20噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)

1、山東交通學(xué)院2012 屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì) 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)： 機(jī)械 085 學(xué) 號(hào)： 080610418 姓 名： 谷守領(lǐng) 指導(dǎo)教師： 張 鵬 二 o 一二年六月1摘摘 要要挖掘機(jī)械是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料，并裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)的土方機(jī)械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過(guò)預(yù)松后的土壤和巖石。液壓挖掘機(jī)的工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成；其工作過(guò)程是由動(dòng)臂的上升下降，斗桿的伸出和回收，鏟斗的挖土和卸土，以及上部平臺(tái)的 360回轉(zhuǎn)等動(dòng)作組

2、成。從外觀上看，挖掘機(jī)主要由工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走機(jī)構(gòu)三部分組成。本論文主要對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行工作裝置設(shè)計(jì)。首先，提出整機(jī)的方案并初步確定各部件的結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)而完成了動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)工作裝置各部件進(jìn)行了 各鉸點(diǎn)之間的距離 計(jì)算和校核 以及挖掘機(jī)作業(yè)范圍的計(jì)算 。最后，運(yùn)用 solidworks 三維軟件繪制了挖掘機(jī)的整體三維效果圖，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的三維動(dòng)畫。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)，工作裝置， solidworks 三維軟件2abstractexcavator is a earth-moving machinery, witch is used to dig the material a

3、bove or below the surface of bearing machine and load transport vehicles or unload to the yard by its bucket. excavated material is mainly soil, coal, sand, pre-loose soil and rocks. hydraulic excavator s working unit is the device of complete the mining task directly, which consists ，of boom, stick

4、,and bucket ,the three parts are hinged together; the work process consists of the rise and fall of the boom, the stretch and recovery of stick , the excavation and dump of bucket, and the 360 rotary movement of the upper platform and so on. from the exterior view, excavator consist of three parts o

5、f working unit, the upper turret, and running gear of three parts.the paper mainly designs the overall structure and the working unit of the excavator. firstly, the paper must make sure the whole scheme and the initial size of parts structure, ，then complete the kinematic analysis of the boom, stick

6、, bucket and other parts , and calculate and check the various components of the working unit. finally, the three-dimensional software of solidworks is used to draw three-dimensional renderings of the overall excavator, and achieve excavator s three-dimensional animation.，keywords: excavator, workin

7、g unit, the three-dimensional software of solidworks3目 錄1 緒 論 .11.1 選題的目的及意義.11.2 挖掘機(jī)工作原理概述.21.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.31.4 課題研究方法.41.5 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容.52 挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) .62.1 工作裝置構(gòu)成.62.2 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式的初選.72.3 動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸的布置.72.4 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式.82.5 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇.82.6 原始幾何參數(shù)的初定.93 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析 .113.1 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析.113.2 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析.123.3 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析.133.4 特

8、殊工作位置計(jì)算.184 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 .214.1 斗形參數(shù)的確定.214.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定.214.2.1 與 a 點(diǎn)坐標(biāo)的選取 .214.2.2 l1 與 l2 的計(jì)算 .214.2.3 l41 與 l42 的計(jì)算 .224.2.4 l5 的計(jì)算 .224.3 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定.234.4 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定.254.4.1 轉(zhuǎn)角范圍 .254.4.2 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算 .255 三維實(shí)體設(shè)計(jì).275.1 solidworks三維軟件簡(jiǎn)介 .275.2 挖掘機(jī)實(shí)體建模.275.2.1 繪制出零部件 .275.2.2 裝配部件 .285.4 分析運(yùn)用solid

9、works軟件得到的結(jié)果.29結(jié) 論 .30致 謝 .314參考文獻(xiàn) .32山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 緒 論1.1 選題的目的及意義挖掘機(jī)械是一種集土方挖掘、裝載、平整、拆除、搶險(xiǎn)等作業(yè)的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于各類土石方工程施工、民用建筑、道路建設(shè)和市政工程場(chǎng)所，在工程機(jī)械中占據(jù)著舉足重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)各種土方工程約有 6070%的土方工作由挖掘機(jī)械來(lái)完成的。因此，在世界范圍內(nèi)，挖掘機(jī)也是產(chǎn)銷量最大、應(yīng)用最多的一類工程機(jī)械。尤其近年來(lái)我國(guó)挖掘機(jī)械的產(chǎn)銷量每年均有 1530%的爆炸式增長(zhǎng)，2010 年更是達(dá)到了驚人的74.5%的增長(zhǎng)。可以說(shuō)挖掘機(jī)械式工程機(jī)械行業(yè)中最重要的機(jī)種之

10、一，工程機(jī)械之王，甚至可以說(shuō)得挖掘機(jī)械者得工程機(jī)械天下。液壓挖掘機(jī)與其他工程機(jī)械相比，具有更高作業(yè)效率、更加節(jié)能特點(diǎn)，其科技含量和信息化程度高，是工程機(jī)械中技術(shù)難度大，具有標(biāo)志性的重要產(chǎn)品之一，它的制造技術(shù)水平和生產(chǎn)能力反映了國(guó)家的工程機(jī)械的整體水平，不夸張的說(shuō)也反映了國(guó)家的裝備制造業(yè)水平。液壓挖掘機(jī)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的終端機(jī)械產(chǎn)品，整機(jī)的零部件高達(dá) 2000 多種 3000 多件，覆蓋機(jī)械、液壓傳動(dòng)、冶金、石油化工、電氣等多行業(yè)。它的發(fā)展將全面帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到相當(dāng)重要的促進(jìn)意義中國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)從形成、發(fā)展到壯大，成為世界工程機(jī)械大國(guó)，經(jīng)歷了短短的 40余年，特別是改革開放 3

11、0 年來(lái)，發(fā)展尤為迅速，以液壓挖掘機(jī)為例，1993 年我國(guó)液壓挖掘機(jī)總銷量為 2349 臺(tái)，17 年后的 2010 年我國(guó)液壓挖掘機(jī)的總銷量高達(dá) 165000 臺(tái)，17 年增長(zhǎng) 60 倍，2010 年更是達(dá)到了同比增長(zhǎng) 74.5%驚人速度。2010 年 12 月，國(guó)內(nèi)主要 23 家主要挖掘機(jī)制造公司實(shí)際累計(jì)銷售挖掘機(jī) 13500 臺(tái)，打破歷年 12 月銷售記錄；在過(guò)去的 2010 年，我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)延續(xù)了上年發(fā)展態(tài)勢(shì)，在政府加大基建投資、推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)等多種政策疊加效應(yīng)的作用拉動(dòng)下，實(shí)際累計(jì)銷售總量超過(guò) 165000 萬(wàn)臺(tái)，銷量再創(chuàng)新高。據(jù)中國(guó)挖掘機(jī)械網(wǎng) cema 中國(guó)市場(chǎng)挖掘機(jī)實(shí)銷量數(shù)計(jì)庫(kù)統(tǒng)

12、計(jì)，2010 年中國(guó)自主品牌挖掘機(jī)實(shí)際累計(jì)銷售挖掘機(jī) 47600 臺(tái)，較去年同期大幅增長(zhǎng) 92%，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均增長(zhǎng)水平。自主品牌占當(dāng)年挖掘機(jī)銷售總量的 28.74%，比上年提高 2.72%。2010 銷售最大占第一位的是江蘇省，其余依次是四川、安徽、山東、內(nèi)蒙、排名與往年不大。再?gòu)膰?guó)內(nèi)市場(chǎng)分十大用戶行業(yè)來(lái)說(shuō)，公路建設(shè)挖掘機(jī)需求量占全年銷售量的 18.7%，礦山開采占 18.4%，市政建設(shè)（包括房地產(chǎn)業(yè)）占 25.3%，這三大行業(yè)占了總需求量 60%以上，未來(lái)這三大行業(yè)將繼續(xù)發(fā)展，鐵路建設(shè)、水利水電等行業(yè)將作為重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)需求前谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)2景看好。從

13、2010 年開始，隨著經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，公路建設(shè)、房地產(chǎn)建設(shè)、鐵路建設(shè)等領(lǐng)域直接拉動(dòng)了對(duì)挖掘機(jī)的需求。受國(guó)家推動(dòng)的大規(guī)?；ㄓ?jì)劃和房地產(chǎn)行業(yè)投資景氣的影響，中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)將會(huì)有進(jìn)一步的增長(zhǎng)。未來(lái)挖掘機(jī)行業(yè)前景看好，中西部地區(qū)和東北地區(qū)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快和施工項(xiàng)目的增多，對(duì)挖掘機(jī)的需求量也將逐年增大。在過(guò)去 10 年，伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期持續(xù)的高速增長(zhǎng)，中國(guó)市場(chǎng)對(duì)挖掘機(jī)的需求不斷攀升，成為當(dāng)今全球最大的、贏利水平最好和競(jìng)爭(zhēng)最激烈的市場(chǎng)之一。全球挖掘機(jī)制造商的未來(lái)也因此與中國(guó)市場(chǎng)緊密的聯(lián)系在一起。隨著全球挖掘機(jī)市場(chǎng)新格局的形成，可以預(yù)見的是，中國(guó)的挖掘機(jī)市場(chǎng)也逐漸成為一股影響全局的力量。2010 年，

14、挖掘機(jī)引領(lǐng)了工程機(jī)械行業(yè)“新潮流” ，在國(guó)內(nèi)固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)開發(fā)較快增長(zhǎng)的背景下，工程機(jī)械行業(yè)呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，挖掘機(jī)表現(xiàn)尤為突出，業(yè)內(nèi)人士普遍對(duì) 2011 年的挖掘機(jī)增長(zhǎng)前景看好。2011 年雖然房地產(chǎn)面臨國(guó)家調(diào)控的壓力，但高鐵、保障性住房、水利等領(lǐng)域的基礎(chǔ)建設(shè)仍將給挖掘機(jī)帶來(lái)較大的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，國(guó)產(chǎn)品牌的增速將明顯高于行業(yè)平均水平。中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)必須具有長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光，在積極攻占內(nèi)地市場(chǎng)同時(shí)，加快對(duì)海外工程機(jī)械市場(chǎng)的進(jìn)軍步伐，加快節(jié)能減排步伐，在危機(jī)中不斷尋找企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新契機(jī)。核心零部件受制于人始終是國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)的短板。液壓泵、液壓閥、馬達(dá)、液壓油缸甚至發(fā)動(dòng)機(jī)等主要零部件的供應(yīng)常?？刂圃谏贁?shù)

15、幾家供應(yīng)商手中，它們根據(jù)自己公司的生產(chǎn)情況量產(chǎn)，并非隨著制造商產(chǎn)量的增長(zhǎng)擴(kuò)大生產(chǎn)。關(guān)鍵零部件短缺，仍是國(guó)內(nèi)品牌的主機(jī)制造企業(yè)心中的“痛” 。所以，大投入和研發(fā)、攻國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)、核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件的科研上取得突破對(duì)國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)品牌來(lái)說(shuō)其重要意義不言而喻，是我們努力的方向和目標(biāo)1.2 挖掘機(jī)工作原理概述液壓挖掘機(jī)的工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制?；剞D(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。其工作過(guò)程是由動(dòng)臂的上升下降，斗桿的伸出和回收，鏟斗的挖土和卸土，以及上部平臺(tái)的 360回轉(zhuǎn)等動(dòng)

16、作組成。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地，也可改用電動(dòng)機(jī)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行元件，推動(dòng)工作裝置動(dòng)作，從而完成挖掘機(jī)的挖掘、滿斗舉升回轉(zhuǎn)、卸載、空斗返回等各種工況動(dòng)作。山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31-斗桿油缸；2- 動(dòng)臂； 3-油管； 4-動(dòng)臂油缸； 5-鏟斗； 6-斗齒； 7-側(cè)板；8-連桿； 9-搖桿； 10-鏟斗油缸； 11-斗桿圖 1.1 工作裝置組成圖fig.1.1 work device of operation1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀從 20 世紀(jì)后期開始，國(guó)際上挖掘機(jī)的研發(fā)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)

17、化的方向發(fā)展。1）多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。2）發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。3）采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。4）設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。5）對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。6）步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。7）拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。8）環(huán)境保護(hù)，cat、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖掘機(jī)。早在 1958 年國(guó)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(shí)出于受配件

18、如發(fā)動(dòng)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(guó)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(guó)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(shí)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。一些挖掘機(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(dòng)機(jī)，甚至于整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都按照采用國(guó)外元

19、件來(lái)設(shè)計(jì)，這種經(jīng)過(guò)改型或新設(shè)計(jì)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(guó)外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)4挖掘機(jī)行業(yè)近年來(lái)雖有很大發(fā)展，但與國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在許多不足，其原因除了國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)加工水平落后之外，挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比也有較大的差距，尤其是一些先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)眾多的研究人員和單位對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行了不少研究，開發(fā)了其設(shè)計(jì)軟件，他們的研究基本上局限于解決某些問(wèn)題，即工作裝置的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和力參數(shù)等的解決。關(guān)于工作裝置設(shè)計(jì)參數(shù)分析和在 cad 上其

20、自動(dòng)設(shè)計(jì)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(wèn)題的解決，對(duì)工程機(jī)械這個(gè)行業(yè)不具有通用性。特別是國(guó)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(jì)。雖然部分軟件也有一定的分析計(jì)算能力，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)需要，對(duì)液壓挖掘機(jī)進(jìn)行分析的大型通用軟件目前市場(chǎng)上還很少。經(jīng)過(guò)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(guò)程中。目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于，為了使挖掘機(jī)設(shè)計(jì)人員從繁忙的計(jì)算中解脫出來(lái)，現(xiàn)有工作裝置機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，即大多數(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置

21、設(shè)計(jì)研究在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上局限地進(jìn)行的。在這樣一種情況下，開發(fā)一個(gè)專業(yè)化的工作裝置的設(shè)計(jì)工具和軟件顯得非常必要。目前，液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)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(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)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(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，液壓挖掘機(jī)技術(shù)研發(fā)有以下的趨勢(shì)：（1）向大型化發(fā)展的同時(shí)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）液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，

22、液壓元件不斷更新。（6）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。（7）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。（8）人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。1.4 課題研究方法本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)日立 zx200 中型履帶式液壓挖掘機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，取得了工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置以及挖掘機(jī)整體的大體數(shù)據(jù)資料。再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資料以及與挖掘機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)書籍，用力學(xué)知識(shí)對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和力學(xué)計(jì)算。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和力學(xué)計(jì)算的結(jié)果得到工作裝置的基本尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸。然后用山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5cad 軟件進(jìn)行了三維圖和二維圖的繪制。1.5 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容本論文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、銷軸、連

23、桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下四部分：（1）挖掘機(jī)工作裝置的總體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。（2）挖掘機(jī)的工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)。（3）工作裝置的基本尺寸的計(jì)算和校驗(yàn)。（4）挖掘機(jī)的三維圖和二維圖的繪制。谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)62 挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)2.1 工作裝置構(gòu)成 1-斗桿油缸；2- 動(dòng)臂； 3-油管； 4-動(dòng)臂油缸； 5-鏟斗； 6-斗齒； 7-側(cè)板；8-連桿； 9-搖桿； 10-鏟斗油缸； 11-斗桿圖 2.1 工作裝置組成圖fig.2.1 work device of operation圖 2.1 為所選的單斗液壓挖掘機(jī)的反鏟工作裝置基本組成及傳動(dòng)示

24、意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗 5、搖桿 9、斗桿 11、動(dòng)臂 2、相應(yīng)的三組液壓缸 1、4、10 等組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮，動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿

25、缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過(guò)程僅為一般的理想過(guò)程。挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。根據(jù)以上特征，可以對(duì)工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化處理，則可知單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看成是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸及連桿機(jī)構(gòu)組成的具有三自由度的六桿機(jī)構(gòu)，處理的具體簡(jiǎn)圖如 2.2 所示。進(jìn)一步簡(jiǎn)化得圖如 2.3 所示。山東交通學(xué)院畢

26、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 2.2 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖fig.2.2 the equipment structure diagram1-鏟斗；2-連桿；3-斗桿；4-動(dòng)臂；5-鏟斗油缸；6-斗桿油缸圖 2.3 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖fig.2.3 the equipment structure simplified diagram挖掘機(jī)的工作裝置經(jīng)上面的簡(jiǎn)化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是 3，即工作裝置的幾何位置由動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度 l1、斗桿油缸長(zhǎng)度 l2、鏟斗油缸長(zhǎng)度 l3決定，當(dāng)l1、l2、l3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定。2.2 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式的初選動(dòng)臂采用整體式彎動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)

27、形式在中型挖掘機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕，且有利于得到較大的挖掘深度。缺點(diǎn)是可更換工裝少，通用性較差。使用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件近似的反鏟，以采用整體臂較好。斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)采用整體式斗桿。2.3 動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸的布置動(dòng)臂油缸裝在動(dòng)臂的前下方，動(dòng)臂的下支承點(diǎn)（即動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)）設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。油缸活塞桿端谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)8部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響動(dòng)臂的下降幅度。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂

28、的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。具體結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示。fig.2.4 arm oil cylinder hinged schemes2.4 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式本方案中采用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。該布置中 1 桿與 2 桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。如圖 2.5 所示。1-斗桿； 2-連桿機(jī)構(gòu)； 3-鏟斗圖 2.5 鏟斗連接布置示意圖fig.2.5 connect the bucket decorate schemes2.5

29、鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求：（1）有利于物料的自由流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）要使物料易于卸盡。（3）于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于 4，大于 50 時(shí)，顆粒尺寸不考1-動(dòng)臂； 2-動(dòng)臂油缸圖 2.4 動(dòng)臂油缸鉸接示意圖山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9慮，視物料為均質(zhì)。綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖 2.6 所示。圖 2.6 鏟斗fig. 2.6 bucket2.6 原始幾何參數(shù)的初定（1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比 k1由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較

30、強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，k1取在 1.52.0 之間，初步選取 k1=1.8，即 l1/l2=1.8。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)到動(dòng)臂與連桿連接的鉸點(diǎn)的距離1l斗桿與動(dòng)臂連接的鉸點(diǎn)到斗桿與鏟斗連接的鉸點(diǎn)的距離2l（2）鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇斗容：q =0.9m3按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選：l3 =1550mm（3）工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力和“三化“要求以及初步估取的液壓缸受力。初選動(dòng)臂油缸內(nèi)徑 d1=120mm，活塞桿的直徑 d1=90mm。斗桿油缸的內(nèi)徑 d2=120mm，活塞桿的直徑 d2=90mm。鏟斗油缸的內(nèi)徑 d3=90mm，活塞桿

31、的直徑 d3=63mm。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程 l1=1375mm，斗桿油缸行程 l2=1450mm，鏟斗油缸行程 l3=1250mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比：1=2=3=1.6。表 2.1 挖掘機(jī)參數(shù)tab.2.1 excavator parameters谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)10整機(jī)工作質(zhì)量20000kg標(biāo)準(zhǔn)斗容0.9m3動(dòng)臂長(zhǎng)度5400mm斗桿長(zhǎng)度3000mm最大挖掘半徑r9885mm最大挖掘深度1maxh7150mm最大挖掘高度2maxh7260mm行走速度5.3km/h回轉(zhuǎn)速度11rad/min回轉(zhuǎn)角度360動(dòng)

32、臂轉(zhuǎn)角40斗桿轉(zhuǎn)角160鏟斗轉(zhuǎn)角160爬坡能力35山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）113 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析3.1 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析：動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；：動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；min1lmax1la：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 3.1 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.3.1 moving arm angular range calculation diagram是的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是的函數(shù)。如圖 3.1 所示，圖11l1l中：動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；：動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；：動(dòng)臂油缸min1lmax1lmin1兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；

33、：動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸max1點(diǎn)連線夾角的最大值。則在abc 中：157252721cos2lllll (3-1)122217517 5cos() 2llll l在bcf 中：2172127222cos2lllll (3-2)1222271227 1cos2llll l由圖 3.3 所示的幾何關(guān)系，可得到的表達(dá)式：21 (3-3)112121谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)12當(dāng) f 點(diǎn)在水平線 cu 之下時(shí)為負(fù)，否則為正。21f 點(diǎn)的坐標(biāo)為21130cosllxf (3-4)21130cosllyfc 點(diǎn)的坐標(biāo)為 511coscaxxl (3-5)115sinly

34、yac動(dòng)臂油缸的力臂1e (3-6)cablesin51顯然，動(dòng)臂油缸的最大作用力臂，又令,。這時(shí)：5max1le15minll75ll12525271llll (3-7)11cos 13.2 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析如下圖 3.2 所示，d 點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，f 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，這里只討論斗桿相對(duì)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)； 斗桿擺角。圖 3.2 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.3.2 measures stem institutions put the

35、 angle calculation diagram在def 中，2222898 922cosllll l (3-8)122228928 9cos () 2llll l山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13由上圖的幾何關(guān)系知 (3-9)2max2max2min則斗桿的作用力臂 (3-10)29sineldef顯然，斗桿的最大作用力臂,此時(shí)。2max9el122298289cos (),lllll3.3 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析鏟斗相對(duì)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(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖 3.5 所示，g 點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，f 點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) q 點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸

36、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)為搖桿與斗桿的鉸點(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)。（1）鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 i 和鏟斗缸的當(dāng)量作用力臂3e利用圖 3.3，可以知道求得以下的參數(shù)：在mng 中1222221513315 13cos () 2mngllll l 122230315133 15cos () 2mgnllll l 322230mngmngmgn (3-11)在hnq 中： 22227132113 21232cosllll l (3-12)122221142721 14cos () 2nhqllll l在qhk 中 (3-13)122

37、22729272429 27cos () 2qhkllll l 在khqn 中 (3-14)282127nhknhqqhn 鏟斗油缸對(duì) n 點(diǎn)的作用力臂 r1 (3-15)11332sinrl連桿 hk 對(duì) n 點(diǎn)的作用力臂 r2 (3-16)213sinrlnhk連桿 hk 對(duì) q 點(diǎn)的作用力臂 r3r3 = l24鏟斗對(duì) q 點(diǎn)的作用力臂 r4r4 = l3谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)14連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 (3-17)1324() ()iiiii顯然 3-17 式中可知，i 是鏟斗油缸長(zhǎng)度 l2的函數(shù)，用代入可得初傳動(dòng)比，2minl0i代入可得終傳動(dòng)比 iz。2m

38、axl (3-18)qvlie3顯然 i 、和 都是 的一元函數(shù)。3e1r2r3r3l（2）鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角3鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 (3-19)37242610其中，在nfq 中 (3-20)122272121621 2cos () 2nqfllll l 暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。10當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度 l3分別取 l3max和 l3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角和，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:3max3min (3-21)33max3min鏟斗的擺角范圍 33max3min 圖 3.3 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.3.3 loader transmission linka

39、ge mechanism calculation diagram（3）斗齒尖運(yùn)動(dòng)分析見圖 3.4 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，即 = ( ), = ()。那么整機(jī)作業(yè)范圍vxxf123,l l lvyyf123,l l l就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下:山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15由 f 點(diǎn)知： (3-23)323462cfq 在cdf 中：由后面的設(shè)計(jì)確定，在確定后則有：dcfdcf3dfc (3-24) 2228616 12cosllll ldcf2226818 132cosllll l (3-25)1222381

40、68 1cos () 2llll l在def 中298292822cos2lllll圖 3.4 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖fig.3.4 tooth is pointed coordinates equation diagram則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角 2 (3-26)122228928 9cos () 2llll l、在設(shè)計(jì)中確定。46由cfn 知 (3-27)321162121628cos2lllll由cfq 知 (3-28)3212212223cos2lllll由 q 點(diǎn)知 (3-29)102433352cqv在cfq 中谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)16l12 = l232

41、 + l32 - 2cos33l23l333 = cos-1（l232+l32- l12）/2l23l3 (3-30)在nhq 中 242127221227213cos2lllll (3-31)2)( cos2127213221227124lllllnqh在hkq 中 262427224227229cos2lllll (3-32)2)( cos2427229224227126lllllhkq在 hnqk (3-33)2624nqv，其在后面的設(shè)計(jì)中確定。kqv10在列出以上的各線段的長(zhǎng)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。由前面的分析可知：動(dòng)臂相對(duì)于水平面的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角 、

42、斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的瞬時(shí)轉(zhuǎn)1角 和鏟斗相對(duì)于斗桿的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角與相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度是一一對(duì)應(yīng)的。因此，斗齒尖23坐標(biāo)值也是 、及的函數(shù)。只要知道瞬時(shí)的一組,，相應(yīng)的斗齒尖坐標(biāo)就123123確定了。這樣斗齒尖的坐標(biāo)系(如圖 3.4)可表示如下：112123coscos()cos()vcffqqvcxlllx112123sinsin()sin()vcffqqvcyllly對(duì)于反鏟裝置上的其它點(diǎn)的坐標(biāo)可采用同樣方法求出。v 點(diǎn)的 x 和 y 坐標(biāo)表示為 和，其它點(diǎn)的坐標(biāo)表示方法與 v 點(diǎn)相同，而對(duì)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重心坐標(biāo)則用相vxvy應(yīng)構(gòu)件的重量代號(hào)作下標(biāo)來(lái)替換。經(jīng)分析可知：動(dòng)臂上任意一點(diǎn)(除去 c 點(diǎn))在任一時(shí)刻

43、的坐標(biāo)值是 的函數(shù)；斗桿上任意一點(diǎn)(除去 f 點(diǎn))在任一時(shí)刻的坐標(biāo)值是和的112函數(shù)；鏟斗和連桿機(jī)構(gòu)(除去 q 點(diǎn)外)其它各點(diǎn)坐標(biāo)值是 、和的函數(shù)，以后在使123用到這些點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，就將其作為已知數(shù)據(jù)，不再作特別的介紹。山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）173.4 特殊工作位置計(jì)算圖 3.5 挖掘機(jī)作業(yè)范圍fig.3.5 excavator work range表 3.1 挖掘機(jī)作業(yè)范圍tab.3.1 excavator work range作 業(yè) 范 圍a 最大挖掘高度（mm）b 最大卸載高度（mm）c 最大挖掘深度（mm）d 最大垂直壁挖掘深度（mm）e 挖出 2400mm 水平面時(shí)的最大挖掘深度

44、（mm）f 最大挖掘距離（mm）g 在地平面的最大挖掘距離（mm）h 最小回轉(zhuǎn)半徑（mm）i 最小回轉(zhuǎn)半徑時(shí)的最大高度（mm）（） 最大挖掘深度 1maxh谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)18nh-搖臂；hk-連桿；c-動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；a -動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；b-動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn);f-動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；d-斗桿油缸上鉸點(diǎn);e-斗桿下鉸點(diǎn)；g-鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；q-鏟斗下鉸點(diǎn);k-鏟斗上鉸點(diǎn);v-鏟斗斗齒尖圖 3.6 最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.3.6 the biggest mining depth calculation diagram如圖 3.6 示，當(dāng)動(dòng)臂全縮時(shí)，f, q, v

45、三點(diǎn)共線且處于垂直位置時(shí)，得最大挖掘深度為: 32minmax1llyyhfv 32min211sinlllyc (3-34)3211211)sin(lllyc（） 最大卸載高度 h3maxnh-搖臂；hk-連桿；c-動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；a -動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn);b-動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn);f-動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；d-斗桿油缸上鉸點(diǎn)；e-斗桿下鉸點(diǎn)；g-鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；q-鏟斗下鉸點(diǎn)；k-鏟斗上鉸點(diǎn);v-鏟斗斗齒尖圖 3.7 最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.3.7 the biggest uninstall height computation diagram如圖 3.7 所示，當(dāng)斗桿油缸全縮，動(dòng)臂油缸全伸時(shí)，qv 連線

46、處于垂直狀態(tài)時(shí)，得最大卸載高度為: qmaxyhmax33112132211211)sin()sin(lllymaxmaxmaxc山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19 (3-35)（） 水平面最大挖掘半徑max1rnh-搖臂；hk-連桿；c-動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；a -動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；b-動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn);f-動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；d-斗桿油缸上鉸點(diǎn)；e-斗桿下鉸點(diǎn);g-鏟斗油缸下鉸點(diǎn);q-鏟斗下鉸點(diǎn)；k-鏟斗上鉸點(diǎn);v-鏟斗斗齒尖圖 3.8 停機(jī)面最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.3.8 stop face biggest mining radius calculation diagram如圖 3.8 所示，當(dāng)斗桿油缸

47、全縮時(shí)，f. q. v 三點(diǎn)共線，且斗齒尖 v 和鉸點(diǎn) c 在同一水平線上，即 yc= yv，得到最大挖掘半徑為:max1r (3-36)40max1lxrc式中： (3-37)max32132232140cos)(2)(lllllll（） 最大挖掘半徑 r最大挖掘半徑時(shí)的工況是水平面最大挖掘半徑工況下 c、v 連線繞 c 點(diǎn)轉(zhuǎn)到水平面而成的。通過(guò)兩者的幾何關(guān)系，我們可計(jì)算得到： 。mml980040（） 最大挖掘高度 h2max最大挖掘高度工況是最大卸載高度工況中鏟斗繞 q 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)直到鏟斗油缸全縮而形成的。具體分析方法和最大卸載高度工況的分析類似。谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置

48、三維設(shè)計(jì)204 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 斗形參數(shù)的確定斗容量 q ： q = 0.9 m3；平均斗寬 b：其可以由經(jīng)驗(yàn)公式和差分法選擇；當(dāng) q = 1.0 m3時(shí)， b = 1.16m；當(dāng) q = 0.6 m3時(shí)， b = 0.91m；則當(dāng) q = 0.9m3時(shí)，b = 0.91+（1.16-0.91）0.30.4= 1.112m；再參考其它機(jī)型的平均斗寬預(yù)初定 b =1.04m=1040mm；挖掘半徑 r：按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號(hào)的機(jī)械，初選 r =1450mm 。轉(zhuǎn)斗挖掘滿轉(zhuǎn)角（2）：在經(jīng)驗(yàn)公式 q = 0.5 r2b（2-sin2）ks中，ks為土壤的松散系數(shù)，取值為 1.25

49、，將 q = 0.9 m3和 b = 1.04m 代入上式有：2-sin2 = 0.66 = 95/2 = 47.5鏟斗兩個(gè)鉸點(diǎn) k、q 之間的間距 l24和 l3的比值 k2的選?。禾髮⒂绊憴C(jī)構(gòu)的傳24l動(dòng)特性，太小則影響鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度，初選特性參數(shù) k2 = 0.29。由于鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而 k2的取值較小，故初選 10 =kqv=110。4.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定我們根據(jù)在第 2 章中的圖 2.2，即工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖來(lái)計(jì)算出動(dòng)臂、斗桿、連桿及鏟斗的基本參數(shù)。4.2.1 與 a 點(diǎn)坐標(biāo)的選取初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處軸線夾角 = 1201由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考其它同斗容機(jī)型，初選特性參數(shù) k3 = 1.4

50、 （k3 = ）鉸點(diǎn) a4142ll坐標(biāo)的選擇：由底盤和轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合同斗容其它機(jī)型的測(cè)繪，初選：xa = 430 mm ya = 1200mm4.2.2 l1 與 l2 的計(jì)算由統(tǒng)計(jì)分析，最大挖掘半徑 r1值與 l1+l2+l3的值很接近，由已給定的最大挖掘距離 r1、已初步選定的 l3和 k1，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式有：l2 =mmlr3000)8 . 11 ()15509885()8 . 11 ()(3山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21則： mmlkl540030008 . 12114.2.3 l41 與 l42 的計(jì)算如圖 2.2 所示，在czf 中241133112cosllkk 254001

51、 1.42 1.4 cos1202585mm l42 = k3l41 = 1.42585 = 3620mm39= zfc =5 .242cos142241212421lllll4.2.4 l5 的計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)和反鏟工作裝置對(duì)閉鎖力的要求初取 k4 = 0.4。的取值對(duì)特性參使 k4減少或使 h1max 增大，這符合反鏟作業(yè)的要求，初選= 111162.5 。斗桿油缸全縮時(shí)，cfq =最大，依經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和便于計(jì)算，初選：328 ，160max832cfn32qfn8由于采用雙動(dòng)臂油缸，bcz 的取值較小，初取bcz = 5 如上圖 2.2 在czf 中5 .355 .24120180391zcf23

52、5.5530.5bcfzcfzvb 由 3-34 和 3-35 有 311max1322112max11max3sinsinlllyhc (4-1)311max1322112max11115sinsinsinllllya32112min11max1sinlllyhc (4-2)115min1112132sinsinlyllla由 4-1、4-2 式有： (4-3)22min111128113212112max11max3max1sinsinsinllllhhmanman令 935 .625 .30112a 6716093832naxab將 a、b 的值代入 4-3 式中有谷守領(lǐng)：20 噸履帶式

53、單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)22 (4-4)0167sin93sin93sinmax12min1max11max3max1llhh又特性參數(shù) 41max11minsinsink則有 41max1min1sinsink (4-5)65. 0sinmax1 (4-6)21min1mincos1 sin21max1 (sin0.65)將 4-5、4-6 代入到 4-4 式中 (4-7)067sin93sin93sin540066306485max12min1max1l解之： 1 .46152min1max1由 4-2 式有 115min1112132max1sinsinlylllha 11max1

54、2min1111325sinsinhylllla 5 .62sin663012004693sin540030001550 mm750而 1min與 1max需要滿足以下條件 (4-8)1221mincos12 (4-9)12221maxcos12 將 1max 、1min 的值代入 4-8、4-9 中得： = 2.51 = 3.56 (4-10)151. 21 （=1.6） （4-11）64. 151. 211. 41、滿足 4-10、4-11 兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)條件，說(shuō)明 、 的取值是可行的。則l7 =l5 = 3.56750 = 2673mm (4-12)=l5 = 2.51750 =1880mm

55、(4-13)min1ll1max =1l1min =1.61880 = 3010mm (4-14)至此，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的各主要基本參數(shù)已初步確定。4.3 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23d：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；e：鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)；f 動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)；：斗桿的擺角；l9：斗桿油缸的最大作用力臂.2圖 4.2 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.4.2 measures stem institutions basic parameters calculation diagram取整個(gè)斗桿為研究對(duì)象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達(dá)式：e2max = l9 = pgmax （l2 + l3

56、）/ p2 =100103 （3000+1550）10-3/31.4(70)210-6 = 940mm (4-22)斗桿油缸的初始位置力臂 e20與最大力臂 e2max有以下關(guān)系: (4-23)202max92max92maxcos2cos2eell由 4-23 知, 越大,則 e20越小,即平均挖掘阻力越小.要得到較大的平均挖掘力,就2max要盡量減少,初?。?max = 902max由上圖 4.2 的幾何關(guān)系有:2max2min22min92 sin2llll2min = 2940sin 45/(1.6-1) = 2215mml2max = 2215 + 2940sin45 = 3545m

57、ml82 = l22min + l29 -2l2minl9cos(-)/22max= 22152+ 9402 - 22215940cos135解得：l8 = 2995mm而efq 取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍,一般在 130170之間.初定efq=150,動(dòng)臂上dfz也是結(jié)構(gòu)尺寸，可初選dfz=10。谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)244.4 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定4.4.1 轉(zhuǎn)角范圍由最大挖掘高度 h2max和最大卸載高度 h3max的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角 d0：h2max-h3max = l3（sind0 +1）9315-6485 =1550（sind0 +1）d0 =5

58、5最大轉(zhuǎn)角 3max：3max = v0qvz，其不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選 3max = 165。4.4.2 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算l12：搖臂的長(zhǎng)度；l29：連桿的長(zhǎng)度；l3：鏟斗的長(zhǎng)度；l2：斗桿的長(zhǎng)度；f：斗桿的下鉸點(diǎn)；g：鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；n：搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；k：鏟斗的上鉸點(diǎn)；q：鏟斗的下鉸點(diǎn).圖 4.3 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖fig.4.3 the bucket institutions calculation diagram如圖 4.3 所示，則有： l24 = kq = k2 l3 = 0.291550 = 449.5mml3max 與 l3min 的確定：鏟

59、斗的最大挖掘阻力 f3j max 應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即f3j max = 138kn。粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力 f3j max = f3j max /2 =69kn 挖掘阻力 f3j 所做的功 w3j： (4-24)max33max33lfwj =56.9 101.55 165180 = 3.08106 n.m 由圖 4.4 知，鏟斗油缸推力所做的功 w3：333min1wfl = (4-25)6263min31.4 1045100.6l由功的守恒知鏟斗油缸推力所做的功 w3 應(yīng)該等于鏟斗挖掘阻力所做的功 w3j ：w3 = w3j (4-26)山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25將 4

60、-24、4-25 式代入 4-26 中計(jì)算可得：l3min = 1720mm則 l3max =3 l3min =2750mm剩余未選定的基本尺寸大部分為連桿機(jī)構(gòu)尺寸，其應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：（） 挖掘力的要求：鏟斗油缸的挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，當(dāng)斗齒尖處于 v1 時(shí)，斗桿油缸的理論挖掘力應(yīng)不低于最大挖掘阻力的 80%。 即 pd080% pd0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置時(shí)v1qv 應(yīng)為 30。（） 幾何相容。保證gfn、ghn、hnqk 在的任意一行程下都不被破壞。3l在保證以上兩個(gè)條件，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和同斗容的其它機(jī)型的測(cè)繪對(duì)照，初步選定剩余的基本尺寸如下：hk = 500mm；