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┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄 中文摘要……………………………………………………………… 3 英文摘要 ………………………………………………………………4 正文 1行走裝置 ………………………………………………………… 7 1．1構(gòu)造和傳動(dòng)形式 ………………………………………………7 1．2行走系的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 8 1．3四輪一帶等有關(guān)參數(shù)的初步確定和行走結(jié)構(gòu)布置………………8 2回轉(zhuǎn)裝置 …………………………………………………………… 9 2．1滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承 …………………………………………10 2．2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) …………………………………………………… 11 2．3轉(zhuǎn)臺(tái) …………………………………………………………… 12 3工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………15 3．1裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 ………………………………15 3．2履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的類型的綜合分析和選用 …………16 3．3鏟斗 ………………………………………………………………18 3．4工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) ……………………………19 3．5工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算 ………………………………………… 25 3．6轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸的設(shè)計(jì) ………………………………… 28 結(jié)論 ………………………………………………………………32 謝辭 ………………………………………………………………33 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………34 附錄 ………………………………………………………………35 中英文翻譯及原文 …………………………………………………35 翻譯 …………………………………………………………………35 摘 要 本文設(shè)計(jì)的是一種微型挖掘機(jī)，作在為工業(yè)、民用上有特殊用途的裝載機(jī)械，它可以用于煤礦井下狹小空間的清理、裝載、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，也可以用于冶金、礦山、隧道建設(shè)等場(chǎng)合的挖掘裝載工作。在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的了解和分析，利用任務(wù)書(shū)上所給定的挖掘機(jī)鏟斗額定裝載載荷，先計(jì)算出鏟斗的斗容，而后選用標(biāo)準(zhǔn)容量的鏟斗，根據(jù)所選出的標(biāo)準(zhǔn)鏟斗，計(jì)算出挖掘機(jī)的最大鏟取阻力、最大卸載高度、最小卸載距離等一些設(shè)計(jì)所必需用到的量。通過(guò)對(duì)工作機(jī)構(gòu)上九個(gè)鉸接點(diǎn)位置的確定來(lái)設(shè)計(jì)出動(dòng)臂的模型及動(dòng)臂上各點(diǎn)的受力，然后計(jì)算出舉臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸的內(nèi)徑、活塞桿的桿徑，選出標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸。根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)以上部分的重力計(jì)算選擇馬達(dá)和滾動(dòng)軸承，然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的行走裝置。 關(guān)鍵詞：鏟斗、液壓缸、動(dòng)臂、挖掘機(jī) Abstract What this text design is a micro-excavator which has special use in the fields of industry and agriculture. It can work in a narrow and small place to clean carry and transport the stones and it can be used in metallurgy, digging mine and tunnel construction as well. By consulting the latest professional technology and theories, taking account of the practical need of the market and making use of the given rated weight from the task paper, I firstly calculate the capacity of bucket and then select standard bucket data to calculate some essential data such as the largest scooping resistance, the largest unloading height and the largest unloading distance, etc. Through the position of nine attachment points in the system I initially design the arm model and the force of all points. By analyzing the force of the tow important points, calculate the diameter of the raising arm cylinder and the turning bucket, and the diameter of the piston pole, and the distance of travel of the piston, then select the standard cylinder. According to the gravities of the above parts, calculate and select the motor and the roll over the bearings. Then design the device of the walk Key words: bucket ,cylinder, the moving arm ,excavator 緒論 一、挖掘機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用和發(fā)展概況 （一）挖掘機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 挖掘機(jī)械包括各種類型和功能的挖掘機(jī)，有單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī)兩類。其共同特點(diǎn)是鏟斗按照一定順序、間歇或連續(xù)地進(jìn)行挖掘、裝載、卸載和整機(jī)移動(dòng)。由于機(jī)械具有許多優(yōu)點(diǎn)，在土方施工中得到廣泛應(yīng)用。 單斗挖掘機(jī)是一種利用單個(gè)鏟斗挖掘或裝載土壤或石塊的機(jī)械，廣泛應(yīng)用在建筑施工、筑路工程、水電建設(shè)、港口工程、農(nóng)田改造、國(guó)防工事的土方施工和露天礦場(chǎng)的采掘作業(yè)中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)、加快施工速度、實(shí)現(xiàn)土方工程機(jī)械化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了很大的作用。 （二）國(guó)外挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 當(dāng)前各工業(yè)大國(guó)的挖掘機(jī)制造業(yè)已是一種具有相當(dāng)規(guī)模的行業(yè)，美國(guó)、德國(guó)、日本、俄羅斯是世界上挖掘機(jī)比較多的國(guó)家 （三）國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)在幾十年之內(nèi)，從無(wú)到有、從小到大，做出了很大的成績(jī)，然而還存在企業(yè)生產(chǎn)組織管理水平低、產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量不能滿足建設(shè)需要、產(chǎn)品性能不夠先進(jìn)、質(zhì)量有待提高、可靠性低、壽命短、以及設(shè)計(jì)研究和試驗(yàn)等基礎(chǔ)比較薄弱等缺點(diǎn)。 二、挖掘機(jī)的發(fā)展趨向 （1） 在品種規(guī)格方面，趨向于大型化、微型化、多功能和專業(yè)化發(fā)展 為適應(yīng)不同工程對(duì)象的施工要求和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需要，挖掘機(jī)品種將持續(xù)增長(zhǎng)，除一般機(jī)型外，重點(diǎn)在于：1）發(fā)展大功率、大斗容、大生產(chǎn)率的巨型機(jī)械，以滿足礦場(chǎng)采掘工程的需要。2）由于城鎮(zhèn)建筑和修理工程的需要，發(fā)展機(jī)重不到1t、斗容小于0.02m的微型挖掘機(jī)，這種挖掘機(jī)十分輕便靈活、易搬好運(yùn)，可在狹窄空間順利地工作，以進(jìn)行輔助性工作。3）對(duì)常規(guī)的中小型挖掘機(jī)，要求增多工作裝置。以適應(yīng)多種工作的需要。4）專門(mén)用途的挖掘機(jī)，則要求向?qū)Ｓ没l(fā)展，以提高機(jī)械的工作性能和經(jīng)濟(jì)效益。 （2） 重視挖掘機(jī)的質(zhì)量和質(zhì)量管理，重視實(shí)驗(yàn)研究 國(guó)外挖掘機(jī)廠十分重視機(jī)械生產(chǎn)質(zhì)量管理，認(rèn)為是企業(yè)生存和發(fā)展的主要環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)組織上不斷提高專業(yè)化程度，在生產(chǎn)管理上不斷完善管理體系、嚴(yán)格檢驗(yàn)制度、提高產(chǎn)品可靠性和壽命。 （3） 普遍重視產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。大力采用新技術(shù)、新工藝、新材料和新結(jié)構(gòu)。 三、本人設(shè)計(jì)課題簡(jiǎn)介 我設(shè)計(jì)的是一種微型單斗挖掘機(jī)，該挖掘機(jī)可用于煤礦井下狹小空間的清理、裝載、運(yùn)輸工作，也可以用冶金、礦山、隧道建設(shè)等場(chǎng)合的工作。這類挖掘機(jī)的工作效率約為人工的6倍以上，使用這類挖掘機(jī)進(jìn)行清理、運(yùn)輸可為煤礦的安全生產(chǎn)提供有利的保障。 電動(dòng)挖掘機(jī)存在的問(wèn)題：由于是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，挖掘機(jī)不得不拖帶很長(zhǎng)的電纜，使得電纜長(zhǎng)期在地面拖動(dòng)，有時(shí)操作人員不注意，可能碾壓電纜，電纜被拖曳受到磨損。極易發(fā)生導(dǎo)電、漏電現(xiàn)象，從而引發(fā)人身、設(shè)備事故，同時(shí)也使車輛的機(jī)動(dòng)性受到很大的限制。解決這一問(wèn)題的途徑有兩個(gè)方案：一是加裝卷纜裝置，二是采用其它無(wú)須從井下電網(wǎng)取電，因而也就不需要拖動(dòng)帶電纜的動(dòng)力裝置。 本設(shè)計(jì)包括挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置、工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，以工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算為重點(diǎn)，設(shè)計(jì)的程序和過(guò)程如正文所示。 正文 1.. 行走裝置 挖掘機(jī)的行走裝置既是機(jī)械的運(yùn)行部分,又是機(jī)械的支承.挖掘作業(yè)時(shí)機(jī)械不走,行走裝置要承受整臺(tái)機(jī)械的的自重和外載,這是與運(yùn)輸車輛和鏟土運(yùn)輸機(jī)械所不同的,因此設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的行走裝置時(shí)應(yīng)兼顧支承和運(yùn)行兩個(gè)方面的需要. 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)行走裝置可分為履帶式和輪胎式兩大類. 履帶式行走裝置牽引力大,接地比壓小,因而越野性能好,爬坡能力大,且轉(zhuǎn)彎半徑小,機(jī)動(dòng)靈活,獲得廣泛應(yīng)用.但運(yùn)行和轉(zhuǎn)彎時(shí)功率消耗大,零件磨損快,履帶板醫(yī)損路面,故一般僅作場(chǎng)地內(nèi)部運(yùn)行,長(zhǎng)距離運(yùn)行時(shí)需借助其它車輛. 輪胎式行走裝置運(yùn)行速度快,機(jī)動(dòng)性能好,運(yùn)行式輪胎不損壞路面,因而在城市建設(shè)中很受歡迎.缺點(diǎn)是接地比壓大,爬坡能力小,挖掘作業(yè)時(shí)一般需要專門(mén)支腿以確保機(jī)身穩(wěn)定,運(yùn)行時(shí)要受橋梁的容許負(fù)荷限制,目前還限于斗容1立方米以下的挖掘機(jī)采用. 因本人設(shè)計(jì)的是一種微型挖掘機(jī),故綜觀兩種行走裝置的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),應(yīng)采用履帶式行走裝置. 1.1構(gòu)造和傳動(dòng)形式 履帶行走裝置由四輪一帶(即驅(qū)動(dòng)輪2,導(dǎo)向輪7,支重輪3,托輪6,以及履帶1,如圖所示),張緊裝置4和緩沖彈簧5,行走機(jī)構(gòu)11(包括底架10,橫梁9和履帶架8)等組成. 圖（1）： 機(jī)械運(yùn)行時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力,力圖把履帶從支重輪下拉出.由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力,阻止履帶的拉出,迫使驅(qū)動(dòng)輪卷繞履帶向前運(yùn)行. 1.2行走系的設(shè)計(jì) 履帶行走裝置由于運(yùn)行速度低,一般為1~3m/h,因此設(shè)計(jì)時(shí)主要保證支承性能,并兼顧運(yùn)行性能,其步驟是: (1) 初定四輪一帶等有關(guān)參數(shù)和行走系結(jié)構(gòu)布置; (2) 計(jì)算承載能力,包括接地比壓和行走架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算; (3) 選擇行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案,擬定行走液壓系統(tǒng),確定行走液壓馬達(dá)主參數(shù)和減速器速比,驗(yàn)算行走速度\爬坡能力和原地轉(zhuǎn)彎能力等. 1.3.四輪一帶等有關(guān)參數(shù)的初步確定和行走系結(jié)構(gòu)布置. (1)履帶支承長(zhǎng)度L,軌距B和履帶板寬度b應(yīng)合理匹配,使接地比壓,附著性能和轉(zhuǎn)彎性能均符合要求. 令L0為m;h0表示履帶高度,h0為m;G表示整機(jī)質(zhì)量, G為t, 則 L0, L0+0.35h0, L0 (2) 履帶節(jié)距t0和驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z應(yīng)在滿足強(qiáng)度,剛度的情況下盡可能取小值以降低履帶高度. t0與G的關(guān)系為: t0=(15~17.5),其中t0為mm,G為kg.驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)為奇數(shù),z=19~23.為使h0不致過(guò)大,由兼顧履帶運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,當(dāng)t0去小值時(shí)則z取大值,當(dāng)t0取大值時(shí)z取小值. (3)履帶緩沖彈簧張緊力和工作行程的確定 履帶行走裝置的導(dǎo)向輪通過(guò)緩沖彈簧和張緊裝置固定在履帶架上,它可以沿履帶架滑動(dòng)以改變輪距,保證履帶的拆裝,減少運(yùn)行過(guò)程的沖擊,避免軌鏈脫軌. 緩沖彈簧應(yīng)有足夠的預(yù)緊力F,該力保證緩沖彈簧不會(huì)外來(lái)的微小沖擊而產(chǎn)生變形,引起履帶振跳或脫軌,但過(guò)大會(huì)惡化履帶架受力,加劇零部件磨損,降低行走裝置效率.一般可近似取為1.5Fk(Fk一條履帶的牽引力),履帶的張緊度一般控制在2~4cm.緩沖彈簧最大變形時(shí)的張緊力應(yīng)保證倒退時(shí)軌鏈仍能與驅(qū)動(dòng)輪正常嚙合,一般可取為3Fk.緩沖彈簧的工作行程要適當(dāng),可近似取為t0/4. (4)行走系結(jié)構(gòu)布置 根據(jù)已選定的輪距和四輪直徑確定四輪位置 支重輪數(shù)一般為5~7個(gè),其間隙應(yīng)保持在70mm左右.靠近導(dǎo)向輪的一個(gè)支重輪,應(yīng)保證導(dǎo)向輪在緩沖行程內(nèi)不受到干擾,靠近驅(qū)動(dòng)輪的一個(gè)支重輪勿與驅(qū)動(dòng)輪相碰. 導(dǎo)向輪,驅(qū)動(dòng)輪下方與支重輪下緣約同處一水平線上,以增加接地長(zhǎng)度.驅(qū)動(dòng)輪布置在后方可縮短履帶驅(qū)動(dòng)段的長(zhǎng)度,減少功率損失.托輪主要用來(lái)限制履帶上分支垂度,當(dāng)L0m時(shí)取一個(gè),否則取兩個(gè).如取兩個(gè),其間距約為輪距的一半.托輪上輪緣平面的高度h2+0.5d略大于驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓半徑,以便于履帶脫離驅(qū)動(dòng)輪的嚙合,便于履帶借自重滑向?qū)蜉啞? 圖（2） 2. 回轉(zhuǎn)裝置 回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，如圖所示。圖中回轉(zhuǎn)支承3的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，內(nèi)座圈（帶齒）用螺栓與底架4連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)置有滾動(dòng)體。工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直載荷，水平載荷和傾復(fù)力矩通過(guò)回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動(dòng)體、內(nèi)座圈傳給底架。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的赤圈相嚙合。小齒輪既可以繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可以繞轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)就相對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 圖（3）： 2.1滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承 2.1.1構(gòu)造和類型特點(diǎn) 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承由內(nèi)、外座圈，滾動(dòng)體，隔離體，密封裝置，潤(rùn)滑裝置和連接螺栓等組成。它是在普通滾動(dòng)軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但又有其特點(diǎn)。普通軸承主要起支承作用而它還要傳遞運(yùn)動(dòng)；普通軸承內(nèi)外座圈的寬度與徑向尺寸之比遠(yuǎn)大于回轉(zhuǎn)支承，其剛度靠軸承座裝配來(lái)保證，而回轉(zhuǎn)支承則靠支承它的轉(zhuǎn)臺(tái)與底架來(lái)保證，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)臺(tái)與底架的剛度；普通軸承轉(zhuǎn)速高，滾動(dòng)體與滾道接觸的變化次數(shù)也多，失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)速低，載荷大，失效形式主要是塑性變形，故一般進(jìn)行靜容量計(jì)算即可。 回轉(zhuǎn)支承按滾動(dòng)體形式有滾球和滾柱，按滾動(dòng)體排數(shù)有單排、雙排和多排；按滾道形式有圓弧曲面、平面和鋼絲滾道等。常用的有單排滾球式、雙排滾球式、單排交叉滾柱式和組合滾柱式四種。 結(jié)合本人所設(shè)計(jì)的微型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可采用單排交叉滾柱式。 圖（4） 2.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 2.2.1傳動(dòng)方式及其特點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)時(shí)間約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的50%~70%，能量消耗約占25%~40%，回轉(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的30%~40%，因此合理的確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓油路型式和結(jié)構(gòu)方案，正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)，對(duì)提高生產(chǎn)率和功能利用率，改善司機(jī)的勞動(dòng)條件，減少工作裝置的沖擊等都是具有重要的意義的。 對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求是： （1） 在回轉(zhuǎn)力矩和角加速度不超過(guò)允許值的前提下，盡可能縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間； （2） 回轉(zhuǎn)是工作裝置的動(dòng)載系數(shù)不應(yīng)超過(guò)應(yīng)許值； （3） 回轉(zhuǎn)能量損失最小。 2.2.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 1、 轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= 式中G——整機(jī)質(zhì)量，[G]為t; J——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,[J]為kgm2 ∴J==8708.4kgm2 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)斗容為0.12m3的鏟斗，其整機(jī)質(zhì)量為4t,啟動(dòng)角加速度為1.0008rads-2,制動(dòng)角加速度為1.3624rads-2，最佳轉(zhuǎn)速為8.1888rmin ∴M=Jε=Jaz=8708..4×1.3624=11864.3Nm 式中 aZ為制動(dòng)角加速度 ∴p電=M===10168.8W 查閱第2版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5，選取最大輸出轉(zhuǎn)矩為11270Nm,徑向球塞馬達(dá)，型號(hào)為：1QJM52-5.0,其排量為5.0Lr-1,額定壓力為10MPa. 2.3轉(zhuǎn)臺(tái) 2.3.1轉(zhuǎn)臺(tái)平衡和配重的確定 挖掘機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部自重和載荷合力的位置是經(jīng)常變化的，而且偏向載荷方面。為了平衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺(tái)上的各個(gè)裝置需要合理布置，并在尾部另加配重，一改善下部結(jié)構(gòu)受力、減輕回轉(zhuǎn)支承磨損，保證整機(jī)穩(wěn)定性。 圖（5） 由上圖可知，布置的原則是左右對(duì)稱，質(zhì)量盡量均衡，較重的部件應(yīng)該盡量靠近轉(zhuǎn)臺(tái)尾部，此外還要考慮各個(gè)裝置工作上的協(xié)調(diào)，司機(jī)維修使用方便等。 有時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)布置受結(jié)構(gòu)尺寸限制，重心偏離縱軸線，致使左右履帶接地比壓不等，影響行走架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和行駛性能。一般可通過(guò)調(diào)整配重重心來(lái)解決，如下圖所示 圖（6） 圖中x為轉(zhuǎn)臺(tái)重心偏離縱軸線值，x’ 為配重重心偏離縱軸線值。對(duì)縱軸線取力矩平衡可求得 x’. 確定配重的原則應(yīng)使重載大幅度時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部合力F 的偏心距 與空載小幅度時(shí)合力 的偏心距 大致相等，如圖所示。 根據(jù)國(guó)內(nèi)外許多挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為挖掘機(jī)處于運(yùn)輸狀態(tài)，斗桿缸和鏟斗鋼全伸，動(dòng)臂放低使鏟斗離地約1m。轉(zhuǎn)臺(tái)上部連同工作裝置的重心 應(yīng)通過(guò)回轉(zhuǎn)中心。由于這些部件的質(zhì)量和位置已經(jīng)初步確定，配重 即可由下式求得。 = 式中 g1、g2g3、g4———分別為動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量 l1 l2 l3 l4——以上部件質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的相應(yīng)距離 l5——為配重g5的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離 2.3.2轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 轉(zhuǎn)臺(tái)的主要承載部分是由鋼板組成抗扭和抗彎剛度極強(qiáng)的箱形框架結(jié)構(gòu)主梁1，動(dòng)臂和動(dòng)臂鋼根部就支承在主梁的凸耳上。微型挖掘機(jī)為單耳。主梁下有襯板和支承環(huán)2與回轉(zhuǎn)支承連接。左右側(cè)焊有小框架作為附加承載部分。 轉(zhuǎn)臺(tái)屬于受力復(fù)雜的超靜定體系，初步計(jì)算時(shí)可簡(jiǎn)化為兩個(gè)簡(jiǎn)支梁，支承位置是主梁軸線與回轉(zhuǎn)支承滾道中心圓的交叉點(diǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)上載荷簡(jiǎn)化作用在主梁上 。 圖（7） 另外轉(zhuǎn)臺(tái)支承處應(yīng)有足夠的剛度以保證回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 3. 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)是履帶式挖掘機(jī)上直接實(shí)現(xiàn)鏟裝物料的裝置，它的結(jié)構(gòu)和性能都能顯著地影響著整機(jī)的工作尺寸、性能參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及生產(chǎn)率。因此，這部分設(shè)計(jì)是我這次設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)。 我設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由鏟斗1、動(dòng)臂2、連桿3、搖桿4、轉(zhuǎn)斗油缸5、舉臂油缸6等組成。整個(gè)工作機(jī)構(gòu)鉸接在車架7上。 圖（8） 3.1裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 3.1.1履帶式裝載機(jī)工作過(guò)程 履帶式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械，它的工作過(guò)程由5種工作狀態(tài)或工況組成： （1） 工況1——插入狀態(tài) 動(dòng)臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對(duì)地面呈3度到5度前傾角；開(kāi)動(dòng)挖掘機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。 （2） 工況2——鏟裝狀態(tài) 工況1以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟運(yùn)物料，待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至水平位置為止。 （3） 工況3——重載運(yùn)輸狀態(tài) 舉升動(dòng)臂，將工況2之鏟斗升高到適當(dāng)位置（以斗底離地的位置不小于最小允許距離為準(zhǔn)），然后驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)，載重駛向卸載點(diǎn)。 （4） 工況4——卸載狀態(tài) 在卸載點(diǎn)，舉生動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置，翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車或固定料廠卸載；卸畢，下放動(dòng)臂，使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài)。 （5） 工況5——空載運(yùn)輸狀態(tài) 卸載結(jié)束后，挖掘機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。 3.1.2履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 （1）生產(chǎn)率高 （2）插入和鏟取能力大，能耗?。? （3）結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要； （4）零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理； （5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造維修容易，操作使用方便； （6）合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到滿載卸凈、運(yùn)輸平穩(wěn)； （7）鏟斗由工況2被舉升到最高卸載位置的過(guò)程中，為避免鏟斗中物料散出，鏟斗應(yīng)作“平移運(yùn)動(dòng)”； （8） 保證必要的卸載角、卸載高度和卸載距離 （9） 鏟斗能夠自動(dòng)平放 （10） 盡量減小工作機(jī)構(gòu)的前懸（工作機(jī)構(gòu)重心到整機(jī)重心的距離）、長(zhǎng)度和高度，以提高挖掘機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野 3.2履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)類型的綜合分析和選用 綜合國(guó)內(nèi)外履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的形式，主要有7種類型的連桿機(jī)構(gòu)，按構(gòu)件數(shù)不同可分為三桿、四桿、五桿、六桿、八桿連桿機(jī)構(gòu)；按輸入和輸出桿是否相同，又可分為正轉(zhuǎn)（同向）和反轉(zhuǎn)（反向）連桿機(jī)構(gòu)。 3.2.1正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)痘油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)痘鏟取，鏟取力較大；各構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)合理時(shí)，鏟斗能獲得較好的舉升平動(dòng)性能，連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈、速度快；因而傳動(dòng)比大，還可以適當(dāng)減小連桿系統(tǒng)尺寸，因而可以改善司機(jī)視野。 這種機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。 3.2.2轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)斗油缸與鏟斗和搖臂直接連接，易于設(shè)計(jì)成兩個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu)，鏟斗平動(dòng)性能極佳；結(jié)構(gòu)比八桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單；司機(jī)視野較好。這種機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟取力相對(duì)較??；連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比小，使得轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大、油缸加長(zhǎng)、卸載速度不如八缸機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗油缸前置，使工作機(jī)構(gòu)前懸增大，影響整機(jī)穩(wěn)定性和行使的平穩(wěn)性；也不能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平。 3.2.3轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 它與前者油缸前置式相比，前懸較小、傳動(dòng)比較大、活塞行程較短；有可能將動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿的中心線設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，改善了動(dòng)臂和鉸銷的的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸接點(diǎn)位置較高，影響司機(jī)視野。其他同前置式。 3.2.4轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)有兩大優(yōu)點(diǎn)： 1） 轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗，并且連桿系數(shù)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值，所以可獲得相當(dāng)大的鏟取力； 2） 恰當(dāng)?shù)倪x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動(dòng)性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平。這是其他六種工作機(jī)構(gòu)所望塵莫及的。 此外，結(jié)構(gòu)十分緊湊前懸小，司機(jī)視野好也是這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。 缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄部位，容易發(fā)生構(gòu)件相互干擾，設(shè)計(jì)時(shí)需特別精心。 3.2.5正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 它是7種連桿機(jī)構(gòu)形式中最簡(jiǎn)單的一種；很易設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)；前懸較小。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油；油缸輸出力小，又因連桿系統(tǒng)倍力系數(shù)難以設(shè)計(jì)出較大值，所以鏟取力相對(duì)較小，這種結(jié)構(gòu)傳動(dòng)比不易得到較大值，所以轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大、油缸長(zhǎng)；此外，在鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易于底部相碰，減小了卸載角。為避免碰撞，往往把斗底加工成凹形，因而既減小了斗容，又增加了制造困難。這種結(jié)構(gòu)也不能實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)平放。 3.2.6正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)在活塞桿和鏟斗之間加了一根短連桿，從而使四桿機(jī)構(gòu)變成了五桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)鏟斗端平時(shí)，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一條線，如同一桿；而鏟斗卸載時(shí)，短連桿能相對(duì)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了活塞桿與斗底相碰。 其缺點(diǎn)與四桿機(jī)構(gòu)相同。 3.2.7動(dòng)臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu) 它的最大特點(diǎn)是動(dòng)臂可借助油缸進(jìn)行伸縮。這種結(jié)構(gòu)的鏟斗插入工況是依靠動(dòng)臂伸出實(shí)現(xiàn)的，它解決了靠機(jī)器人行走時(shí)插入易使輪胎嚴(yán)重磨損的問(wèn)題；卸載時(shí)，可伸出動(dòng)臂，以獲取較大的卸載高度和卸載距離，而運(yùn)輸工況時(shí)，可縮回動(dòng)臂，以減小前懸，從而提高行使的穩(wěn)定性。 這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，既不能實(shí)現(xiàn)鏟斗平動(dòng)，又不能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)平放；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 綜上分析可知，反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)能比較全面地滿足轉(zhuǎn)載工作要求，所以我所設(shè)計(jì)的微型挖掘機(jī)就采用了這種工作機(jī)構(gòu)。 3.3鏟斗設(shè)計(jì) 鏟斗是工作機(jī)構(gòu)的主要組成部分，一般用鋼板焊接而成。 由于鏟斗直接與物料接觸，是裝運(yùn)卸的工具和容器，所以它的外型、各部分構(gòu)件、幾何尺寸、質(zhì)量和強(qiáng)度等等，都嚴(yán)重影響著整機(jī)的生產(chǎn)能力、功率和效率等。 鏟斗設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是“減小裝載工作阻力，滿足生產(chǎn)率需要”。同時(shí)要做到各種工況下不易撒料，耐磨、抗沖擊、強(qiáng)度好。 3.3.1斗容的計(jì)算 因?yàn)楸救嗽O(shè)計(jì)的是井下微型挖掘機(jī)，所以其工作對(duì)象主要是礦巖，其松散體容重一般為2t/m3左右，參照機(jī)械工業(yè)出版社出版的《礦山裝載機(jī)械設(shè)計(jì)》可知 Vr=0.5mr Vr——鏟斗額定斗容 Mr——鏟斗額定載重量 由于設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中給定的是微型挖掘機(jī)的額定載荷為3KN，根據(jù)公式： F=mg m===300Kg 故Vr=0.5*300=150 故額定斗容為0.15m3 選取標(biāo)準(zhǔn)斗容為0.12m3的鏟斗，如下圖所示 圖（9） 3.4工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 3.4.1機(jī)構(gòu)分析 反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖如下： 圖（10） 它是由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動(dòng)臂GBA和機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成。實(shí)際上，它是由兩個(gè)反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)——GFEB和BCDA(即圖中GF2E2B和BC2DA)所串聯(lián)而成。當(dāng)舉升動(dòng)臂時(shí)，若假定動(dòng)臂為固定桿，則可以把機(jī)架AD視為輸入桿，把鏟斗GF看成輸出桿，由于AD和GF轉(zhuǎn)向相反，所以可以把此機(jī)構(gòu)稱作反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。 舉升機(jī)構(gòu)主要由舉臂油缸HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成。 當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞G點(diǎn)作定軸運(yùn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動(dòng)作時(shí)，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即一邊隨動(dòng)臂對(duì)A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)動(dòng)臂繞G點(diǎn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 3.4.2設(shè)計(jì)方法 （一） 因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)直接與整機(jī)的基本性能和工作參數(shù)有關(guān)，所以先初步設(shè)計(jì)出整機(jī)的主要參數(shù)，然后以其為條件，再進(jìn)行連桿系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)。 整機(jī)參數(shù)可運(yùn)用“回歸分析法”求得。 機(jī)重： ms=3048.2776+2.2479mr=3722.37Kg 最大卸載高度： hx=191.7706mr0.2468=783.67mm 最小卸載距離： lx=499+0.075mr=521.5mm 最大鏟取力： Fsh0=23751.87+14.356mr=28058.67N （二） 若將反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)放置到直角坐標(biāo)系中，只要確定了某一典型工況的九個(gè)鉸接點(diǎn)和的坐標(biāo)，則即可求得工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)中各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。 3.4.3尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 （—）動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)G、B、A的確定 1．確定坐標(biāo)系 如圖所示：先在坐標(biāo)紙上選取直角坐標(biāo)系XOY，并選定比例尺寸 圖（11） 2．畫(huà)鏟斗圖 把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫(huà)在XOY坐標(biāo)系里，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前臂與X軸呈3°~5°前傾角。此時(shí)是鏟斗插入堆料時(shí)的位置，即工況1 3．確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G 由于G點(diǎn)的坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力久越大，所以G點(diǎn)靠近O點(diǎn)是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減??；而G點(diǎn)的Y坐標(biāo)值增大，鏟斗在堆料中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了G點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)F的距離，使鏟取力下降。 綜合考慮各種因素的影響，一般取yG=250~350mm之間，我取yG=250mm 4．確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A (1)以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗瞬時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗口OO與軸平行為止，即工況2 （2）根據(jù)算出的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫(huà)出鏟斗在最高位置卸載時(shí)的位置圖，即工況4 (3) 以G’點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與X軸平行，即得鏟斗口被舉升到最高位置圖（工況3）。 （4） 聯(lián)結(jié)GG’并作垂直平分線。因?yàn)镚和G’點(diǎn)在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂AG長(zhǎng)為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必在GG’的垂直平分線上。 A點(diǎn)的位置應(yīng)該盡可能低一點(diǎn)，因?yàn)檫@樣可以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高度，改善司機(jī)視野。 5．確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B B點(diǎn)是一個(gè)非常重要的點(diǎn)，它對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置及轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度等都有很大的影響。根據(jù)分析和和參考，一般取B點(diǎn)在AG聯(lián)線下方，并在AG的垂直平分線左右盡量靠近工況2時(shí)的鏟斗處。 （二）連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F、E的確定 因?yàn)樵谇懊鍳B兩點(diǎn)已經(jīng)被確定，再確定F和E是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu)GFEB即GFEB的尺寸。 在確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，必須保證鏟斗在各個(gè)工況時(shí)的轉(zhuǎn)角又得注意動(dòng)力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的鏟取力，同時(shí)還得防止各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。 設(shè)計(jì)方法如下： 1． 按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，令GF桿為最短桿，BG桿為最長(zhǎng)桿，則必有： GF+BG>FE+BE (1) 令GF=a, FE=b, BE=c, BG=d 將（1）不等號(hào)兩邊同除以d，則得下式 K=+-<1 (2) 上式各值可在下列值域選?。? K=0.950～0.995 a=(0.3～0.5)d (3) c=(0.4～0.8)d 根據(jù)前面設(shè)計(jì)時(shí)所確定的幾個(gè)鉸接點(diǎn)的位置： 取G(700,250) A(800,740) B(720,720) 所以BG=d==470.4mm 由（1）、（2）、（3），取K=0.95, a=0.4d, c=0.5d, 可得： a=188.16mm b=35705mm c=235.2mm 2 確定E和F的位置 這兩個(gè)點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：1）E 不可與前橋相碰，并由足夠的最小離地距離；2） 工況1時(shí)，使EF桿盡量與GF垂直，這樣可以獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系數(shù)；3） 工況2時(shí)，EF與GF兩桿的夾角必須小于170°，即傳動(dòng)角不能小于10°，以免運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鎖；4） 工況4時(shí)，EF與GF的傳動(dòng)角也必須大于10°. 具體作法如下 1） 初選E點(diǎn)法 如圖所示，鏟斗取工況1 以B點(diǎn)為圓心，以BE=c為半徑畫(huà)??；初選E點(diǎn)，使其落在B點(diǎn)右下方的弧段上；再分別以E和G點(diǎn)為圓心，以FE=b和GF=a分別為半徑畫(huà)弧，得交點(diǎn)，即為F。 用前面所說(shuō)的四點(diǎn)要求檢驗(yàn)所得的四桿機(jī)構(gòu)GFEB，若不滿足，可調(diào)整E點(diǎn)位置，重復(fù)上述步驟，直至滿意為止。 圖（12） （三）轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接C點(diǎn)D和的確定 如果C和D點(diǎn)的位置確定了，也就確定了與機(jī)架聯(lián)結(jié)的四桿機(jī)構(gòu)BCDA的尺寸，C和D的布置直接影響到鏟斗舉升平動(dòng)和自動(dòng)放平性能，對(duì)鏟取力和動(dòng)臂舉升阻力矩的影響都比較大。 （1） 確定C點(diǎn) 從力的傳遞效果出發(fā)，可知，顯然使搖臂BC段長(zhǎng)一些有利，這可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使鏟取力相應(yīng)增加。但加長(zhǎng)BC段，必將減小鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個(gè)工況的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過(guò)長(zhǎng)。因此，可取： BC(0.7~1.0)BE 因?yàn)锽E=c=235.2mm 所以BC188.16mm C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角（即搖桿折角），可取 °~180°，并使工況1時(shí)搖臂BC與轉(zhuǎn)斗油缸CD趨近垂直，C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不得與鏟斗干擾，其高度不能影響司機(jī)視野。 （2） 確定D點(diǎn) 轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D，是依據(jù)鏟斗由工況2舉升到工況3過(guò)程為平動(dòng)和由工況4下降到工況1時(shí)能自動(dòng)平放這兩大要求來(lái)確定的。 經(jīng)過(guò)查閱一些書(shū)籍和分析研究得出：D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)下方教好，這樣不但平動(dòng)性能好，而且動(dòng)臂舉升時(shí)，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計(jì)。 （四） 舉臂油缸與動(dòng)臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)H及M的確定。 舉臂油缸的布置應(yīng)該本著舉臂時(shí)工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原則來(lái)確定。一般舉臂油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。 一般點(diǎn)選定在AH聯(lián)線附近或上方，并取AH。不可能太大，它還得受到油缸行程的控制， 取AH=AG==166.7mm 考慮到聯(lián)合鏟裝（邊插入邊舉臂）工況的需要，在滿足M點(diǎn)離地高度要求的前提下，令工況1時(shí)AH與MH趨于垂直。這是因?yàn)?，鏟斗開(kāi)始從堆料中提升式4阻力矩最大，這樣，可以獲得較大的初始舉升工作力矩。 M點(diǎn)往前腳方向靠是有利的，這樣可以使舉臂油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過(guò)程中，舉升工作力臂大小的變化較小，即工作力矩變化不大，避免鏟斗舉升到最高位置時(shí)的舉升力不足，因?yàn)檫@時(shí)的工作力臂往往較小或是最小。 經(jīng)過(guò)上述各步作圖，整個(gè)工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)即設(shè)計(jì)完畢。 3.5工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算 3.5.1零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)各桿件長(zhǎng)度尺寸確定以后，接著對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。 零部件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量作到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，如轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸都已經(jīng)有系列產(chǎn)品，可以根據(jù)受力分析直接選用，這有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高和制造成本的降低。 3.5.2確定計(jì)算強(qiáng)度的工況 強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，根據(jù)工作機(jī)構(gòu)受力最大和最危險(xiǎn)的工況時(shí)的外載荷，對(duì)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核或計(jì)算。 實(shí)驗(yàn)證明，履帶式挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)在插入、鏟取、舉升和卸載等各種工況中，以偏載時(shí)的聯(lián)合鏟裝——即外載荷作用于鏟斗切削刃一側(cè)，鏟斗一邊插入料堆最大深度一邊舉升動(dòng)臂時(shí)的受力狀態(tài)最為惡劣。 在實(shí)際裝載作業(yè)中，經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的惡劣工況是：鏟斗在挖掘機(jī)牽引力的作用下，先插入料堆最大深度，與此同時(shí)，轉(zhuǎn)斗油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗鏟裝物料，這時(shí)插入阻力和鏟取阻力均達(dá)最大值，而且作用點(diǎn)均在鏟斗切削刃一端，即偏載時(shí)邊插入邊轉(zhuǎn)斗工況，所以，一般對(duì)此工況下的工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算或校核。 3.5.3外載荷計(jì)算 如下圖所示，挖掘機(jī)鏟裝工作時(shí)，斗尖上可能產(chǎn)生的最大（極限）插入阻力和最大（極限）鏟取阻力分別為Fin和Fsh。 圖（13） 最大插入阻力的計(jì)算 Fin=9.8k1k2k3k4BL-1.25 式中 Fin——鏟斗插入阻力，[Fin]為N k1——物料的塊度與松散程度系數(shù) K2——物料的性質(zhì)系數(shù) K3——物料堆高系數(shù) K4——鏟斗的斗形系數(shù) B——鏟斗寬度,[B]為cm L——鏟斗一次插入深度，[L]為cm 取k1=1, K2=0.14, K3=1, K4=1.2,B=73.2cm,L=20cm 則Fin=5097.2N （一） 最大鏟取阻力Fsh的計(jì)算 Fsh可用整機(jī)參數(shù)初步設(shè)計(jì)時(shí)所確定的最大鏟取力代替 Fsh=28058.67N 四、工作機(jī)構(gòu)各構(gòu)件受力分析 （一） 正載邊插入邊鏟取工況時(shí)的受力分析 如下圖所示： 圖（14） 把工作機(jī)構(gòu)解體，分解成鏟斗、連桿、搖臂、動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸等分離體。 在鏟斗斗尖取外力Fx=和Fy= 連桿、轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸可以看成二力桿 對(duì)圖（14）中的（1），運(yùn)用平面力系平衡原理可得： FFsin20°+Fy+FGy=0 (1) FFcos20°+Fx+FGx=0 (2) FF ×100+FGy×700= FGx×250 （3） 聯(lián)立（1）、（2）、（3）即可求得： FF=9587303N FGy=-46792.4N FGx=-92669.4N 對(duì)于圖（14）中的（2），運(yùn)用平面力系平衡原理可得： FE=FF=-95873.3 對(duì)于圖（14）中的（3），運(yùn)用平面力系平衡原理可得： Fc+FBx=FESin70° (1) FBy=FE Sin20° (2) 先計(jì)算C點(diǎn)的受力，取工況1時(shí)鏟斗、連桿和搖臂為研究對(duì)象，用圖解法，如下圖所示： 圖（15） Fc= 式中 n——轉(zhuǎn)斗油缸個(gè)數(shù) a——各鉸銷摩擦損失系數(shù)，可取a=1.15~1.25； Fc——鉸接點(diǎn)C的約束反力; GK——鏟斗自重力； K1K2——倍力系數(shù)。這里K1=,K2= 查閱《單斗挖掘機(jī)》基本參數(shù)表，可知，標(biāo)準(zhǔn)斗容為0.12m3的整機(jī)質(zhì)量為4t,其各部分重力公式為： KGi為各部分重力系數(shù)，查表可得正鏟的KGi范圍是0.17~0.22 平均值為0.20 計(jì)算鏟斗質(zhì)量： GK=0.20×40000×0.1=800N =BCSin70°=188.16×0.89=167.65mm l2=235.2mm l4=700mm 取l5=350mm 由前面所確定的F點(diǎn)的位置可算得： l3=180mm ∴Fdg=Fc==183724N 聯(lián)立（1）、（2）可得： FBX=-93132.6N FBY=-32790.6N ∴FB=N 3.6轉(zhuǎn)斗油缸及舉臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸的設(shè)計(jì)主要根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需最大鏟取力和最大舉升力來(lái)進(jìn)行 3.6.1最大鏟取力Fsh0和轉(zhuǎn)斗油缸所需輸出力Fdg的確定 （一） Fsh0的計(jì)算 Fsh0是裝載機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，F(xiàn)sh0應(yīng)該能克服最大鏟取力Fsh的作用。 ∴=28058.67N （二） Fdg的確定 Fdg=183724N 3.6.2最大舉升載荷mmax最大舉升力Fj舉臂油缸所需輸出力Fbg的確定 （一）確定mmax mmax=1.7mr=1.7×300=540Kg (二)確定FJ 舉起mmas所需的舉臂油缸的輸出力叫最大舉升力。它不僅要滿足mmax的需要，而且應(yīng)該滿足工作機(jī)構(gòu)正載聯(lián)合鏟取時(shí)需要。 正載聯(lián)合鏟取時(shí)，F(xiàn)j的計(jì)算如圖 圖（16） 對(duì)整個(gè)工作裝置研究，對(duì)A取矩，即可算得FJ。 根據(jù)平面力系力矩平衡，可得∶取 ∴AH=166.7mm 即a=166.7mm c=XA=800mm b=YA=740mm d取720mm Fsh=28058.67N Fin=5097.2N 動(dòng)臂的重量G由公式Gi=KGiG可算得 G=0.2×4000×10=2000N ∴FJ×166.7=28058.678×800+5097.2×740+2000×720=165920N （4） 計(jì)算舉臂油缸所需輸出力Fbg Fbg= 式中 n——舉臂油缸個(gè)數(shù)； a——摩擦損失系數(shù)，一般取a=1.25 ∴Fbg==207400N 3.6.3油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （一） 轉(zhuǎn)斗油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸的類型：選用雙作用液壓缸 液壓缸的安裝方式：頭部耳環(huán) 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算： 液壓缸的主要幾何尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、活塞桿的直徑d和液壓缸行程s。 （1） 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)載荷力的大小和所選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D D= 式中：D——液壓缸內(nèi)徑（m） F——液壓缸推力(KN) P——選定的工作壓力(MPa) 根據(jù)前面已算出的轉(zhuǎn)斗油缸所需輸出力Fbg=1837.724KN 選P=16MPa ∴D==0.12m 根據(jù)第2版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》5中液壓缸內(nèi)徑尺寸系列表選D=100mm (2) 活塞桿直徑D的計(jì)算及油缸行程s的計(jì)算 根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑d d= d——活塞桿直徑 D——液壓缸內(nèi)徑 ——速度比 選取=1.46 ∴d=0.10=0.056m=56mm 根據(jù)第2版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5章中液壓缸活塞外徑尺寸系列 選取d=56mm 根據(jù)前面所確定的幾個(gè)鉸接點(diǎn)的位置及最大卸載高度，及標(biāo)準(zhǔn)行程系列，選取d=160mm. （二） 舉臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 D= =0.1285m=128.5mm 選D=160mm ∴d== =89.8mm 選d=90mm 舉臂油缸行程s的計(jì)算，設(shè)H點(diǎn)在AH上，并AH= 設(shè)在最高卸載高度時(shí)，點(diǎn)H的坐標(biāo)為(Hx’,Hy’),則， = Hy=326.7mm 370-326.7=43.5mm 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)行程系列，可選s=50mm  結(jié) 論 經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的努力，終于初步設(shè)計(jì)出了微型挖掘機(jī)。由于水平有限，所以所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品比預(yù)想的要差，但工作裝置還是能達(dá)到預(yù)期的效果，如鏟斗能夠由轉(zhuǎn)斗油缸控制，由搖臂和連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)它的自由鏟取和翻轉(zhuǎn)；舉升油缸能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)臂的自然上升和下降，但畢竟是初步設(shè)計(jì)，加上以前對(duì)該課題了解的不是很多，因此產(chǎn)品中存在的問(wèn)題還是有的，比如在確定動(dòng)臂上幾個(gè)鉸接點(diǎn)的位置是，使人為地定下來(lái) 的，難免會(huì)產(chǎn)生誤差，所以所產(chǎn)生的效果不一定很好。 雖然我對(duì)挖掘機(jī)機(jī)體的動(dòng)力源地設(shè)計(jì)不是很具體，但我也有一些見(jiàn)解和主張，在此僅供參考。由于微型裝載機(jī)多數(shù)為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這就帶來(lái)了一個(gè)麻煩的問(wèn)題——裝載機(jī)不得不拖動(dòng)很長(zhǎng)的電纜，使得電纜長(zhǎng)期在復(fù)雜的采場(chǎng)地面拖曳，有時(shí)操作人員不注意，可能會(huì)碾壓電纜，電纜被拖動(dòng)受到磨損，極易發(fā)生導(dǎo)電、漏電現(xiàn)象，從而引發(fā)人身、設(shè)備事故，同時(shí)也使車輛的機(jī)動(dòng)性受到了很大的限制。 該問(wèn)題有待相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步解決。 謝 辭 經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完工了?；叵脒@一個(gè)學(xué)期所走過(guò)的路，有辛酸、也有快樂(lè)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，身邊的老師和同學(xué)給予了我很大的幫助，特別是薛老師，他在這方面的知識(shí)比較淵博，他總是很耐心的輔導(dǎo)我，對(duì)我所提出的每一個(gè)問(wèn)題都給予了我詳細(xì)的解答，使我在設(shè)計(jì)中受益匪淺，可以說(shuō)沒(méi)有薛老師的幫忙，也就沒(méi)有我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，非常感謝他。 另外，在我的設(shè)計(jì)過(guò)程中一些同學(xué)也給予了我很大的幫助，在此，也非常感激他們。 感謝院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我的督促和教誨。 感謝在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾給過(guò)我?guī)椭乃械睦蠋熀屯瑢W(xué)。 參考文獻(xiàn) 1、《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社1980，151~157 2、第2版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社2000 43-170~229 3、葛志祺《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）下 北京 冶金工業(yè)出版社 1994 30~37 4、《工程機(jī)械》2000第31卷第11期 9~11 16~18 5、李健成《礦山機(jī)械》（裝載機(jī)械部分） 北京 冶金工業(yè)出版社 1981 197~201 6、李健成《礦山裝載機(jī)械設(shè)計(jì)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1989 75~111 7、曹善華《單斗挖掘機(jī)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1989 29~35 109~151 附錄 中英文翻譯 一種挖掘機(jī)的裝載獨(dú)立控制 摘要 這項(xiàng)研究主要焦點(diǎn)是調(diào)查挖掘過(guò)程由應(yīng)用裝載獨(dú)立液壓閥門(mén)控制。 這種方法準(zhǔn)許避免閉合回路控制系統(tǒng)與傳感器和變換裝置裝在挖掘機(jī)附件上。而傳感器單元沒(méi)有裝在機(jī)器附件上，被考慮的系統(tǒng)由二次子系統(tǒng)組成：微型計(jì)算機(jī)和一個(gè)液壓?jiǎn)卧ū煤脱b載獨(dú)立閥門(mén)）。在微型計(jì)算機(jī)單元中，鏟斗的動(dòng)力速度與三個(gè)液壓缸流過(guò)的液壓油有關(guān)。然后，油流程轉(zhuǎn)移為電信號(hào)開(kāi)動(dòng)裝載獨(dú)立閥門(mén)。它們的動(dòng)作由應(yīng)用傳遞作用提出。系統(tǒng)的表現(xiàn)為檢驗(yàn)油流入液壓缸時(shí)的突然變速。本文的最后部分致力與獲得的實(shí)驗(yàn)性結(jié)果。第一結(jié)果 處理垂直的鉆井；第二個(gè)結(jié)果應(yīng)付挖掘一條水平的軌道。 1、介紹 介于最近研究的令人鼓舞的結(jié)果，人類一系列對(duì)挖掘過(guò)程改進(jìn)的努力的可能性將大大增加，著也許主要通過(guò)反復(fù)工作任務(wù)控制，譬如槽探和鉆井，要求機(jī)器操作人員在執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù) 期間有穩(wěn)定的表現(xiàn)，特別注意的是，在研究中，挖掘機(jī)應(yīng)該適應(yīng)沿著指定的軌道，在不同的土壤中工作。 挖掘機(jī)的基本控制過(guò)程是由佤哈、斯克呢司、合瑪米、哈論和斯克尼德提出的。布丹和古柯尼斯克致力與挖掘機(jī)吊桶的感應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的應(yīng)用的研究，在這種方法中，液壓油流入液壓缸的速度的很小的變化將影響靈敏度分析，黃教授等提出了機(jī)器人挖掘機(jī)的阻抗控制研究方法，他們應(yīng)用了兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)是源控制器，另一個(gè)是反饋目標(biāo)阻抗。另外一個(gè)阻抗系統(tǒng)，致力于力與位置的混合控制，由哈教授提出。 機(jī)器人的第一代被假設(shè)成了“開(kāi)環(huán)”安置設(shè)備，這暗示了所有零件必須被制造的具有很高精確性，其次，位置遙控機(jī)械裝置與傳感器可觀地減少了對(duì)這個(gè)準(zhǔn)確性的要求。這里是幾種方法，作為參考，使機(jī)器人挖掘機(jī)提高產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的工作能力，實(shí)施了力量單元細(xì)胞、縱向和有角量得傳感器。但是，二個(gè)主要區(qū)別在制造機(jī)器人和機(jī)器人挖掘機(jī)得要求之間是應(yīng)該注意的。第一區(qū)別是，制造機(jī)器人工作在幾乎完善的情況下，避免振動(dòng)、濕氣和其他可能殘損的情況。第二個(gè)區(qū)別時(shí)制造機(jī)器人要求非常高得準(zhǔn)確性，經(jīng)常在微米之內(nèi)。相反，機(jī)器人挖掘機(jī)得運(yùn)轉(zhuǎn)在非常困難得建造場(chǎng)所內(nèi)，并且被運(yùn)行得軌跡所要求的準(zhǔn)確性和產(chǎn)業(yè)機(jī)器人相比，是有限的，經(jīng)常在厘米之內(nèi)，以挖掘機(jī)工作的困難情況，所有傳感器被連接到吊桿、機(jī)械臂和鏟斗之上必須被很好得保護(hù)。 記住上述區(qū)別，它將對(duì)通過(guò)液壓模塊（油泵和裝載獨(dú)立閥門(mén)）來(lái)檢驗(yàn)控制挖掘軌跡產(chǎn)生很大作用。換句話說(shuō)，研究系統(tǒng)傳感器單元避免裝在挖掘機(jī)附件上，結(jié)合反饋控制器，包括機(jī)器的液壓?jiǎn)卧?。本論文的主要宗旨將擴(kuò)大討論，由作者[10]創(chuàng)始，裝載獨(dú)立閥門(mén)可能被安裝在操作員的控制室里面。在這個(gè)假定外，系統(tǒng)避免傳感器裝在挖掘機(jī)附件上，以后談?wù)撓到y(tǒng)得數(shù)學(xué)模型，初步實(shí)驗(yàn)性結(jié)果被提出在本文得末端。 2 問(wèn)題的聲明 本文處理受控問(wèn)題得聲明，一個(gè)挖掘鏟斗的行動(dòng)沿一個(gè)被規(guī)定的道路，問(wèn)題來(lái)源于早先作者的理論調(diào)查，對(duì)半靜止運(yùn)動(dòng)學(xué)上導(dǎo)致的挖掘過(guò)程為假定拋物線的軌道。在這項(xiàng)研究中，可作如下假定：挖掘機(jī)附件是一個(gè)平面機(jī)制，由吊桿、機(jī)械臂、鏟斗組成，三者獨(dú)立地工作，由液壓缸操作該系統(tǒng)，它們保證這三個(gè)獨(dú)立部分能在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)位移和自轉(zhuǎn)。 挖掘過(guò)程，根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)，假定是足夠慢的，把它作為一個(gè)半靜止?fàn)顟B(tài)，慣性期限在附件的運(yùn)動(dòng)就可以被忽略了，只有伺服機(jī)械的短管軸被認(rèn)為是在加速移動(dòng)，這無(wú)法被忽略。 壓力的干擾被認(rèn)為采取正旋形式，理想的正旋值取決于系統(tǒng)的移動(dòng)情況。 假定土壤環(huán)境類似，一些小的影響因素如小石頭等是可以被接受的。 我們建議挖掘操作是人工協(xié)助的，這就意味著在遇到一個(gè)更大的障礙時(shí)，操作人員必須干預(yù)挖掘機(jī)的挖掘工作。 如果我們的假定成功，所提出的控制設(shè)定就能應(yīng)用于一種標(biāo)準(zhǔn)的挖掘機(jī)，這種挖掘機(jī)將在更大范圍內(nèi)增強(qiáng)人類的安全作業(yè)能力，比如槽探和鉆井。 實(shí)驗(yàn)假設(shè)由三個(gè)系統(tǒng)組成：即微型計(jì)算機(jī)、PLC和液壓部分（液壓泵、閥門(mén)、液壓缸），并且機(jī)制以三個(gè)自由度鏟斗。其次，子系統(tǒng)被考慮作為組成部分，在第一子系統(tǒng)中，以下組成部分可被認(rèn)為：個(gè)人計(jì)算機(jī)以專業(yè)的軟件，變換行為和軌跡整平機(jī)以相等和不等形式轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，后者被送到PLC單元那些反過(guò)來(lái)控制電磁閥的電子驅(qū)動(dòng)。壓力從電磁閥產(chǎn)生變化在短管軸位置上，保證假定的油流量流入液壓缸。短管軸位置，反過(guò)來(lái)被轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成一個(gè)電反饋信號(hào)輸送到電磁閥中，被打開(kāi)的短管軸讓油流動(dòng)到第三子系統(tǒng)，即