機(jī)械——拖拉機(jī)后部挖掘機(jī)具擺臂設(shè)計(jì)[精選]

1、拖拉機(jī)后部挖掘機(jī)具擺臂設(shè)計(jì)【摘要】拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具，是拖拉機(jī)功能的工程拓展，在國(guó)外，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，機(jī)具的安全性和穩(wěn)定性都比較好，國(guó)內(nèi)與之相比還有一定的差距。拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的工作性能與挖掘裝置的設(shè)計(jì)有很大的關(guān)聯(lián)，本文通過(guò)對(duì)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的研究，通過(guò)嚴(yán)密的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)一種有較好的安全性和穩(wěn)定性的拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具，希望可以在提高挖掘機(jī)具反鏟挖掘裝置性能方面提供一些具有實(shí)踐性意義的思路?！娟P(guān)鍵詞】拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具，反鏟挖掘裝置 abstractafter tractor excavating machine tools, it is the development of t

2、ractor function engineering. in foreign countries, the rear tractor excavator has developed very mature, the safety and stability of the machine tools are good, and there is a certain gap compared with it in china. there is a great connection between the working performance of the tractor rear excav

3、ator and the design of the excavator. through the study of the tractor rear excavator, this paper designs a kind of rear tractor excavator with better safety and stability through the rigorous calculation method, and hopes to improve the performance of the excavating device of the backhoe of the exc

4、avator. some practical ideas are provided.key wordstractor rear excavating machine, backhoe digging device目 錄【摘要】i【關(guān)鍵詞】iabstractiikey wordsii11112222333444556788設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)121.緒論近些年，我國(guó)的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，農(nóng)民的生活水平也相應(yīng)地得到了提升，農(nóng)用拖拉機(jī)的需求量也越來(lái)越多。在拖拉機(jī)上安裝上后挖掘機(jī)具后，可以用于園林養(yǎng)護(hù)、農(nóng)田水利建設(shè)、基坑開(kāi)挖與回填等多個(gè)領(lǐng)域。拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具在工作時(shí)，通常不能進(jìn)行側(cè)移，而是利用回

5、轉(zhuǎn)支承，挖掘工作裝置可以180回轉(zhuǎn)。拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具通常采用蛙腿式支撐作為支腿，蛙腿式支撐具有較好的穩(wěn)定性，有助于提升拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的挖掘能力。動(dòng)臂懸掛系統(tǒng)在后挖掘機(jī)具中也較為常見(jiàn)，使用動(dòng)臂懸掛系統(tǒng)，動(dòng)臂油缸和動(dòng)臂間，只需要很小的距離，就可以形成很大的動(dòng)臂轉(zhuǎn)角。在拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具上，一般會(huì)安裝座椅，以便后挖掘機(jī)具的操作者可以直接看到挖掘?qū)ο蟆０凑胀侠瓩C(jī)與后挖掘機(jī)具的連接方式進(jìn)行分類，可以分為：1.后懸掛安裝式；2.固定安裝式。在拖拉機(jī)的后懸掛桿件上安裝后挖掘機(jī)具，這種方式即是后懸掛安裝式，這種安裝方式的優(yōu)勢(shì)在于：后挖掘機(jī)具拆卸方便，運(yùn)輸便利。但是，選用后懸掛安裝式時(shí)，為了避免拖拉機(jī)提升器在進(jìn)

6、行挖掘工作時(shí)提升臂向上運(yùn)動(dòng)，需要增加限位裝置。采用固定安裝式時(shí)，后挖掘機(jī)具被固定在拖拉機(jī)上，這種連接方式穩(wěn)定性較好，但拆卸麻煩。按照后挖掘機(jī)具的動(dòng)力取入方式進(jìn)行分類，可以分為：1.后挖掘機(jī)具由拖拉機(jī)的液壓輸出驅(qū)動(dòng)作業(yè)；2.后挖掘機(jī)具由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)作業(yè)。采用拖拉機(jī)液壓輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，拖拉機(jī)提升器的液壓輸出口直接連著后挖掘機(jī)具的液壓進(jìn)油口，后挖掘機(jī)具用的是拖拉機(jī)的液壓過(guò)濾系統(tǒng)，因此需要經(jīng)常清洗拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)。采用拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，后挖掘機(jī)具通常自帶液壓過(guò)濾系統(tǒng)，使用時(shí)更方便一些。拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具發(fā)展概況在國(guó)外，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具已經(jīng)發(fā)展了近50年。英國(guó)最早研發(fā)出拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具，發(fā)展

7、至今，歐美國(guó)家每臺(tái)拖拉機(jī)售出時(shí)，幾乎都會(huì)帶有后挖掘機(jī)具。國(guó)外一些知名的拖拉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，比如kubota、agco、cnh global等，這些企業(yè)在生產(chǎn)拖拉機(jī)時(shí)，都會(huì)生產(chǎn)與它們拖拉機(jī)配套的后挖掘機(jī)具。另外還有一些只生產(chǎn)后挖掘機(jī)具的知名企業(yè)，比如machinery、litw、ansung等?？傮w而言，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)較高的高度，無(wú)論是機(jī)具的安全性還是操作性，都已經(jīng)非常成熟。拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具發(fā)展概況相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)的拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的發(fā)展相對(duì)落后，機(jī)具的可靠性和技術(shù)水平都落后于國(guó)外技術(shù)成熟的國(guó)家。隨著國(guó)內(nèi)新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)，可以預(yù)見(jiàn)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的發(fā)展有著廣闊的市場(chǎng)前景。目前，

8、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的廠家主要有：山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所，等，國(guó)內(nèi)的拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具年產(chǎn)量接近1000臺(tái)，產(chǎn)品主要出口國(guó)外，內(nèi)銷極少。在實(shí)際生活中，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具有著極其廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的工程項(xiàng)目中，施工對(duì)象與技術(shù)一直在變化著，小型工程機(jī)械的需求量日益增加，其中便包括了拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具。目前，國(guó)內(nèi)的許多生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具時(shí)，通常是在參考液壓挖掘機(jī)工作裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這種設(shè)計(jì)模式，很難同時(shí)兼顧到拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，這主要是由于在工作原理上，挖掘機(jī)與拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具其實(shí)是有許多不同之處的，比如說(shuō)：在動(dòng)臂液壓缸的布置上，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具使用的是支撐式，挖掘機(jī)

9、使用的是懸掛式。在設(shè)計(jì)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具時(shí)，除了要考慮發(fā)揮機(jī)具的挖掘力外，還需要考慮拖拉機(jī)在安裝后挖掘機(jī)具后，能否具備較好的穩(wěn)定性。本論文通過(guò)對(duì)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的研究，希望可以為其設(shè)計(jì)工作提供一些創(chuàng)新性的計(jì)算方法。論文將對(duì)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種有較好的安全性和使用性的拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具，使其可以充分發(fā)揮整機(jī)作業(yè)性能，并在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)。2.后挖掘機(jī)具挖掘裝置的設(shè)計(jì)與機(jī)具工作特點(diǎn)本質(zhì)上，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具中的反鏟工作裝置是平面連桿機(jī)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上，它使用的是鉸銷連接，反鏟工作裝置在工作時(shí)，各種操作是利用液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)完成的，液壓缸的運(yùn)動(dòng)與配合，也決

10、定了反鏟工作裝置的挖掘軌跡。在實(shí)際作業(yè)中，主要使用到的作業(yè)方式有以下三種：1. 鏟斗油缸挖掘；2. 斗桿油缸挖掘；3. 動(dòng)臂油缸挖掘。其中，使用鏟斗油缸挖掘時(shí)，則以斗桿與鏟斗的鉸點(diǎn)為中心，挖掘軌跡是以此中心為圓心的特定半徑的圓弧線。以這種作業(yè)方式進(jìn)行挖掘時(shí)，挖掘行程短，要想讓鏟斗盡可能地裝滿土壤，必須得保障較大的挖掘力，以便在挖掘土壤時(shí)有大一些的厚度。因此，在挖掘裝置中，使用鏟斗油缸挖掘時(shí)，斗齒的設(shè)計(jì)挖掘力是最大的。使用斗桿油缸挖掘時(shí)，則以斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)為中心，挖掘軌跡是以此中心為圓心的特定半徑的圓弧線。此種作業(yè)方式的挖掘行程較長(zhǎng)，即使工作環(huán)境中的土質(zhì)堅(jiān)硬，也能在鏟斗中裝滿土壤，通常，斗桿油

11、缸挖掘在小型挖掘機(jī)具的實(shí)際工作中使用較多。使用動(dòng)臂油缸挖掘時(shí)，拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的挖掘形成和挖掘半徑達(dá)到最大，以動(dòng)臂的下鉸接點(diǎn)為中心，挖掘軌跡是以此中心為圓心的特定半徑的圓弧線，這種作業(yè)方式工作耗時(shí)長(zhǎng)，且機(jī)具的挖掘力不能得到有效發(fā)揮，在實(shí)際工作中使用較少。圖2-1拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具簡(jiǎn)圖1.滿足作業(yè)范圍和主要工作尺寸的要求。2.機(jī)具挖掘力大小符合要求。3.保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，盡量減輕機(jī)具的重量。4.保證機(jī)具的穩(wěn)定性。5.保證機(jī)具的安全性。6.拆卸方便。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如圖2-2所示，在本次設(shè)計(jì)中，動(dòng)臂液壓缸設(shè)計(jì)在動(dòng)臂上方，因?yàn)榈孛嬉韵率菣C(jī)具的工作區(qū)域，為了讓機(jī)具能夠挖深，綜合考慮后，

12、使用彎動(dòng)臂作為挖掘裝置的動(dòng)臂。出于動(dòng)臂強(qiáng)度的考慮，彎動(dòng)臂的彎角通常在120至140之間選取。為了讓設(shè)計(jì)的機(jī)具結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)中易于實(shí)現(xiàn)，彎動(dòng)臂俯角通常大于-52，仰角通常小于45。出于對(duì)動(dòng)臂液壓缸的穩(wěn)定性方面的考慮，通常，彎動(dòng)臂的伸縮比1為1.6至1.7之間。在拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的設(shè)計(jì)中，動(dòng)臂液壓缸的力臂比是一個(gè)重要的參數(shù)，其計(jì)算公式為：k4=e0ez，根據(jù)不同的使用需求，該參數(shù)設(shè)計(jì)為不同的數(shù)值。當(dāng)?shù)孛嬉韵率峭诰騾^(qū)域時(shí)，k4應(yīng)取小于0.8的數(shù)值；當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)具為通用式挖掘裝置時(shí)，k4的取值應(yīng)在0.8至1.1之間。圖2-2挖掘裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)分析在設(shè)計(jì)斗桿機(jī)構(gòu)時(shí)，需要對(duì)下列因素進(jìn)行考慮：1.在設(shè)計(jì)時(shí)，需要確

13、保斗桿機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。2.需要保證斗桿機(jī)構(gòu)的閉鎖能力符合一定要求，以便充分發(fā)揮鏟斗的挖掘力。3.斗桿擺角應(yīng)該被控制在一定范圍內(nèi)，通常，如果是通用式挖掘裝置，斗桿擺角應(yīng)在100至120之間。2設(shè)計(jì)分析在本次設(shè)計(jì)中，使用四連桿機(jī)構(gòu)作為反鏟鏟斗機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意下列要素：1.在進(jìn)行挖掘工作時(shí)，鏟斗的轉(zhuǎn)角應(yīng)控制在90至110之間，但考慮到運(yùn)輸狀況和后續(xù)的機(jī)具卸載，鏟斗的總轉(zhuǎn)角應(yīng)控制在150至180之間。2.預(yù)估鏟斗在實(shí)際工作中可能遇到的最大挖掘阻力，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)鏟斗理論上最大挖掘力。通常，在一半轉(zhuǎn)角行程的地方，土壤厚度最大，鏟斗碰到的挖掘阻力也達(dá)到最大。3.出于鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性

14、考慮，鏟斗液壓缸的伸縮比3應(yīng)選取1.45至1.65之間的數(shù)值。2計(jì)算挖掘阻力在實(shí)際挖掘工作中，斗桿挖掘、轉(zhuǎn)斗挖掘以及復(fù)合挖掘都較為常見(jiàn)。如果土質(zhì)松軟，使用轉(zhuǎn)斗挖掘較多，如果土質(zhì)堅(jiān)硬，則使用斗桿挖掘較多。計(jì)算鏟斗挖掘阻力，其切向分力的計(jì)算公式為：w1=cr1-cosmaxcosmax-1.35b.a.z.x+d （2-1）字母取值代表意義d視實(shí)際情況選定切削刃擠壓土壤的力x1.15斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)z無(wú)齒時(shí)取1，有齒時(shí)取0.75斗齒系數(shù)a1.3切削角變化影響系數(shù)bb=1+2.6b切削刃寬度影響系數(shù)rr=i3鏟斗切削半徑其中，b表示的是鏟斗平均寬度。根據(jù)公式2-1得知，當(dāng)=max是，鏟斗挖掘阻力最

15、大。圖2-3鏟斗挖掘阻力圖計(jì)算斗桿挖掘阻力，其計(jì)算公式為：w1g=k0q/0.01745r6g （2-3）字母取值代表意義r6/力臂k0查表可知挖掘比阻力g50至80之間總轉(zhuǎn)角其中，當(dāng)挖掘堅(jiān)硬的土壤時(shí)，k0取值最大，從而計(jì)算得到斗桿挖掘的最大阻力。2計(jì)算挖掘力計(jì)算液壓缸的理論挖掘力挖掘力是拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的重要性能指標(biāo)，它表示的是鏟斗齒尖上的挖掘能力。而液壓缸理論上的推力帶動(dòng)產(chǎn)生的斗齒切向挖掘力就是液壓缸的理論挖掘力。當(dāng)采用轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，其液壓缸的理論挖掘力計(jì)算公式為：pod=p3r1r3r2r3=p3i=f(l3) （2-4）字母取值代表意義i/傳力比p3p3=f3p鏟斗油缸理論推力其中，f3

16、表示的是鏟斗油缸大腔作用面積，p表示的是工作壓力。根據(jù)公式可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)i=imax時(shí)，轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)的液壓缸理論挖掘力最大。圖2-4鏟斗液壓缸簡(jiǎn)圖當(dāng)采用轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，其液壓缸的理論挖掘力計(jì)算公式為：pog=p2r5r6=f(l2,l3) （2-5）字母取值代表意義r5、r6/力臂值p2p2=f2p斗桿油缸理論推力其中，f2表示的是斗桿油缸大腔作用面積，p表示的是工作壓力。圖2-5斗桿液壓缸簡(jiǎn)圖2.4后挖掘機(jī)具挖掘裝置的參數(shù)計(jì)算2挖掘裝置主要參數(shù)本次論文設(shè)計(jì)的拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具，其挖掘裝置的主要參數(shù)如表2-1所示：表2-1挖掘裝置主要參數(shù)挖掘高度最大值3.770米卸載高度最大值2.110米挖掘深度最大值

17、2.485米鏟斗容量0.08立方米鏟斗轉(zhuǎn)角160擺動(dòng)角度最大值1802計(jì)算挖掘力2計(jì)算鏟斗油缸挖掘力鏟斗油缸推力的計(jì)算公式為：p3=4d2py12字母取值代表意義py120kg/cm油缸額定壓力10.95機(jī)械效率20.9管路效率d63mm油缸內(nèi)徑將數(shù)值代入公式計(jì)算后得出：p3=3196.7kg將p3值代入公式2-4，得出鏟斗油缸的挖掘力，具體結(jié)果如表2-2所示：表2-2鏟斗油缸挖掘力油缸行程回轉(zhuǎn)角r1r2r3p（kg）89001882783258908901046303343143081327890113245352326296129489012136034833328011858901349

18、9030934024690689014421202373382115998901520160140314174314計(jì)算斗桿油缸挖掘力斗桿油缸推力的計(jì)算公式為：p2=4d2py12字母取值代表意義py120kg/cm油缸額定壓力10.95機(jī)械效率20.9管路效率d80mm油缸內(nèi)徑將數(shù)值代入公式計(jì)算后得出：p2=5154.6kg將p2值代入公式2-5，得出斗桿油缸的挖掘力，具體結(jié)果如表2-3所示：表2-3斗桿油缸挖掘力油缸行程回轉(zhuǎn)角作用力至回轉(zhuǎn)點(diǎn)距離挖掘力p2（kg）鏟斗轉(zhuǎn)35鏟斗轉(zhuǎn)48鏟斗全收回92502807727997369251110304131138117910869251220454

19、2211631205111092515209030884987981092515901052456756996442計(jì)算鏟斗油缸切削阻力使用鏟斗油缸進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，切削厚度和阻力的數(shù)值根據(jù)回轉(zhuǎn)角數(shù)值的變化而變化，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果如表2-4所示：表2-4鏟斗油缸切削阻力回轉(zhuǎn)角90120160切削阻力（kg）833623467切削厚度（mm）9.87.35.5符合要求。使用斗桿油缸進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，切削厚度和阻力的數(shù)值根據(jù)回轉(zhuǎn)角數(shù)值的變化而變化，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果如表2-5所示：表2-5鏟斗油缸切削阻力回轉(zhuǎn)角456096切削阻力（kg）鏟斗轉(zhuǎn)35699524328鏟斗轉(zhuǎn)4874555949鏟斗全收回678510299切削厚度（mm）鏟斗轉(zhuǎn)35鏟斗轉(zhuǎn)48鏟斗全收回86符合要求。綜上所述，本次設(shè)計(jì)基本滿足實(shí)際工作需求。設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)拖拉機(jī)后挖掘機(jī)具的設(shè)計(jì)，我擺臂的作業(yè)方式以及挖掘力、切削阻力的計(jì)算