《斗液壓挖掘機設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《斗液壓挖掘機設(shè)計（21頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要 挖掘機械是工程機械的一種類型，是土石方開挖的主要機械設(shè)備，單斗液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并以鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械，液壓挖掘機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)計主要是設(shè)計25 t履帶式單斗液壓挖掘機反鏟工作裝置。主要對工作裝置機構(gòu)的幾何參數(shù)進行設(shè)計，通過測繪模型ZX200-3，運用Solidworks進行三維模型的繪制及裝配；計算液壓缸作用力、閉鎖力以及對閉鎖力進行驗算，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)計中應(yīng)注意工作裝置設(shè)計原則，在各部件滿足要求的條件下實現(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，實現(xiàn)挖掘的功能。 關(guān)鍵字：反鏟工作裝置，設(shè)計，三維，測繪計算 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)條件要求的同時照顧其它條件的性能。 1.1動臂和動臂液壓缸的布置方案 （1）動臂液壓缸的布置方式 動臂液壓缸連接著機身和動臂，是舉升整個工作裝置及物料的動力原件，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)計中采

3、用了整體下置式，在此方案中，動臂液壓缸置于動臂的前下方。比較容易使反鏟挖掘裝置獲得較大的挖掘力，而動臂液壓缸的與機身的鉸點A在垂直方向低于動臂與機身的鉸接點C。C布置于回轉(zhuǎn)平臺前部，有利于擴大作業(yè)半徑和挖掘深度。 （2）動臂的結(jié)構(gòu)形式 本次設(shè)計中采用了整體式彎動臂。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，有利于反鏟地面以下的挖掘作業(yè)；缺點是適應(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)計中采用了整體式斗桿。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單；缺點是難以滿足不同作業(yè)尺寸的要求，尤其是大范圍，遠距離的挖掘作業(yè)。 （2）

4、 斗桿液壓缸的布置形式 本次設(shè)計的反鏟挖掘機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)時斗桿液壓缸大腔能產(chǎn)生足夠的挖掘力和閉鎖力，回擺時斗桿液壓缸小腔能夠產(chǎn)生足夠的回擺力矩。 1.3鏟斗連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 本方案采用六連桿共點機構(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、支座和加強部分，整體為焊接結(jié)構(gòu)。斗側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，因為要挖溝和要求較好的導(dǎo)向性，因此在斗側(cè)壁接近斗前端上部裝設(shè)側(cè)齒，缺點是會增加挖掘阻力。 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 原始機型（ZAXIS200模型）機構(gòu)參數(shù)組成 鏟斗 斗桿 動臂 機體 符號意義（與現(xiàn)有機型比例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為動臂長 α1為動臂轉(zhuǎn)角 下置式 α11=∠ACV 第一類參數(shù)是決定運動機構(gòu)運動特性的必要參數(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 動臂的建模 1、編輯草圖1，使用直線命令繪制草圖 圖2-1 動臂拉伸草圖 2、退出草圖1點擊拉伸命令得到如下的實體 圖2-2 動臂拉伸實體 3、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點擊拉伸命令得到如下的實體 圖2-3 草圖 圖2-4 拉伸實體 4、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點擊拉伸命令 圖2-5 草圖 圖2-6 拉伸實體 5、 繪制的最終結(jié)果 圖2-7 動臂實體 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點擊拉伸命令得到如下的實體 圖2-9 拉伸實體 3、編輯草圖，用直線命令繪制如下草圖，后退出草圖2點擊拉伸命令得到如下的實體 圖2-10 草圖 圖2-11 拉伸實體 4、 繪制的最終結(jié)果 圖2-12 斗桿實體 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點擊拉伸命令得到如下的實體 圖2-13 鏟斗草圖 圖2

9、-14 拉伸實體 2、 繪制的最終結(jié)果 圖2-15 鏟斗實體 2.2.4工作裝置的裝配 1、 動臂機構(gòu)的裝配 圖2-16 動臂機構(gòu)裝配 2、 斗桿機構(gòu)的裝配 圖2-17 斗桿機構(gòu)裝配 3、 鏟斗機構(gòu)的裝配 圖2-18 鏟斗機構(gòu)裝配 2.3整機裝配圖 圖2-19 整機裝配圖 第三章 反鏟工作裝置參數(shù) 圖3-1 總體設(shè)計圖 3.1動臂機構(gòu)的設(shè)計 3.1.1設(shè)計的主要要求 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。 3.1.2動臂機構(gòu)與機身的鉸接點及參數(shù) 1、 動臂下鉸點C和動臂缸下鉸點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、動臂長度及彎角參數(shù) 圖3-2 動臂 原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為R1=9920mm CF=5828mm CB=2480mm BF=3610mm 動臂彎角 4、最大挖掘深度和最大卸載高度及動臂最大仰角和最大俯角

11、 圖3-3 動臂擺角 由測繪值可知： 最大仰角=85° 最大俯角=15° 動臂的擺角范圍=70° 5、動臂油缸的缸數(shù) 動臂油缸缸數(shù)為2個。 6、動臂缸全伸長度、全縮長度和伸縮比 由測繪值可知： 全伸長度=3170mm 全縮長度=2136mm 動臂缸的伸縮比 =3170mm/2136mm=1.48 3.1.3動臂與斗桿之比 動臂與斗桿的長度比，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，宜斗桿挖掘為主。 3.2斗桿機構(gòu)的設(shè)計 3.2.1設(shè)計的主要要求 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鏟斗連桿機構(gòu)的設(shè)計 圖3-5 鏟斗連桿機構(gòu)參數(shù) 3.3.1設(shè)計的主要要求 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、機構(gòu)運動無干涉（避免轉(zhuǎn)斗缸全伸時斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象） 3.3.2連桿機構(gòu)的參數(shù) MN=640mm MK=600mm NQ=483mm KQ=447mm 3.3.3鏟斗機構(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。 5、斗形參數(shù) 鏟斗的主要參數(shù)有四個，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，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：動臂液壓缸最長，鏟斗液壓缸最長，斗桿液壓缸由最短到最長，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：動臂液壓缸最長，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，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：斗桿液壓缸最長，鏟斗液壓缸固定，動臂液壓缸由最長到最短，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：動臂液壓缸最短，斗桿液壓缸最長，鏟斗液壓缸由原固定值縮至F丶Q丶V三點一線，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：動臂液壓缸最短，鏟斗液壓缸固定，F(xiàn)丶Q丶V三點一線，斗桿液壓缸由最長到最短，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：動臂液壓缸最短，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三點一線，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 段：斗桿液壓缸最短，鏟斗液壓

18、缸為上衣弧段時的狀態(tài)，動臂液壓缸由最短到最長，由斗齒尖繞點以為半徑轉(zhuǎn)動形成。 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 動臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定 確定出動臂液壓缸作用力和閉鎖力，就能確定出動臂缸的缸徑。 5.1動臂液壓缸的作用力 動臂液壓缸應(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最高和最遠的位置。 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） 動臂（G1） 斗桿（G2） 鏟斗（G3） 斗桿缸（G4） 鏟斗缸（G5） 連桿搖桿（G6） 動臂缸（G7） 機重（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 動臂（G1） 斗桿（G2） 鏟斗（G3） 斗桿缸（G4） 鏟斗缸（G5） 連桿搖桿（G6） 動臂缸（G7） 機重（G） 1.385 0.66 0.69 0.25 0.21 0.14 0.27 25 依據(jù)以下三個位置動臂液壓缸的舉升力： 1、 工況一：從最大挖掘深度處提起滿載斗時所需要的動臂缸舉升力，圖上所有重心位置及到C點的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實際的存在誤差，只能對動臂缸的作用力作估計計算。如圖5-1所示 圖5-1動臂液壓缸作用力計算簡圖（工況一） 各構(gòu)件到動臂鉸點的力臂值如表

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

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

23、5-3動臂液壓缸作用力計算簡圖（工況三） 各構(gòu)件到動臂鉸點的力臂值如表5.5所示： 表5.5各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動臂缸 力臂 5524 737 3125 5524 950 3500 5330 510 420 求得： 綜上所述，動臂缸最大舉升力 5.2動臂液壓缸的閉鎖力 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)膭颖垡簤焊组]鎖壓力既能起到保護元件的目的又能保證主動油缸發(fā)揮最大挖掘力使正常作業(yè)順利進行。過大的閉鎖壓力不但起不

24、到保護液壓系統(tǒng)及其元件的作用，而且會對系統(tǒng)提出過高的要求，這樣既不經(jīng)濟，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)使主動液壓缸能發(fā)揮出最大挖掘力的同時還能起到保護元件的作用。常選定以下三個工況進行閉鎖力分析： Ⅰ.動臂最低，斗桿鉛垂，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂最大； Ⅱ.動臂最低，F(xiàn)、Q、V三點一線，斗桿挖掘且作用力臂最大； Ⅲ.動臂最低，挖掘深度最大，F(xiàn)、Q、V三點一線，鏟斗挖掘，克服平均阻力。 工況一：動臂液壓缸全縮，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，挖掘阻力對動臂鉸點C，斗桿鉸點F所造成的力矩均接近最大值，而動臂液壓缸的力臂值為最小 注： 鏟

25、斗缸的主動作用力P3為 轉(zhuǎn)斗液壓缸可通過對Q點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 各點對F點取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動作用力 圖5-5液壓缸閉鎖壓力計算簡圖（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： 同樣對動臂在平臺上的支撐點C取矩

26、，求得動臂液壓缸所受的被動作用力， 此時動臂缸受拉，液壓缸的閉鎖力等于小腔作用力 在此工況下動臂液壓缸小腔閉鎖力不足，超出的百分比為： 工況二：動臂最低，即動臂液壓缸全縮，F(xiàn)、Q、V三點一線，斗桿液壓缸產(chǎn)生最大挖掘力，挖掘阻力對動臂鉸點C的力矩接近最大值，而動臂液壓缸的力臂為最小。 注： 轉(zhuǎn)斗液壓缸可通過對Q點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 各點對F點取矩，可得到鏟斗液壓缸所受的被動作用力 此時斗桿缸的主動作用力 在此工況下閉鎖力富裕，斗桿缸會出現(xiàn)被動回縮現(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： 同樣對動臂在平臺上的支撐點C取矩，求得動臂液壓缸所受的被動作用力， 此時動臂缸受拉 在此工況下動臂缸會出現(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：動臂液壓缸全縮，F(xiàn)、Q、V三點一線且與地面垂直，挖掘阻力對動臂鉸點C必將造成最大的挖掘阻力矩，它會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為是不合理的。因此在這種情況下挖掘時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)計時可取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，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 各點對F點取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動作用力 此時斗桿缸的主動作用力 在此工況下閉鎖力富裕，超出的百分比為： 同樣對動臂在平臺上的支撐點C取矩，求得動臂液壓缸所受的被動作用力， 此時動臂缸受拉

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臂油缸閉鎖壓力是保證這些指定工況下主動油缸能發(fā)揮最大挖掘力的最低限定壓力。實際分析計算中難以對所有的工況計算油缸應(yīng)產(chǎn)生的閉鎖壓力，事實上，對所有的工況都保證主動油缸能充分發(fā)揮其最大挖掘力是不現(xiàn)實的，也是不可取的，因為，某些工況下所需的閉鎖壓力可能會很大，如照此工況設(shè)定閉鎖壓力，將會對系統(tǒng)帶來更高甚至難以達到的要求，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 工作裝置運動分析 6.1 動臂運動分析 6.1.1動臂擺角運動范圍 動臂油缸的最小長度；動臂油缸的伸出的最大長度； A：動臂油缸的下鉸點；B：動臂油缸的上鉸點；C：動臂的下鉸點. 圖6-1 動臂擺角范圍計算簡圖 φ1是L1的函數(shù)。動臂上任意一點在任一時刻也都是L1的函數(shù)。如圖6-1所示，圖中動臂油缸的最短長度；動臂油缸的伸出的最大長度；動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最小值；動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最大值；A：動臂油缸的下鉸點；B：動臂油缸的上鉸點；C：動臂的下鉸點。 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的表達式： α21 =α20+α11-θ1 當(dāng)F點在水平線CU之下時α21為負，否則為正。 F點的坐標(biāo)為 XF = l30+l1×cosα21 YF = l30+l1×Sinα21 C點的坐標(biāo)為 XC = XA+l5×COSα11 = l30 YC

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

35、，這里只討論斗桿相對于動臂的運動，即只考慮L2的影響。 D-斗桿油缸與動臂的鉸點點； F-動臂與斗桿的鉸點； E-斗桿油缸與斗桿的鉸點； θ斗桿擺角. 圖6-3 斗桿機構(gòu)擺角計算簡圖 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θ2 = COS-1（l9/l8），L2 = 6.2.2斗桿Q點運動范圍 又因

36、為 得 從而得 所以Q點運動方程： + + 6.3 鏟斗運動分析 圖6-4 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡圖 鏟斗相對于XOY坐標(biāo)系的運動是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對于斗桿的運動，如圖6-4所示，G點為鏟斗油缸與斗桿的鉸點，F(xiàn)點為斗桿與動臂的鉸點Q點為鏟斗與斗桿的鉸點，v點為鏟斗的斗齒尖點，K點為連桿與鏟斗的餃點，N點為曲柄與斗桿的鉸點，M點為鏟斗油缸與曲柄的鉸點，H點為曲柄與連桿的鉸點。 6.3.1 鏟斗連桿機構(gòu)傳動比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點的作用力臂r1 r1 = l13×Si

38、nα32 連桿HK對N點的作用力臂r2 r2 = l13×Sin ∠NHK 而由r3 = l24，r4 = l3 有[3] 連桿機構(gòu)的總傳動比 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代入可得初傳動比i0，L2max代入可得終傳動比iz。 6.3.2鏟斗相對于斗桿的擺角 鏟斗的瞬時位置轉(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暫時未定，其在后面的設(shè)計中可以得到。 當(dāng)鏟斗油缸長度L3分

39、別取L3max和L3min時，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點運動分析 如圖6-4所示，斗齒尖V點的坐標(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)表達式，那么整機作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下: 由F點知： α32= ∠CFQ= π –α3-α4-α6-θ2 在三角形CDF中：∠DCF由后面的設(shè)計確定，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)點的值。 參考文獻 [1] 史青錄，液壓挖掘機。北京：機械工業(yè)出版社。2011.12 [2] 曹善華，余涵等，單斗液壓挖掘機。同濟大學(xué)出版社。1987 [3] 周靜卿，機械制圖與計算機繪圖。機械工業(yè)出版社。1998 [4] 唐增寶、何永然、劉安俊，機械設(shè)計課程設(shè)計，第二版，華中科技大學(xué)出版社。1999 [5] 同濟大學(xué)，鏟土運輸機械，第二版，中國建筑工業(yè)出版社。1987 [6] 孫恒、陳作模，機械原理

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

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)資料和挖掘機機的相關(guān)產(chǎn)品資料，計算中所用標(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械設(shè)計中的已有經(jīng)驗、慣例進行，并在說明書中作了相應(yīng)的含義說明，整個計算方法采用以參考已有標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗為主，自己個人意見思路為輔進行，因而一些數(shù)據(jù)和方法還不能與實際使用情況相吻合。 繪圖部分采用SolidWorks繪圖軟件進行，在繪圖過程中對之前所學(xué)計算機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實的基礎(chǔ)。 我主要負責(zé)三維的繪制，然后幫助他們完成剩下的設(shè)計計算。經(jīng)過本次設(shè)計，我們熟悉的掌握了對SolidWorks的應(yīng)用，包括零件的三維建模，整個挖掘機的裝配及工程圖的繪制，在建模的同時也使我們更加深入的了解工作裝置如何工作，對所學(xué)知識有了一個清晰，直觀的認識，并能做到理論與實踐相結(jié)合。 本次畢業(yè)設(shè)計有工程機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)計認真指導(dǎo)，提出了許多寶貴的意見，在百忙之中一次次細心講解疑難之處，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。