廈工xg804液壓反鏟挖掘機工作

1、課程名稱：機械設(shè)計設(shè)計題目：廈工XG804履帶式小型液圧挖掘機工作裝置設(shè)計院系：.機械工程系專業(yè)：工程機械班級：.10級1班學(xué)號：.20106958姓名：.李俊超西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2013年6月機械設(shè)計2目錄2一、設(shè)計題目簡介錯誤！未定義書簽設(shè)計任務(wù)錯誤！未定義書簽:設(shè)計內(nèi)容1、反鏟挖掘機工作裝置構(gòu)成 22、運動簡圖43、自由度44、反鏟挖掘機設(shè)計過程 44.1、特殊工作位置的計算 44.2、基本尺寸的確定 7422、動臂機構(gòu)參數(shù)的確定 84.2.3斗桿機構(gòu)基本參數(shù)的確定 115、有限元分析5.1動臂有限元分析5.1.1鏟斗有限元分析： 錯誤！未定義書簽。五、總結(jié)20參考文獻：23機械設(shè)計二

2、：設(shè)計內(nèi)容1、反鏟挖掘機工作裝置構(gòu)成1-斗桿油缸；2-動臂；3-油管；4-動臂油缸；5-鏟斗；6-斗齒；7-側(cè)板；8-連桿；9-曲柄：10-鏟斗油缸；11-斗桿.圖1-1工作裝置組成圖圖1-1為液壓挖掘機工作裝置基本組成及傳動示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗5、連桿9、斗桿11、動臂2、相應(yīng)的三組液壓缸 1、4、10等組成。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸 的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動，而 鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液

3、 壓缸回縮，動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖 掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通 回轉(zhuǎn)馬達，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進行卸土。卸完后， 工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進行第二次挖掘循環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸 在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多樣的、隨機的。上述過程僅為一般的理想過程。挖掘機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

4、以對工作裝置進行適當(dāng)簡化處理。則可知單斗液壓 挖掘機的工作裝置可以看成是由動臂、斗桿、鏟斗、動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸及連桿機構(gòu)組 成的具有三自由度的六桿機構(gòu)，處理的具體簡圖如1-2所示。進一步簡化得圖如 1-3所示。24圖1-2工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖1-動臂油缸；2-斗桿油缸；3-鏟斗油缸圖1-3工作裝置結(jié)構(gòu)簡化圖2、運動簡圖3、自由度F =3 n- 2Pl-FH=3 11-2 15=33-30 =34、反鏟挖掘機設(shè)計過程4.1、特殊工作位置的計算4.1.1、最大挖掘深度HFQV三點共線且垂直與基準地面時，斗齒尖距基準地面反鏟最大挖掘深度 H1是指動臂油缸全縮,的垂直距離。圖3-1最大挖掘深度示

5、意圖H 1 =Y = YFmin2 _3 =YC l1 sin ： 21min -2 _3 = Y l1 sin("min _ 90 ) - l2 - l3注：1、對于：2min 一 Emin -90。，當(dāng)F點在水平線下方時為負值，否則為正值；2、H1為負值。4.1.2、卸載高度H30X圖3-2最大卸載高度示意圖卸載高度H3是指當(dāng)斗桿油缸全縮，動臂油缸全伸時，QV連線處于垂直狀態(tài)時，斗齒尖距離停機面的垂直距離。H3=YVmax=Ycli sin - 21max l2 SinGmax -9° - Rmin )3=艮l1 Sin(*max 9。) ' l2 sin(Ym

6、ax '9° - Rmin ) 34.1.3、最大挖掘高度出反鏟最大挖掘高度 H 2是指動臂油缸全伸，斗桿油缸全縮以及鏟斗油缸全縮時斗齒尖距離基準地面的 距離。QX圖3-3最大挖掘高度示意圖H2 =H3 l3 l3sin4.1.4、最大挖掘半徑R反鏟最大挖掘半徑 R是指斗桿油缸全縮，C、Q距離最大且C、Q、V三點一線并平行于基準地面時 斗齒尖距離回轉(zhuǎn)中心線的最大距離，此時動臂油缸和鏟斗油缸的長度不在極限長度上。R = Xc 1 CQmax l = X. l1 2 - 2l1l2 COS CFQ，I34.2、基本尺寸的確定4.2.1、斗形參數(shù)的確定1°鏟斗斗形主參數(shù)的

7、確定鏟斗的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有斗容量q、轉(zhuǎn)角挖掘半徑l3和平均斗容寬b，它們與鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角2 ：max之間存在如下的數(shù)學(xué)關(guān)系：q =0.5l；b(2max -Sin2 max)Ks式中Ks為松散系數(shù)，與土的類別及其狀態(tài)有關(guān)。參考文獻，對三級土，其范圍在1.241.3之間，初選可近似取其中間值 Ks =1.27。式(1 )中，挖掘轉(zhuǎn)滿轉(zhuǎn)角 2ax是指鏟斗從開始接觸土壤到挖掘 過程結(jié)束并脫離土壤的轉(zhuǎn)角，并非鏟斗的整個轉(zhuǎn)角范圍。試驗和統(tǒng)計結(jié)果顯示，該值一般在90。110。之間，初選取2 'max =100。而為了滿足挖掘，鏟斗的總轉(zhuǎn)角-:3max一般達到180°左右。根據(jù)相關(guān)資 料，

8、當(dāng)容量q =0.6m3時，斗寬統(tǒng)計值及推薦范圍一般取b = 0.91m，當(dāng)容量q = 1m3時，斗寬統(tǒng)計3值及推薦范圍一般取b=1.18m ，通過插值法可得當(dāng)q=0.8m 時，b =0 . 9 1 -( 0 . 80.6) -( 1 =1 8 m0°. 9 1 ) / ( 10.6)1.045則通過上式可得|3 = 1.26m。2鏟斗斗形其他參數(shù)的確定在上述主參數(shù)確定的基礎(chǔ)上，接下來就應(yīng)考慮鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀和具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如鏟斗上兩鉸接點的距離Ikq、 KQV 。對于 Ikq，其取值范圍一般在 Ikq 二(0.3 0.38)13，在此取 Ikq = 0.34b，則 Ikq 二 0.4

9、285m。對于.KQV，則涉及鏟斗的具體結(jié)構(gòu)情況，一般在95。105。范圍選取，在此選.KQV=100。422、動臂機構(gòu)參數(shù)的確定O1、 與C點坐標的確定動臂由上下兩段直的和中間彎曲的三段組成。根據(jù)相關(guān)文獻的統(tǒng)計規(guī)律，動臂彎角：1一般取值范圍為 110。140。，再此選取 r = 125O，即.CZF=125。鉸接點C坐標的選擇，由底盤和轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，并結(jié)合同斗容其他機型的對比，選擇：Yc =0.8m (注：由于后面有個估算公式，所以Xc之后根據(jù)估算公式定，其實在這里也可以先選擇A點坐標)。2O l1與l2的確定動臂長度及斗桿長度的比值K1 = l1 /l2是反映工作裝置特性的一個重要參數(shù)，但其選

10、擇范圍可能會因作業(yè)要求的不同而變化很大，故難以對其進行準確分類和描述。參考相關(guān)文獻認為，當(dāng)K1 2時為長動臂短斗桿方案，當(dāng) K1 <1.5時為短動臂長斗桿方案，當(dāng)K1在1.52之間為中間方案。根據(jù)橫向?qū)Ρ瘸踹xK1 =h/l2 =1.8。R l3近似取最大挖掘半徑R = l1 l2 l3 ,并將 Q = If l2 = 1. 8帶入，得l2- = 1.52m ,則1 + K1h =心 l2 二 2. 736rio3。l41與l42的確定FZ和CZ分別為上下動臂在圖示平面內(nèi)的對稱中心線，上下動臂的長度比K2二FZ /CZ與動臂油缸鉸接點的位置 B有關(guān)。多數(shù)情況下Z、B兩點并不重合，但比較接近

11、。初選時可取K2=1.11.3 , 在此取K2 =1.2。2 2 2在三角形 CZF 中，由 11 141 142 - 2l4il42 COS 宀得 l41/ 1 K； _2K2 cos_” =1.4m ,則 |42 =K2l41 "68m ,2 2 2.ZFC =arccos(l42 I1 I41)/2I1I42 =248。4。其他參數(shù)的確定：n的取值對最大挖掘深度和最大挖掘高度都有影響，在以反鏟為主時，可取宀160。，在此取31=65 。而.ZCF=180。-:廠 ZFC=30.2。通過查閱相關(guān)資料比對，取.BCZ=5。，則.BCF=30.2 °-5° =25

12、.2。，即20=25.2。斗桿油缸全縮時， CFQ最大，依經(jīng)驗統(tǒng)計和便于計算取.CFQmax=160。，則Rm in1 8 0-1°6=0。2 0則XC=R-( J； I； -2M2COS160) -l3=0.06m，此時可以認為 C即為回轉(zhuǎn)中心。則根據(jù)最大挖掘深度和最大卸載高度公式：最大挖掘深度計算簡圖，-M90最大卸載高度計算簡圖H 1 =X/min =YFmin _ l2 _ l3 =Cl1 Sin1min _ 90 ） _ l2 _ l3H3 Umax 二 Yc IlSin Umax -90。* nimax -90。-如）J二 Yc hsin （弓max 一90。） I2 s

13、i nUmax110j3通過以上二式可得：弓max =145.1弓min -28.2而Yc -Ya l5 sin ： n ，對于此類型挖掘機l5 一般可取I5 =0.3m ，則可推出Ya = YC _ 15 sin'S1 = 0.53m°又對于一般以反鏟為主的挖掘機，其動臂油缸最大伸長量L1max與最短全縮量L1min之比一般為1.51.8，在此取 =1.6。又在三角形ABC中，由Lfmax =l| l；2l5l7COS BCA max = lf l； 一 2l7 COS（%ax 一 90。* 11 20）L2min =l5 I；-2l5l7COS BCAmin=lf I；

14、- ZICOSGmin 一90。-0）L1max / L1min 1 _ 1.6可得：L1max二 0.85mL1max = 1.36ml7 =1.1m至此，動臂機構(gòu)的各主要參數(shù)已經(jīng)初步確定。423斗桿機構(gòu)基本參數(shù)的確定D :斗桿油缸的下敦點；E :鏟斗油缸的上較査；屮F動臂的上鉉點；v :斗桿的擺角；b：斗桿油缸的最大作用力臂*斗桿機構(gòu)基本參數(shù)計算簡圖取整個斗桿為研究對象，再根據(jù)斗桿油缸最大作用力臂的普遍表達式：e = I9 = F Gmax(l2' l3 ) / F 2其中FGmax為斗桿最大挖掘力，在此為 52KN，F(xiàn)2為斗桿油缸最大推力，根據(jù)同類型的挖掘機，可選擇280KN。則

15、 I9 =0.52m根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)一般選取- ma= 90。max由圖2-3的幾何關(guān)系可得：L2min =2l9 Sinmax/2)/( '2 一1)其中2為斗桿油缸全伸長長度與全縮短長度之比，一般2 =1.6，則 Lzmax 二'2 Lzmin得到：L2min =12mL2max = 1.92ml8丄爲 11 2L2minl9COS(2max)/2) = 0.91m動臂上的 DFZ也是結(jié)構(gòu)尺寸，按結(jié)構(gòu)因素分析，可選DFZ=10。424、鏟斗機構(gòu)基本參數(shù)的確定顯：搖臂的長度；險：連桿的長度：h :鏟斗的長度；1：:斗桿的長度；F :斗桿的下餃點：“G :鏟斗油和的下餃點；N :揺

16、臂與斗桿的錢接點；K :鏟斗的上鎖點；Q ：鏟斗的下餃點3鏟斗機構(gòu)圖1。轉(zhuǎn)角范圍由最大挖掘高度 H2和最大卸載高度 H3的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角-:H2 -H3 =l3 l3sin即 4.64 2.66 =1.26 1.26sin得到 =348最大轉(zhuǎn)角；3max :其不宜太大，太大會使斗齒平均挖掘力降低，初選；：3max =170。2。鏟斗機構(gòu)其他參數(shù)的確定L3max與L3min的確定鏟斗最大挖掘力F3jmax應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3jmax=52KN。粗略計算知斗桿挖掘平均阻力F3Jmax二F3J max / 2二26KN挖掘阻力F3j所做的功 W3J :WJ - F 3J maxl

17、3 3max鏟斗油缸推力f3所做的功W3 :2W3 = F3( '3 一 1)L3min由能量守恒可知W3=W3J其中'3為鏟斗油缸全伸長長度與全縮短長度之比，對于反鏟挖掘機，其一般取值范圍為1.52.0,在此取3 =1.6，鏟斗油缸推力 F3 一般可取50100KN，在此取F3=80KN。于是可得：L3min = 0.78m則L3max二3L3min = 1.248m，由于考慮到后續(xù)的合理配合問題，最終取L3ma 1.4m。剩余部分為四連桿機構(gòu)尺寸，根據(jù)有關(guān)文獻，推薦按以下比例關(guān)系初選鏟斗連桿機構(gòu)的主要尺寸參 數(shù)：HN KQ,HK HN , NQ ” 0.75HN，再根據(jù)同種

18、類型的挖掘機比較?。篐N = 0.55m, HK = 0.5m, NQ =0.4m其中N點在FQ的連線上。此時只有G點還沒有確定，設(shè) F點為坐標原點，G的坐標是(x, y)，則根據(jù)鏟斗油缸全縮時和鏟斗G點得位置。N 點和 Q 點的坐標，N ( 0.916,0.644)，Q( 1.244,0.874)油缸全伸時列出兩個方程，即可確定 首先根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系確定1易得：K(0.941,1.179)，令H點的坐標為(心力)則根據(jù)勾股定理可列方程式：f2222(為一0.941)2 (y, 一1.179)2 二 HK =0.522 2 2 2(x, -0.916)2 (y, -0.644)2 二 HN =

19、0.552” lx, =0.482得到1y =0.9812)在鏟斗油缸全伸時，再根據(jù)最大轉(zhuǎn)角：7易得：K '(1.595,0.626)，令 H'點得坐標為(x2 , y2 )則： 2(x2 -1.595)2 (y2 -0.626)2 =HK，= 0.522 2 2 2(X2 -0.916)(y0.644) -HN -0.55x2得到2= 1.305y2 =1.033此時，再令G點的坐標為G (x,y)則：f2222(x -0.482)2 (y -0.981)2 二 L3min = 0.7822222(x -1.305)2 (y -1.033)2 二 L3max 九42得到xy-

20、0.118= 0.291即:FG = ,0.1182 0.2912 =0.314m,.GFQ 二arctan(0.291/ 0.118)-(如ax -Rmin -90°) =32.8。至此，挖掘機工作裝置已經(jīng)基本確定完畢。五.工作路線分析co亠 Bslewl-§ja'lAffifi機械設(shè)計27m»11H3»11i? Q 81i1i1I1I1I1I1I04 io 加 軸 io $o io ?gIMRuiTn»lXl電 0 81 i 1 i 1 I 1 I 1 I 1 I 1 IOO 14 JC 卿$0070疵 Usi.RuTn»

21、l'$«：l加速度曲線Pl -fflK樂膽舊50DSD301a5060Qa'troiai 1Tm&|5HiwftiERjO5 klEA 600« -WO-300.0430.0-KOO«00-TOO4000M 1D M9Q0.DJO 40 M 6070Tine 岡六有限元分析動臂網(wǎng)格劃分ANSYSMAY SO JD13 22:27:025TEP-1SUB =1TIME" 。阿(AVG；fitSYEFWK =.0010WSMX DO 1046動臂應(yīng)力云圖網(wǎng)期1 SOLITTIMSTEP-1SUB =1TIME"SElJV A

22、VG Hdx mn輛W =.50 9-92SMX >163.«29a509&237.8775>23112*59149.94919.1S5.5593.911312丁16B.29動臂位移云圖ANSYSMAY JO JD13 22:3»:13.244E-W, 461E-O3.731E-03.&74E-03 122E-03-36SE-03.609E-03-852E-03,D010«鏟斗網(wǎng)格劃分鏟斗應(yīng)力云圖鏟斗位移云圖0ANSYS1NOCAL SOLUIIOH1.0731.613.2194.2932.6E33.75fi4.629STEP-1SUB =1TIHE=LU5UM (KWG) RSYS=ODHX >4,829SMX -4,829分析結(jié)果通過有限元仿真，得到動臂的應(yīng)力云圖。動臂的最大應(yīng)力出現(xiàn)在動臂與支承座相連的鉸接孔處，為125. 2 M Pa,小于Q 235屈服極限235 M Pa,滿足設(shè)計要求。但存在應(yīng)力集中