挖掘機工作裝置設計

1、第一章 工作裝置總體方案的選擇研究內(nèi)容：1、 工作裝置機構的幾何參數(shù)設計2、 各主要工作尺寸驗算3、 工作裝置各部件運動及受力分析、工作裝置挖掘性能分析4、 各液壓缸閉鎖力驗算5、 動臂機構、斗桿機構的結構設計 6、動臂、斗桿強度校核研究方法：采用靜力學原理和機構幾何學原理，對挖掘工作裝置進行應用研究。原始參數(shù)： 表1-1 原始參數(shù)表 名 稱值名 稱值整機重12.8t最大挖掘深度700mm斗容量0.2 m3最大挖掘半徑4000mm發(fā)動機功率55KW最大卸載高度2900mm液壓系統(tǒng)壓力35MPa挖取距離2150mm技術要求：對工作裝置的參數(shù)和幾何構進行研究設計，設計尺寸達到要求；主要工作尺寸誤差

2、不得大3%；對動臂、斗桿進行強度校核。工作裝置應滿足以下要求：1. 主要工作尺寸及工作范圍滿足使用要求。在設計反鏟裝置時要考慮與同類型機器相比的先進性，考慮國家標準的規(guī)定，并注意到運動參數(shù)受機構碰撞限制等的可能性。2. 整機挖掘力的大小及其分布情況應滿足使用要求，并且有一定的先進性。3. 作業(yè)條件復雜，使用情況多變時應考慮工作裝置的通用性，采用變鉸點結構或配套機構時，要注意分清主次。要滿足使用要求的前提下，力求替換構件種類少，結構簡單，換裝方便。 4.工作裝置結構形式和布置要便于裝卸和維修，尤其應便于易損件的更換。第一節(jié) 動臂和斗桿總體方案的選擇動臂是工作裝置的主要構件，反鏟動臂可分為整體式和

3、組合式兩類。整體式動臂有直動臂和彎動臂兩種。直動臂構造簡單，輕巧，布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機。整體式動臂結構簡單，價廉，剛度相同時結構重量輕于組合式動臂。動臂液壓缸的布置方案如圖所示，動臂液壓缸裝于動臂的上方這個方案的特點是動臂下降幅度較大，在挖掘時動臂液壓缸往往處于受壓狀態(tài)，閉鎖能力較強。動臂提升時液壓缸小腔進油，提升速度也較快。為了統(tǒng)一缸徑和液壓缸的閉鎖能力，雙動臂液壓缸的方案采用漸多。有些懸掛式動臂液壓缸布置時考慮到不破壞動臂箱型截面，且不與斗桿液壓缸碰撞，也采用雙缸，斗桿液壓缸一般只用一個。但大多數(shù)動臂液壓缸還是采用單缸。本設計采用在上方布置的單動臂液壓缸。第二節(jié) 鏟斗總體方案的選

4、擇鏟斗與鏟斗液壓缸的連接有三種形式，如下圖所示，其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同。圖a為直接連接，鏟斗，斗桿與液壓缸組成四連桿機構。圖b中鏟斗液壓缸通過搖桿1和連桿2與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機構。圖d與圖b類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端鉸接于搖桿兩端之間，圖c的機構傳動比與b相同，只是鏟斗擺角位置向順時針方向轉動了一個角度。六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉角，改善了機構的傳動特性。六連桿中方式b和d在液壓缸行程相同時，后者能得到更大的鏟斗轉角。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。鏟斗液壓缸一般用一個，因傳動比小，單液壓缸作用力足以保證斗齒

5、所需的挖掘力。本設計采用圖b的方案。第三章 反鏟工作裝置幾何參數(shù)的設計驗算第一節(jié) 斗型參數(shù)的選擇 斗容量q，平均斗寬B，轉斗挖掘半徑R和轉斗挖掘裝滿轉角是鏟斗的四個主要參數(shù)。R,B及三者與q之間有以下幾何關系式中 標準斗容量即堆尖斗容，； 平均斗寬，選??； 轉斗挖掘半徑；土壤松散系數(shù)，取1.25；挖掘裝滿角，全面考慮有關因素，可以取=90o100o，取2=96o。將以上各值代入式計算得。鏟斗上兩個鉸點K和Q 的間距太大將影響鏟斗機構的傳動特性，太小則影響鏟斗結構剛度，一般取特性參數(shù) 。取。則一般地，取，取第二節(jié) 動臂機構參數(shù)選擇 確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù) 。對于一定的工作尺寸而言，動

6、臂與斗桿的長度比可以在很大的范圍內(nèi)選擇。由樣機，初選。 據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑 值一般與的和值很接近。因此由要求的，已定的和可按下列近似經(jīng)驗公式初選和：由原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為，代入公式得=1300mm，=1900mm。動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比按不同情況選取，以反鏟為主的通用挖掘機要適當顧及其他換用裝置要求在地面以上作業(yè)時有足夠的提升力矩可取=0.81.1。初選=0.9。 的取值對參數(shù)特性，最大挖掘深度有影響。加大會使減小或使增大，這正符合反鏟作業(yè)要求。因此基本用作反鏟的小型機取60初選=60。 根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力，流量，系統(tǒng)回路，供油方式，工廠制造條件和三化的要求確定液壓缸的伸縮比

7、。增大液壓缸伸縮比可以增大動臂的轉角，但由于受油缸穩(wěn)定性的限制，一般取1.61.7。初選動臂液壓缸的伸縮比=1.67。 由機體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù)表及線尺寸參數(shù)公式： 可得=AC=400mm. 由樣機，初選無因次比例系數(shù)=0.8，則由可得=500mm,動臂在上極限位置時由得令 動臂和動臂液壓缸鉸點位置的幾何關系動臂在下極限位置時由得令 又由得 由得 于是動臂在上，下極限位置時液壓缸作用力臂相應為=0.9 取無因次比例系數(shù)，把它們代入上式得出得 得 從2和中可以看到之間的關系：；1。符合要求大于，此時。懸掛式動臂連接方案即屬于此類。顯然，動臂的擺角為斗桿液壓缸全縮時最大，常選初選為。當懸掛式動

8、臂液壓缸全縮，斗桿液壓缸全縮，QV連線處于垂直狀態(tài)時可以得到最大卸載高度狀態(tài)，由圖知最大卸載高度的表達式為： 初選BF=1300由余弦定理因此將以上所得代入式（310）可得當懸掛式動臂液壓缸全伸，F(xiàn)QV三點同直線并處于垂直狀態(tài)時可以得到最大挖掘深度狀態(tài)，第三節(jié) 斗桿機構參數(shù)選擇 確定斗桿液壓缸的鉸點位置，行程及力臂比時應考慮以下因素：1保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。液壓缸作用力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應大于要求克服的最大挖掘阻力。2.保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。對于以轉斗挖掘為主的中小型反鏟，選擇斗桿機構參數(shù)時必須注意轉斗挖掘時斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉斗液壓缸的

9、挖掘力能得到充分的發(fā)揮。3.保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍大致在105125之間。在滿足工作范圍和運輸要求的前提下此值應盡可能取的小些。一般說斗桿愈長，其擺角范圍也可稍小。 斗桿上的大小取決于結構因素，并考慮到工作范圍一般在之間。本設計取。參考國內(nèi)同類機型機器斗桿挖掘力值，按要求的最大挖掘力確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。初選斗桿液壓缸型號HSG缸筒內(nèi)徑為140mm，桿徑為80mm，伸縮比?？刹榈?，液壓缸的推力為246.3KN，拉力為165.88KN。則斗桿的擺角在之間，取斗桿液壓缸初始力臂與最大力臂之比是斗桿擺角的余弦函數(shù)。設，則如圖所示已定時愈大，和就愈小，平均挖掘力也就越小。=833mm

10、，則1392mm解得挖掘機在最大卸載高度處，斗桿液壓缸全縮,此時第四節(jié) 鏟斗機構參數(shù)選擇作機構參數(shù)選擇時，已知待選的參數(shù)還有7個即。 如前所述，鏟斗在挖掘過程中的轉角大致為90100，為了要滿足開挖和最后卸載及運輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉角往往要達到150180，本設計初選。如圖所示，設時斗齒尖為，則肯能在FQ延長線上，或者在其上側的030處，本設計初選在其上側20處，此時為仰角。鏟斗液壓缸伸縮比應當在允許的范圍內(nèi)，對鏟斗機構可取。本設計初選。最大挖掘阻力F3j按經(jīng)驗估計為40KN，挖掘阻力所做的功鏟斗油缸推力做功W3=F3(-1)L3min 可以求得L3min=788mm,L3max=1150

11、mm.由結構確確定G點位置，初選FG=400mm,L+L通過作圖法設計出一組數(shù)據(jù)，L=400,L=613,L=726,L=574.由此基本確定了工作裝置各結構的尺寸。第五節(jié) 各主要工作尺寸驗算整個工作裝置幾何尺寸確定以后，應校核最大挖掘深度，最大卸載高度及最大挖掘半徑。最大挖掘深度符合要求最大挖掘半徑最大卸載高度求得=1300+1900sin52.54+1300sin42.54-800=2900mm第三章 刮板運輸機構的設計第一節(jié) 概述采掘下來的煤只有運出礦井才有使用價值。因此，運輸是煤炭生產(chǎn)過程中非常重要的一部分。刮板輸送機是煤炭裝運的第一個環(huán)節(jié)，因此，刮板輸送機的輸送能力在很大程度上決定了

12、采煤工作面的生產(chǎn)能力和效率。然而，井下運輸在工作面和巷道中進行，巷道是根據(jù)煤層條件，按開采方法的需要，綜合各種要求，在煤層或巖石中開鑿出的。因此，井下運輸條件的特點是：在有限斷面的巷道內(nèi)運行，環(huán)境濕度大。由此可見刮板輸送機在使用中，要承受拉、壓、沖擊、摩擦和腐蝕等多種作用，必須要有足夠的強度、剛度、耐磨和耐腐蝕性。由于它的運輸方式是物料和刮板鏈都在槽內(nèi)滑行，運行阻力和磨損都很大。但是，在采煤工作面運煤，目前還沒有更好的機械可代替。只能從結構上、強度上和制造工藝上不斷研究改進，使它更加完善、耐用。由此可見，刮板輸送機是煤炭等礦物運輸中必不可少的運輸機械。第二節(jié) 方案選定刮板輸送機鏈條在溜槽內(nèi)布置

13、方式，常用的有中單鏈、中雙鏈及邊雙鏈。其特點分別是：a. 中單鏈。刮板在溜槽內(nèi)起導向作用，一條鏈條位于刮板中心。其特點是結構簡單，彎曲性能好，鏈條受力均勻，溜槽磨損小。其缺點是過煤空間小，機頭尺寸較大，能量消耗較大。b. 邊雙鏈。鏈條和連接環(huán)起向?qū)ё饔?，鏈條位于刮板兩端。其特點是過煤空間大，消耗能量小。其缺點是水平彎曲時鏈條受力不均勻，溜槽磨損較大。c. 中雙鏈。刮板在溜槽內(nèi)起向?qū)ё饔?，兩條鏈條在刮板中間，其間距不小于槽寬的20%，其特點是鏈條受力均勻，溜槽磨損小，水平彎曲性能好，機頭尺寸較小，單股鏈條斷時處理方便。缺點是過煤空間小，能量消耗大。由于本設計中不存在刮板機構的彎曲，又考慮到過煤量較大選用邊雙鏈型刮板輸送機。第三節(jié) 刮板輸送機的整體設計計算任務書要求：運輸能力：Q=30t/h，鏈速：V=1m/s最大轉彎半徑7000mm.按連續(xù)運行的計算公式，其運輸能力為式中運行物料的斷面積F，與中部槽的規(guī)格及其承載能力有關。式中 刮板輸送機的運輸能力，t/h；中部槽物料運行時的斷面積，；裝滿系數(shù)；物料的