìn)口的液壓件和發(fā)動機(jī)，甚至于整個傳動系統(tǒng)都按照采用國外元件來設(shè)計，這種經(jīng)過改型或新設(shè)計開發(fā)的液壓挖掘機(jī)其工作可靠性和作業(yè)效率得到很大的提高。這樣，引進(jìn)和消化國外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長足的進(jìn)步。
國內(nèi)液壓挖掘機(jī)行業(yè)近年來雖有很大發(fā)展，但與國外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在許多不足，其原因除了國內(nèi)挖掘機(jī)加工水平落后之外，挖掘機(jī)設(shè)計水平與發(fā)達(dá)國家相比也有較大的差距，尤其是一些先進(jìn)設(shè)計技術(shù)的掌握和應(yīng)用。國內(nèi)眾多的研究人員和單位對液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計進(jìn)行了不少研究，開發(fā)了其設(shè)計軟件，他們的研究基本上局限于解決某些問題，即工作裝置的幾何參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)和力參數(shù)等的解決。關(guān)于工作裝置設(shè)計參數(shù)分析和在CAD上其自動設(shè)計的綜合研究文獻(xiàn)還沒有。因此，開發(fā)出的軟件缺少通用性，不能使用于挖掘機(jī)工作裝鶯的一些通用問題的解決，對工程機(jī)械這個行業(yè)不具有通用性。特別是國內(nèi)，CAD在許多企業(yè)還停留在輔助制圖的程度上，當(dāng)然也有部分企業(yè)用CAD進(jìn)行空間布置設(shè)計。雖然部分軟件也有一定的分析計算能力，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計需要，對液壓挖掘機(jī)進(jìn)行分析的大型通用軟件目前市場上還很少。經(jīng)過近十年的研究，獲得了一些成果，但是研究還不夠深入，有些研究結(jié)果已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用過程中。目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計的重點(diǎn)在于，為了使挖掘機(jī)設(shè)計人員從繁忙的計算中解脫出來，現(xiàn)有工作裝置機(jī)構(gòu)的計算機(jī)輔助計算和優(yōu)化設(shè)計，即大多數(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計研究在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上局限進(jìn)行的，在這種情況下開發(fā)出一個專業(yè)的工作裝置設(shè)計工具和軟件顯得非常的重要。
國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的研究和發(fā)展動向應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技術(shù)性能和控制性能。（3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕化元件。（4）開展液壓自動控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)。（5）加強(qiáng)以提高安全性和環(huán)境保護(hù)為目的研究工作開發(fā)。（6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。（7）標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化。（8）開展液壓系統(tǒng)設(shè)計理論和系統(tǒng)性能分析研究。
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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計計算書
指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計題目：WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計及運(yùn)動仿真 設(shè)計人：肖海那
設(shè)計項(xiàng)目
計算與說明
結(jié)果
總體設(shè)計的內(nèi)容及設(shè)計原則
液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇
單斗液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)
總體參數(shù)的確定
初選履帶
其他參數(shù)的選擇與計算
工作液壓缸的理論挖掘力
鏟斗油缸的理論挖掘力
斗桿油缸的理論挖掘力
整機(jī)挖掘力
整機(jī)實(shí)際挖掘力
設(shè)計要求
確定動臂的結(jié)構(gòu)形式
確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式
斗桿油缸的布置
動臂與斗桿長度比的確定
確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式的斗齒的安裝結(jié)構(gòu)
鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式
液壓缸參數(shù)的確定
鏟斗的設(shè)計
動臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計
斗桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計
鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計
鏟斗及鏟斗連桿機(jī)構(gòu)分析
連桿
搖桿
銷軸
斗桿及斗桿機(jī)構(gòu)分析
動臂及動臂機(jī)構(gòu)分析
挖掘機(jī)工況特點(diǎn)和對液壓系統(tǒng)的要求
挖掘機(jī)工況特點(diǎn)
對液壓系統(tǒng)的要求
液壓系統(tǒng)主要類型和特點(diǎn)
定量系統(tǒng)
變量系統(tǒng)
液壓挖掘機(jī)的基本回路和輔助回路
基本回路
輔助回路
液壓系統(tǒng)圖
第2章 總體設(shè)計
2.1 總體設(shè)計的內(nèi)容及設(shè)計原則
根據(jù)液壓挖掘機(jī)設(shè)計任務(wù)的有關(guān)要求，應(yīng)在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計工作?？傮w設(shè)計主要內(nèi)容如下：
1.分析或擬定設(shè)計任務(wù)書，確定設(shè)計思想和原則，并提出整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想。
2.液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定。
3.液壓挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案確定。
4.各主要機(jī)構(gòu)作用力、速度、功率等分析計算。
5.液壓系統(tǒng)的確定。
6.液壓挖掘機(jī)的平衡、穩(wěn)定、生產(chǎn)率以及其他總體特性的分析計算等。
通過總體設(shè)計對所設(shè)計的液壓挖掘機(jī)作出初步的全面規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體圖等，為下一步設(shè)計分析計算提出依據(jù)。
2.2液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇
單斗液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)表明了挖掘機(jī)的規(guī)格和主要技術(shù)性能，因此在挖掘機(jī)總體設(shè)計中必須確定。
主要參數(shù)及選擇基本依據(jù)是：
1）設(shè)計任務(wù)書所規(guī)定的鏟斗容量、用途和作業(yè)要求，工作條件等；
2）有關(guān)國內(nèi)外同類型、同等級液壓挖掘機(jī)的技術(shù)資料，國家及企業(yè)的系列標(biāo)準(zhǔn)；
3）理論分析和經(jīng)驗(yàn)計算；
4）主要單位的要求和制造廠的生產(chǎn)條件等。
主要參數(shù)的選擇是液壓挖掘機(jī)總體方案設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)。它與挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和布置方案密切相關(guān)。在確定主要參數(shù)時，必須正確處理先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，正確處理相互制約的有關(guān)參數(shù)間的關(guān)系。要實(shí)事求是的分析和滿足各項(xiàng)性能的要求。盲目的提高和消弱某些參數(shù)都將帶來不良的結(jié)果。因?yàn)橥诰驒C(jī)是一個有機(jī)的整體，其性能的優(yōu)劣不僅與各部件的性能有關(guān)，更重要的是取決于各部件結(jié)構(gòu)特性的協(xié)調(diào)匹配。
合理的主要參數(shù)應(yīng)符合以下條件：
1)滿足使用要求——實(shí)用性。
2）適用于生產(chǎn)廠商的制造條件——可能性。
3）充分利用發(fā)動機(jī)的功率——經(jīng)濟(jì)性。
4）與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比有較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠性的工作性能——先進(jìn)性。
基本參數(shù)的確定方法：
1）比擬法（或稱類比法）：通過同類機(jī)型的比較得出參數(shù)值。
2）經(jīng)驗(yàn)公式法（或稱查表法）：即按概率統(tǒng)計歸納得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行概略的計算，得到參數(shù)。
3）按標(biāo)準(zhǔn)選定法：即按國家頒發(fā)的液壓挖掘機(jī)形式與基本參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值范圍，給定擬采用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定參數(shù)值。
4）理論分析計算法：即按擬定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計算，得出參數(shù)值。
本設(shè)計采用類比法、經(jīng)驗(yàn)公式法和標(biāo)準(zhǔn)法相結(jié)合，有的參數(shù)還通過理論分析校核來確定。
2.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)
1.尺寸參數(shù) 如工作尺寸，機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等；
2. 質(zhì)量參數(shù) 如整機(jī)重，各主要部件（或總成）的重等；
3. 功率參數(shù) 如發(fā)動機(jī)，液壓系統(tǒng)及主要機(jī)構(gòu)功率，力和速度等；
4. 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù) 如作業(yè)周期，生產(chǎn)率等。
液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的主要參數(shù)有三個：斗容量、機(jī)重和發(fā)動機(jī)功率。如斗容量直接反映了機(jī)械本身的挖掘能力和效果。機(jī)重則直接反映了機(jī)械本身的重量級，它對技術(shù)參數(shù)指標(biāo)影響很大，因挖掘機(jī)挖掘能力的發(fā)揮，功率的充分利用，機(jī)械的穩(wěn)定性都要以一定的機(jī)重來保證，因此機(jī)重反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，可用性的標(biāo)志。功率反映了機(jī)械的動力級，與其他參數(shù)有函數(shù)關(guān)系。
為促進(jìn)我國液壓挖掘機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，新修訂的液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用機(jī)重和標(biāo)準(zhǔn)斗容為標(biāo)志，液壓挖掘機(jī)新產(chǎn)品設(shè)計或老產(chǎn)品的改進(jìn)、整頓、變型設(shè)計等形式和參數(shù)的確定都應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
我國液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的主參數(shù)的定義為：標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘機(jī)容重18000 N∕m3的土壤時，鏟斗堆尖時的斗容量（m3）。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對于不同等級或容重的土壤可以配備相應(yīng)不同斗容量的鏟斗（m3）。
機(jī)重：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時的整機(jī)工作質(zhì)量（t）。
發(fā)動機(jī)功率：指發(fā)動機(jī)的額定功率（12小時工作），即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率（KW）。
2.2.2 總體參數(shù)的確定
總體參數(shù)的確定主要是履帶接地比壓和履帶尺寸的確定。
履帶式挖掘機(jī)的承載能力大小決定于機(jī)器運(yùn)行時的通過性和工作時的穩(wěn)定性。若挖掘機(jī)的兩條履帶與土壤表面完全接觸，并且挖掘機(jī)重心近似于支撐面中心，則挖掘機(jī)對土壤產(chǎn)生的壓力稱為土壤的平均比壓：
或
式中G——挖掘機(jī)的工作重量（Ｎ）；
Ｌ——履帶的支撐長度（cm）；
b——履帶的寬度（cm）；
h0——履帶的高度（cm）；
平均比壓是履帶式挖掘機(jī)的一個重要指標(biāo)，可以與同類型產(chǎn)品做比較。但實(shí)際工作時由于地面不平，兩條履帶不完全與地面接觸。例如，一條履帶與地面完全接觸，另一條履帶在某一點(diǎn)上。此外由于整機(jī)重心的偏移，履帶上的壓力是不均勻的。其中一端的比壓最大為，另一端比壓最小，甚至為零。
最大接地比壓決定了挖掘機(jī)能否在松軟地面上工作。因此與重心位置的關(guān)系對正確設(shè)計履帶行走裝置是非常重要的。
挖掘機(jī)的合力G將按作用的位置分配在兩條履帶上。設(shè)一條履帶所受的荷重為P偏心距為e，則履帶兩端的最大最小比壓為
考慮到橫向穩(wěn)定極限條件，設(shè)挖掘力合力G位于長度等于履帶寬度B的二分之一的半徑上，半徑與行走裝置的縱向夾角為ａ。
重心對截面重心O點(diǎn)的力矩為
將此力矩沿履帶方向及垂直于履帶方向?yàn)镸’及M’’； ，。
在一般結(jié)構(gòu)的挖掘機(jī)中ａ很?。?°～4°），近似為零，故可以認(rèn)為履帶最大比壓發(fā)生在工作裝置順履帶方向的位置，可由上述公式的
從上式可看出：比值L／B不應(yīng)太小，否則會加大值，一般情況下L／B為1.2～1.4。如用在軟地面工作則可加長履帶長度和加大履帶寬度來降低最大比壓值。
最小離地間隙h也是一個重要的參數(shù)。這是除履帶外機(jī)械最低點(diǎn)與地面之間的距離，它表明挖掘機(jī)通過地面障礙物（石頭，樹等）的能力。離地間隙要適當(dāng)，因?yàn)樗绊懙綑C(jī)械的重心位置，穩(wěn)定性以及機(jī)械機(jī)構(gòu)等。對液壓挖掘機(jī)通常取。
2.2.3初選履帶
關(guān)于履帶選擇的一些要求
1.在往鏈軌節(jié)上裝銷套時，其兩端的突出部分對稱度不得超過0.5mm，銷軸與鏈軌的壓裝部分應(yīng)勻等。
2.履帶組裝后，每節(jié)應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動，不得有卡死現(xiàn)象。
3.履帶組裝后，每十節(jié)內(nèi)的直線度不得大于4mm，履帶全長不得大于8mm。
4.履帶或零件，自裝機(jī)使用之日起，在符合說明書的規(guī)定的條件下，所有零件均不得損壞。
5.履帶的選擇，型號LD229，履帶的名義節(jié)距為229mm，履帶節(jié)距為228.60mm，履帶板寬度為600mm。
合理使用履帶應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1.正確選用履帶板寬度。
2.正確調(diào)整履帶的張緊度。
3.避免機(jī)器做不必要的高速后退與前進(jìn)。
4.避免單邊轉(zhuǎn)向。
5.避免長期傾斜作業(yè)。
履帶行走機(jī)構(gòu)零部件之間相互接觸、相對運(yùn)動就產(chǎn)生摩擦。磨損的快慢，除了與材料本身性能有關(guān)外，還與相對運(yùn)動速度、接觸的負(fù)荷大小成正比。由于履帶銷之間的節(jié)距大于驅(qū)動齒輪的節(jié)距，所以使驅(qū)動齒輪磨尖。使履帶張得過緊，負(fù)荷會很大。
2.2.4其他參數(shù)的選擇與計算
經(jīng)驗(yàn)公式計算法（查表法）是以液壓挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，對現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)的總體參數(shù)用概率方法得到各主要參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，以公式來確定挖掘機(jī)的各種參數(shù)。
根據(jù)任務(wù)書可知：G=25t
1） 線尺寸參數(shù)及線長度的確定
線尺寸參數(shù)：
由《工程機(jī)械設(shè)計》表1-3，?。?
標(biāo)準(zhǔn)臂系數(shù)：
K1=1.8
標(biāo)準(zhǔn)斗桿系數(shù)：
Kl2=0.8
斗長度系數(shù)：
Kl3=0.5
將上述系數(shù)分別代入上式中，得：
臂長： l1=5263mm
斗桿長： l2=2339mm
斗長度： l3=1462mm
2)質(zhì)量參數(shù)及質(zhì)量的確定
質(zhì)量參數(shù)主要包括各部分重，機(jī)體重心位置等，可以按下式確定：
(1)各機(jī)構(gòu)重量： 見表2-1
其中，為各部分質(zhì)量系數(shù)，見《工程機(jī)械設(shè)計》表1-4
表2-1各機(jī)構(gòu)重量