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西安建筑科技大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：
0.5m3液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
院（系）：
機(jī)械電子工程系
專 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師（簽名）：
主管院長（主任）（簽名）：
時(shí) 間：
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
摘 要
0.5M3液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。
液壓挖掘機(jī)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。
本論文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、銷軸組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下五部分:
(1) 挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。
(2) 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。
(4) 工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：挖掘機(jī),工作裝置,動(dòng)臂，斗桿
ABSTRACT
0.5M3 hydraulic excavators used three groups of the working cylinder means having three degrees of freedom, the bucket can be achieved with limited rotation of the plane, with hydraulic motor drive rotary movement, the bucket movement extended to limited space, and through the travel motor walking (shift), the excavating space available intermittently expanded in the horizontal direction, to meet the requirements of excavation work.
Hydraulic excavator by a diesel engine driven hydraulic pump, operated dispensing valve, the high pressure oil to the respective hydraulic actuators (hydraulic cylinders or hydraulic motor) drives a corresponding mechanism to work.
? This paper mainly by the boom, arm, bucket, excavator equipment consisting of pin design. Specific contents include the following five parts:
(1) Overall design excavator working device.
(2) kinematic analysis apparatus excavator detailed mechanism.
The basic dimensions of the parts (3) means for calculating and verification work.
Design structure (4) of the apparatus main assembly work.
Keywords: excavator, working device, the boom, the arm
目 錄
ABSTRACT 3
第1章 前 言 1
1.1 挖掘機(jī)的簡介 1
1.2液壓挖掘機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.1挖掘機(jī)國外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2挖掘機(jī)國內(nèi)發(fā)展概況 2
1.2.3挖掘機(jī)研究的重點(diǎn)方向 4
1.3 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 6
1.4 挖掘機(jī)的工作原理 6
1.5 研究的方法及技術(shù)路線 7
1.5.1研究方法 7
1.5.2研究技術(shù)路線 7
1.6 本文研究的主要內(nèi)容 8
第2章 0.5立方米液壓挖掘機(jī)總體方案的確定 9
2.1 主要基礎(chǔ)參數(shù) 9
2.2 結(jié)構(gòu)分析及功能特點(diǎn) 9
第3章 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1 工作裝置分析簡介 12
3.2 動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.3 斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
第4章 工作裝置的受力分析 15
4.1 動(dòng)臂的受力分析 15
4.1.1 最低位置受力分析: 15
4.1.2 伸展位置受力分析 19
4.2 斗桿的受力分析 22
4.2.1最低位置受力分析: 22
4.2.2 伸展位置受力分析 26
4.3 連接桿的受力分析 28
4.3.1 最低位置受力分析: 28
4.3.2 伸展位置受力分析 33
總 結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 前 言
1.1 挖掘機(jī)的簡介
液壓挖掘機(jī)可分為:動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)作為一個(gè)有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。
(1) 動(dòng)力系統(tǒng)
挖掘機(jī)工作的主要特點(diǎn)是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護(hù)條件差。因此液壓挖掘機(jī)原動(dòng)力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符號(hào)挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。挖掘機(jī)的額定負(fù)荷與汽車。拖拉機(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率;挖掘機(jī)是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時(shí)以上的額定功率。挖掘機(jī)采用車用柴油機(jī)時(shí)，最大功率指數(shù)降低。
(2) 機(jī)械系統(tǒng)
液壓挖掘機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)部分是完成挖掘機(jī)各項(xiàng)基本動(dòng)作的直接執(zhí)行者，主要包括:行走裝置是整個(gè)機(jī)器的支撐部分，承受機(jī)器的全部重量和工作裝置的反力，同時(shí)能使挖掘機(jī)作短途行駛.按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360度的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機(jī)完成實(shí)際作業(yè)的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以有多種結(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。
(3) 液壓系統(tǒng)
液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動(dòng)作都由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機(jī)的操縱，將壓力油單獨(dú)或同時(shí)送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達(dá)和液壓油缸)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)等。這些運(yùn)動(dòng)都靠液壓傳動(dòng)。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機(jī)地連接起來地組合體既是液壓挖掘機(jī)地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)地機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再傳動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)和工作過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，則挖掘機(jī)性能差異很大。液壓系統(tǒng)習(xí)慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。
(4) 控制系統(tǒng)
液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達(dá))等進(jìn)行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來越先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。目前挖掘機(jī)研究重點(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。
1.2液壓挖掘機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
液壓挖掘機(jī)在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、水力、礦山、市政工程等土石施工中均占有重要位置。并反映了這些部門的施工機(jī)械化水平。是交通運(yùn)輸、能源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)以及國防施工等各項(xiàng)工程建設(shè)的重要施工設(shè)備，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)迫切需要的裝備。重視和加速挖掘機(jī)改進(jìn)創(chuàng)新，穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需求，對(duì)加速現(xiàn)代化工程建設(shè)有著重大的意義。
1.2.1挖掘機(jī)國外發(fā)展現(xiàn)狀
液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)水平反映機(jī)械化施工的水平和能力。國外，特別是西歐幾個(gè)國家從50年代開始研制液壓挖掘機(jī)，到60年代中小型液壓挖掘機(jī)已成批生產(chǎn);70年代初液壓挖掘機(jī)斗容己發(fā)展到8，開始進(jìn)入礦山開采;80年代大型液壓挖掘機(jī)技術(shù)已成熟，生產(chǎn)斗容16-35，機(jī)重達(dá)650t。目前國外已停止斗容在8以下機(jī)械挖掘機(jī)的生產(chǎn)，斗容大于16的液壓挖掘機(jī)是機(jī)械挖掘機(jī)的強(qiáng)大競爭對(duì)手。國外各制造公司正在研制微機(jī)控制的智能化液壓挖掘機(jī)，并有所突破。建筑和礦用液壓挖掘機(jī)的銷售量在機(jī)械設(shè)備市場上占有顯著的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1990年建筑和礦用設(shè)備在全球銷售額約為450億美元，而液壓挖掘機(jī)的銷售額以100億美元高居榜首。據(jù)推測，大型和微型液壓挖掘機(jī)年增長率分別為24%和35%。1990年全世界建筑和礦用液壓挖掘機(jī)(履帶式)的產(chǎn)量已達(dá)9.23萬臺(tái)，其中76%是日本生產(chǎn)的，歐洲產(chǎn)量占有17%。近年來，大型液壓挖掘機(jī)越來越多地占領(lǐng)了機(jī)械挖掘機(jī)的市場。液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢。
1.2.2挖掘機(jī)國內(nèi)發(fā)展概況
我國從1958年開始研制液壓挖掘機(jī)，逐步形成了1-2.5小型液壓挖掘機(jī)系列，具有一定生產(chǎn)規(guī)模，斗容1-7.5，的液壓挖掘機(jī)年產(chǎn)量超過1000臺(tái)。1983年以后采用引進(jìn)技術(shù)方式進(jìn)行生產(chǎn)，加快了液壓挖掘機(jī)的發(fā)展，上海建筑機(jī)械廠按德國利伯赫爾公司許可證生產(chǎn)了R942，相繼又生產(chǎn)了R962、R972、R982等液壓挖掘機(jī)。杭州重機(jī)廠與德國德馬克公司合作生產(chǎn)H55和H85等液壓挖掘機(jī)。太原重型機(jī)器廠與德馬克公司合作生產(chǎn)H121型液壓挖掘機(jī)。北京建筑機(jī)械廠引進(jìn)德國0&K公司制造技術(shù)生產(chǎn)HR6型液壓挖掘機(jī)。所有這些與國外合作生產(chǎn)德液壓挖掘機(jī)比國內(nèi)現(xiàn)用的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)效率高25%、機(jī)重輕10%。國產(chǎn)化率逐年提高，設(shè)備利用率為90%。長江挖掘機(jī)廠在引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)斗容1.62.5的WY160型液壓挖掘機(jī)，采用Deutz公司柴油機(jī)、Mannemsnan公司減速機(jī)和液壓元件。裝有正鏟、反鏟、梅花抓斗等多種工作裝置。天津工程機(jī)械研究所與泰安工程機(jī)械廠生產(chǎn)的腳32型液壓挖掘機(jī)，機(jī)重32t于1993年8月通過鑒定。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)靈活、生產(chǎn)效率高。能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率、節(jié)能效果好。但目前國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)數(shù)量少，多為斗容2.5以下的小型設(shè)備，中型設(shè)備較少，大型設(shè)備在我國尚屬空白。從品種、規(guī)格、數(shù)量上滿足不了國內(nèi)市場需要。從產(chǎn)品技術(shù)水平、可靠性、制造質(zhì)量與國外液壓挖掘有較大差距。對(duì)于大中型液壓挖掘機(jī)尚處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。試驗(yàn)研究工作薄弱，短期內(nèi)難以完成設(shè)計(jì)開發(fā)工作。柴油機(jī)、液壓和密封元件等配套件的質(zhì)量和可靠性差，使用壽命短。高強(qiáng)度的原材料缺乏，制造技術(shù)落后，裝備水平低。計(jì)算機(jī)技術(shù)在液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用正在研制過程中。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)較多:如履帶行走裝置中履帶板和鏈軌節(jié)的軋制和模鍛技術(shù);支重輪、托輪均采用浮動(dòng)密封，其制造技術(shù)、耐磨技術(shù)和密封技術(shù);鏟斗設(shè)計(jì)合理性、耐磨性以及高強(qiáng)度鋼板焊接技術(shù);液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)技術(shù)、大尺寸高壓油缸的制造技術(shù);電子監(jiān)控與檢測技術(shù);整機(jī)性能參數(shù)的測試技術(shù)，大型結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量控制與制造技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)靠自行研制和測繪仿制勢必曠日持久，滿足不了國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程發(fā)展的需要?？v觀我國液壓挖掘機(jī)30余年的發(fā)展歷史，大致可以分成以下幾個(gè)階段:
1．開發(fā)階段(1967年1977年)。
以測繪仿制為主的開發(fā)，通過多年堅(jiān)持不懈的努力，克服一個(gè)一個(gè)的困難，有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機(jī)終于獲得初步成功，為我國挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。
2.液壓挖掘機(jī)發(fā)展、提高并全面替代機(jī)械挖掘機(jī)階段(19781986年)。
這個(gè)階段通過各主機(jī)生產(chǎn)廠引進(jìn)技術(shù)(主要是德國挖掘機(jī)制造技術(shù))的消化、吸收和移植，使我國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)全面提高到國際70年代末80年代初期的水平。全國液壓挖掘機(jī)平均年產(chǎn)量達(dá)到1230臺(tái)。
3.液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加，新加入挖掘機(jī)行業(yè)的國有大、中型企業(yè)以技貿(mào)結(jié)合，合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進(jìn)日本挖掘機(jī)制造技術(shù)(1987年1993年)。
由于國內(nèi)對(duì)挖掘機(jī)需求量的不斷提高，新加入挖掘機(jī)行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進(jìn)挖掘機(jī)制造技術(shù)，其產(chǎn)品批量或小批量的投放國內(nèi)市場或出口，打破了多年來主要由六大家挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)壟斷國內(nèi)挖掘機(jī)市場的局面，引進(jìn)了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競爭。這個(gè)期間國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的年均產(chǎn)量提高到2000余臺(tái)。
4.國內(nèi)液壓挖掘機(jī)供需矛盾日益擴(kuò)大，廣大用戶為了提高施工質(zhì)量和按期完成施工任務(wù)，對(duì)使用高質(zhì)量、高水平、高效率挖掘機(jī)的興趣日趨濃厚。國外各著名挖掘機(jī)制造廠商紛紛前來中國創(chuàng)辦合資、獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)(1994至今)。
從1994年開始，特別到1995年在我國挖掘機(jī)行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國卡特彼勒公司率先在徐州金山橋開發(fā)區(qū)建立了生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的合資企業(yè)，隨后日本小松制作所、日立建機(jī)株式會(huì)社、神戶制鋼所、韓國大宇重工業(yè)、現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾公司等都相繼在中國建立了合資、獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)。
1.2.3挖掘機(jī)研究的重點(diǎn)方向
當(dāng)前液壓挖掘機(jī)的研制和改進(jìn)，主要著眼于：
1．發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分有效利用，通過各種途徑使機(jī)械多做有效的功，其中包括動(dòng)力裝置與液壓系統(tǒng)的最佳匹配，傳動(dòng)效率的提高，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)功率的回收，高效液壓系統(tǒng)(如恒壓恒功率調(diào)節(jié)等)的研究等。
2．鏟斗挖掘力的充分發(fā)揮，挖掘力大小和有效作用范圍是衡量各種液壓挖掘機(jī)工作能力的重要指標(biāo)，大型礦用反鏟挖掘機(jī)更為重要，目前是通過工作裝置鉸點(diǎn)最佳位置，采用高壓與超高壓技術(shù)，提高整機(jī)穩(wěn)定性和采用隨動(dòng)機(jī)構(gòu)使鏟斗隨動(dòng)做恒角切削等方面進(jìn)行研究。根據(jù)上述發(fā)展要求，新研制的液壓挖掘機(jī)在整機(jī)、工作裝置、液壓系統(tǒng)與元件、行走裝置、操縱系統(tǒng)和材料作用等方面有很多發(fā)展動(dòng)向，下面主要談一下前兩個(gè)方面的內(nèi)容:
(1)整機(jī)
液壓挖掘機(jī)的整機(jī)發(fā)展，趨向于大型化、微型化、多能化和專用化。
大型礦用全液壓挖掘機(jī)在短短幾年內(nèi)已由100噸發(fā)展到420噸級(jí)，功率提高到2352馬力，斗容達(dá)30米，目前發(fā)展仍是方興未艾。大型機(jī)的特征是動(dòng)力源采用兩臺(tái)或多臺(tái)柴油機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，采用了節(jié)省能源、回收功率和積蓄能等功率有效利用的措施。
結(jié)合城市建設(shè)和農(nóng)村建筑的需要，國外發(fā)展了微型挖掘機(jī)，斗容量一般在0.25米以下，最小的達(dá)0.01米。微型機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，輕便靈活，零部件盡量提高標(biāo)準(zhǔn)化程度。數(shù)量最龐大的中型機(jī)和小型機(jī)趨于一機(jī)多能的途徑，有的國家統(tǒng)計(jì)，非建筑用的中、小型機(jī)已占30%左右，主要是在冶金工業(yè)和林業(yè)中作物料裝卸和其他用途。中型機(jī)和小型機(jī)的特點(diǎn)是發(fā)展多種專業(yè)裝置進(jìn)行不同的作業(yè)(也有通過液壓接頭，帶動(dòng)裝在工作裝置旁的油馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)另一輸送設(shè)備)，不斷提高性能，貫徹三化和提高單位機(jī)重的功率等。發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，可以提高工作效率，解決特殊施工困難，例如，目前發(fā)展有步履式、履帶低壓式、低噪音、水下專用、水陸兩用等品種。配合水下資源的開發(fā)，對(duì)水下專用挖掘機(jī)更較重視，開展了無線電遙控、電液遙控和同步顯示控制技術(shù)在水下挖掘機(jī)中應(yīng)用的研究。
(2)工作裝置
液壓工作裝置的型式進(jìn)一步擴(kuò)大，除了常用的正鏟、反鏟以外，發(fā)展了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊工具、集裝叉、高空作業(yè)架、絞盤與拉鏟等幾十種品種。工作裝置的更換快速而簡便，甚至在司機(jī)室內(nèi)按動(dòng)電鈕，幾秒鐘即可換好，并且通過挖掘過程的研究，來控制工作裝置的挖掘軌跡。目前正在研究連桿式、仿形式、套筒伸縮式、斗桿追隨式和具有運(yùn)算輸入裝置的軌跡控制裝置。
展望未來，液壓挖掘機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，可以設(shè)想為:
1.提高功率與機(jī)重的比率，這是最關(guān)鍵的內(nèi)容。采用特種高強(qiáng)度鋼材，設(shè)計(jì)重量輕、強(qiáng)度高的挖掘機(jī)，并用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法達(dá)到機(jī)械各項(xiàng)指標(biāo)的均衡。
2.鏟斗和斗齒引用振動(dòng)技術(shù)，不用強(qiáng)力而增大貫入性，加大斗容量。礦用挖掘機(jī)具有特種裝置，可以直接開挖一般礦石，而毋需爆破。采用功率可調(diào)的激光裝置進(jìn)行挖掘。
3.用燃?xì)廨啓C(jī)取代活塞式柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)直接與高壓油泵相連。然而，由于環(huán)境保護(hù)的原因，燃?xì)廨啓C(jī)最后將被燃料電池所取代，由燃料電池發(fā)電驅(qū)動(dòng)液壓挖掘機(jī)。
4.液壓系統(tǒng)將會(huì)簡化，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)直接由油泵控制，而不用換向操縱閥。工作裝置各鉸點(diǎn)裝以密封式擺動(dòng)油馬達(dá)，取代工作油缸。
5.帶行走裝置增加行駛速度，重新設(shè)計(jì)行走傳動(dòng)，不用常規(guī)的剛性車架。采用氣墊行走支承裝置代替履帶，減少接地比壓，便于定位。
1.3 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
為了實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項(xiàng)功能，單斗液壓挖掘機(jī)需要兩個(gè)基本組成部分，即機(jī)體(或稱主機(jī))和工作裝置。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動(dòng)作并作為驅(qū)動(dòng)和操縱挖掘機(jī)進(jìn)行工作的基礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉?xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動(dòng)力裝置。其中動(dòng)力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，總稱上車部分，它與行走機(jī)構(gòu)(又稱下車部分)用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺(tái)可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360°的全回轉(zhuǎn)。工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。
1.4 挖掘機(jī)的工作原理
液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。
液壓挖掘機(jī)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。
液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗5、斗桿11、動(dòng)臂2、連桿8及相應(yīng)的三組液壓缸1、4、10組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(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，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，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)液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合隨機(jī)的。
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)齒 8、連桿 9、搖桿 10、鏟斗油缸 11、斗桿
圖1-1 反鏟挖掘機(jī)工作裝置
總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性能。
1.5 研究的方法及技術(shù)路線
1.5.1研究方法
（1）通過查閱相關(guān)資料，掌握液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)。
（2）充分考慮已有鉆井機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)來確定液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)現(xiàn)有裝置的不足進(jìn)行分析。
（3）對(duì)設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出能滿足要求的液壓挖掘機(jī)。
1.5.2研究技術(shù)路線
（1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)資料，了解當(dāng)今國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告。
（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求提出多種設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中選擇較好的方案，再對(duì)所選擇的方案做進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設(shè)計(jì)方案。
（3）具體設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置、工作裝置等。
（4）對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計(jì)算，如齒輪、軸、軸承等，保證設(shè)計(jì)的合理性和可行性。；
（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；
（6）整理各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料，撰寫論文。
1.6 本文研究的主要內(nèi)容
本論文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、銷軸組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下五部分:
(1) 挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。
(2) 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。
(4) 工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
39
第2章 0.5立方米液壓挖掘機(jī)總體方案的確定
履帶式液壓挖掘機(jī)具有技術(shù)性能先進(jìn)，使用可靠性高，作業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡單靈活，舒適性好等特點(diǎn)，達(dá)到了國際九十年代初先進(jìn)水平。
2.1 主要基礎(chǔ)參數(shù)
0.5M3挖掘機(jī)主要參數(shù)：
斗容量（m3）：0.16
鏟斗寬度：585mm
操作重量：4800kg
最大卸載高度 mm ： 3680
最大挖掘深度 mm：3600
最大挖掘高度 mm： 5320
最大挖掘范圍mm，5870
2.2 結(jié)構(gòu)分析及功能特點(diǎn)
⑴ 動(dòng)力裝置
動(dòng)力裝置采用五十鈴公司CC-6BG1TRA柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。該機(jī)具有重量輕，油耗低，功率大，噪音小，啟動(dòng)性能好，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
⑵ 傳動(dòng)裝置
回轉(zhuǎn)裝置
型式————2級(jí)減速行星齒輪
減速齒輪傳動(dòng)比17.002
回轉(zhuǎn)馬達(dá)
型號(hào)————M2X210CHB
型式————斜軸式固定排量柱栓馬達(dá)
閥
型式————非背壓閥式
溢流設(shè)定壓力————在140L/min時(shí)，為27.7±0.3Mpa
回轉(zhuǎn)停放制動(dòng)器
型式--------多片濕式負(fù)壓型
解除壓力-----2.25-2.84Mpa
行走裝置
型式---------三級(jí)減速行星齒輪
減速齒輪傳動(dòng)比--------70.842
行走馬達(dá)
型式---------斜軸式變排量柱塞馬達(dá)
行走制動(dòng)閥
型式--------背壓閥式
溢流設(shè)定壓力-------34.8Mpa
行走停放制動(dòng)器
型式--------多片濕式負(fù)壓型
接觸開啟壓力--------0.95~1.02Mpa
將高低二檔轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、停車閘、制動(dòng)閥、液壓馬達(dá)、行走減速器及控制機(jī)構(gòu)做成一體；具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，高可靠性，易裝配，完全收容等特點(diǎn)。整個(gè)機(jī)構(gòu)均被包容在減速機(jī)支座和履帶之間，防止了泥土的進(jìn)入及障礙物對(duì)泵的損壞，提高了整機(jī)的通過性。變量泵可自動(dòng)調(diào)節(jié)行走速度，且具有雙速功能，使工作更為快捷。
行走與回轉(zhuǎn)裝置內(nèi)部均帶有常閉摩擦片式制動(dòng)器，只要操縱桿回到中立位置，油路即被切斷，馬達(dá)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到制動(dòng)目的；操作簡單，制動(dòng)可靠。
⑶ 底盤結(jié)構(gòu)
該機(jī)底盤采用具有抗扭強(qiáng)度高，穩(wěn)定性能好的X型焊接結(jié)構(gòu)，它比H型結(jié)構(gòu)增大了行走架的剛度，改善了履帶架的應(yīng)力分布，保持了良好的行走性能；導(dǎo)向輪、托帶輪、支重輪采用浮動(dòng)杯式密封結(jié)構(gòu)，密封可靠，不需經(jīng)常保養(yǎng)；采用成熟的液壓缸彈簧張緊裝置來改善行走緩沖性能；下車液壓管路均密封在底座內(nèi)，安全可靠，美觀大方。
⑷ 液壓系統(tǒng)及液壓元件
液壓系統(tǒng)主要分為兩個(gè)油路:主油路和先導(dǎo)油路
主油路
電源主泵 →控制器 控制閥→執(zhí)行器{馬達(dá) 油缸 工作裝置}
先導(dǎo)油路
電源 先導(dǎo)泵→控制器{先導(dǎo)閥 泵調(diào)節(jié)器 電磁閥 信號(hào)控制閥 動(dòng)臂電子緩沖電磁閥}→先導(dǎo)油路{操作控制油路 泵控制油路 閥控制油路 回轉(zhuǎn)停放制動(dòng)器解除油路 行走馬達(dá)斜盤角控制油路 液壓油預(yù)熱油路}
在其上插裝有安全閥、過載閥、補(bǔ)油閥、單向閥、邏輯閥、減壓底閥，使得結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)安全可靠。液壓系統(tǒng)具有全功率和分功率控制機(jī)能，使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率最大限度地得到應(yīng)用；通過邏輯閥、減壓底閥可將壓力信號(hào)反饋給主泵使其改變斜盤傾角來改變輸出流量的大小，實(shí)現(xiàn)負(fù)流量控制，最大限度地減小發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗和液壓系統(tǒng)的溫升；復(fù)合動(dòng)作供油在閥內(nèi)合流，減少了管路連接；主閥內(nèi)裝有單向節(jié)流閥，以防止動(dòng)臂和斗桿在自重作用下下降速度過快；系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制直線行走閥，行走時(shí)高壓互通，保證了行走直線性;在伺服回路中安裝有高精度壓力濾清器，柴油機(jī)意外熄火后，工作裝置仍能靠回路中的蓄能器的壓力放下。
第3章 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓挖掘機(jī)工作裝置是完成液壓挖掘機(jī)各項(xiàng)功能的主要構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響到液壓挖掘機(jī)的工作性能和可靠性。
3.1 工作裝置分析簡介
本機(jī)采用最常使用的反鏟工作裝置，它主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗以及動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸組成。其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
1－鏟斗 2－鏟斗油缸 3－斗桿 4－斗桿油缸 5－動(dòng)臂 6－動(dòng)臂油缸
圖3-1 0.5M3液壓挖掘機(jī)的工作裝置
動(dòng)臂、斗桿和鏟斗均是采用高強(qiáng)度鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，重量輕、強(qiáng)度高。
動(dòng)臂根部用一根銷軸鉸接在平臺(tái)前端中部，由兩只鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)前部的動(dòng)臂油缸支撐。油缸作伸縮運(yùn)動(dòng)，動(dòng)臂則作升降運(yùn)動(dòng)。
斗桿端鉸接在動(dòng)臂的頭部，另一端鉸接著鏟斗和搖桿。斗桿的回縮或伸出靠鉸接在動(dòng)臂上的斗桿油缸的伸縮來控制。
鏟斗鉸接在斗桿的末端，用鉸接在斗桿上的鏟斗油缸經(jīng)搖桿控制，搖桿的作用是使鏟斗的轉(zhuǎn)角加大。油缸伸縮，鏟斗則進(jìn)行挖掘和卸載。
工作裝置的升降可以單獨(dú)進(jìn)行，亦可以和轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行，以縮短挖掘周期，加快工作速度。通常從挖掘位置到卸載位置，或從卸載位置返回挖掘位置均采用回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂升降同時(shí)進(jìn)行。
工作裝置的各個(gè)銷軸采用合金鋼制造，經(jīng)滲碳淬火處理，強(qiáng)度較高。且各個(gè)鉸點(diǎn)都設(shè)有油杯，用油槍注入潤滑脂潤滑。工作裝置各鉸接處均設(shè)有限位塊，以減少對(duì)油缸的沖擊。斗齒部分由齒座和斗齒組成。斗齒套在齒座上用彈性銷固定，斗齒磨損后可以更換。
3.2 動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
0.5M3動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。
1-上蓋板 2-吊耳 3-下蓋板 4-左右側(cè)板 5-肋板 6-前叉板 7-中軸座 8-后軸座 9-斗桿油缸聯(lián)結(jié)座
圖3-2 0.5M3動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡圖
動(dòng)臂的整體式彎臂采用大圓弧過度以減少該處的應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。
動(dòng)臂的主體框架是由上蓋板、下蓋板、左側(cè)板、右側(cè)板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)。
上、下蓋板均由前、后兩塊板拼焊而成，每塊板都采用厚度為14mm的16Mn鋼板，焊接形式為“45斜線”焊縫。
左、右側(cè)板分別由前、中、后三塊鋼板拼焊而成。前、后板都采用厚度為12mm的16Mn鋼板，中側(cè)板采用厚度為14mm的16Mn鋼板。側(cè)板間的焊接形式為斜線焊縫。
動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)、斗桿聯(lián)接的軸座均用ZG270- 500材料鑄造而成；與動(dòng)臂油缸聯(lián)接的軸座也是用ZG270-500材料鑄造而成，在軸座四周焊有四塊筋板以提高強(qiáng)度。上述軸座分別與箱形框架焊接成為動(dòng)臂。
在框架的不同位置還焊有六塊筋板以提高強(qiáng)度。在動(dòng)臂上平面的前、后部各焊有兩個(gè)吊耳，以便裝配和拆卸時(shí)起吊用。
斗桿油缸的聯(lián)接座焊在箱形框架上。
3.3 斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
0.5M3斗桿的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。斗桿的主體框架是由上蓋板、下蓋板、左側(cè)板、右側(cè)板各一塊焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)。每塊板均是厚度為10mm的16Mn鋼板。
與動(dòng)臂聯(lián)接的軸座采用ZG270-500材料鑄造而成，在圓周上焊有兩塊筋板以提高強(qiáng)度。與鏟斗、連桿聯(lián)接的軸座均由35鋼管加工而成。各軸座分別與箱形框架焊合而成斗桿。
在框架的不同位置還焊有三塊筋板以提高強(qiáng)度。
斗桿油缸、鏟斗油缸的聯(lián)接座均焊在箱形框架上。
1-上蓋板 2-鏟斗油缸聯(lián)結(jié)座 3-斗桿油缸聯(lián)結(jié)座 4-肋板 5-動(dòng)臂聯(lián)結(jié)座 6-左右側(cè)板 7-下蓋板 8-連桿聯(lián)結(jié)座 9-鏟斗聯(lián)結(jié)座
圖3-3 0.5M3斗桿的結(jié)構(gòu)圖
第4章 工作裝置的受力分析
4.1 動(dòng)臂的受力分析
反鏟裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)按挖掘工作中對(duì)動(dòng)臂可能出現(xiàn)的最大載荷來選定計(jì)算位置。一般可采用以下計(jì)算位置:
4.1.1 最低位置受力分析:
a)、動(dòng)臂位于最低(動(dòng)臂油缸全收縮);
b)、斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)三點(diǎn)位于垂直線上;
c)、鏟斗挖掘，斗邊齒遇障礙時(shí)。
如圖4-1所示。這時(shí)，工作裝置上的作用力有:工作裝置各部分的重量(動(dòng)臂重G1,，斗桿重G2，鏟斗重G3)和作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力和側(cè)向力)。各液壓油缸的工作狀態(tài)為:鏟斗油缸以F3力工作，斗桿油缸承受被動(dòng)作用力F2，動(dòng)臂油缸承受閉鎖力。
鏟斗邊齒遇障礙時(shí)，橫向挖掘阻力，由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器承受。此力的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩。其值為:
式中: - 回轉(zhuǎn)制動(dòng)器可承受的最大力矩;
r - 橫向阻力距回轉(zhuǎn)中心的距離.
液壓挖掘機(jī)所選用的回轉(zhuǎn)制動(dòng)器型號(hào)為:KG08，其=89.06kN.m , r=4518.5mm。則:
kN
L1=2180 L2=4042 L3=4361 L4=1460 L5=2925 L6=851
S0=8456 S1=452 S2=612 S3=3935 S4=505 S6=106
S7=415 S8=612 r=4518.5 G1=1579kg G2=935kg
G3=733kg α=37.5 o β=8.5 o
圖4-1 動(dòng)臂計(jì)算位置一
取工作裝置為隔離體，對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C取力矩平衡有:
求得B點(diǎn)的側(cè)向力
kN
則C點(diǎn)的側(cè)向力
kN
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)D的力矩平衡方程
求得F點(diǎn)的側(cè)向力
kN
則M點(diǎn)的側(cè)向力
kN
鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸工作力凡所能克服的切向阻力FW1,，可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得鏟斗油缸所產(chǎn)生的挖掘力
其中鏟斗油缸工作力
式中： -最大工作壓力; p=30 MPa
-鏟斗油缸大腔面積; =
由此可以得出 =368 kN，及F=129.04 kN。
法向阻力FW2決定于動(dòng)臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程
求得
式中為動(dòng)臂油缸的閉鎖力。
=
其中 - 過載壓力; =34MPa
-動(dòng)臂油缸大腔面積; =
由此可得: =442kN,及=-182kN<0.這說明FW1值不能實(shí)現(xiàn),即鏟斗油缸不能發(fā)揮全部作用力。
取斗桿為隔離體,按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得斗桿油缸的作用力(被動(dòng)狀態(tài)下)
由此求得: =659.6 kN。
而斗桿油缸的閉鎖力
其中 -過載壓力; =34 MPa
-斗桿油缸大腔面積; =
則 =523 kN。
由 >,說明值不能實(shí)現(xiàn).計(jì)算時(shí)只能取==523kN代入
得=102.48 kN。
將代入
得=-125kN<0。說明值仍不能實(shí)現(xiàn)。所以只能取=0 再代入
得=44.3 kN
然后將代入
此時(shí)得到 =223.2kN <=523kN。
再將代入
得=122 kN。
建立坐標(biāo)系如圖4-2所示。則:
圖4-2 建立坐標(biāo)系
B點(diǎn)的受力分解為
kN
kN
kN
M點(diǎn)的受力分解為
kN
kN
kN
4.1.2 伸展位置受力分析
a)、動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸作用力臂最大處;
b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90 o);
c)、鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進(jìn)行正常挖掘。
如圖4-3所示。
取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得鏟斗油缸所產(chǎn)生的挖掘力
由=368kN 得出=135.8 kN。
取工作裝置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程
求得
L1=2566 L2=6004 L3=6414 L4=1460 L5=2925 L6=1026 L7=4105
L8=1103 S0=3233 S1=257 S2=667 S3=6825 S4=590 S5=718
S6=308 S9=872 r=6305 G1=1579kg G2=935kg G3=733kg
= =
圖4-3 動(dòng)臂計(jì)算位置二
取斗桿為隔離體,按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得斗桿油缸的作用力(被動(dòng)狀態(tài)下)
由此求得：=549.6kN
而斗桿油缸的閉鎖力=523 kN，由>說明FWZ值不能實(shí)現(xiàn)。計(jì)算時(shí)只能取==523 kN ,代入
然后聯(lián)立方程
求解得: kN
kN
再將值代入
求解得： kN
建立如圖3-2所示坐標(biāo)系，則：
B點(diǎn)的受力分解為
kN
kN
kN
M點(diǎn)的受力分解為
kN
kN
kN
4.2 斗桿的受力分析
反鏟裝置的斗桿強(qiáng)度主要為彎矩所控制，故其計(jì)算位置可根據(jù)反鏟工作中挖掘阻力對(duì)斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來確定。根據(jù)斗桿工作情況的分析和試驗(yàn)說明，斗桿危險(xiǎn)斷面最大應(yīng)力發(fā)生在采用鏟斗挖掘的工況下。其計(jì)算位置可按以下條件確定:
4.2.1最低位置受力分析:
a)、動(dòng)臂位于最低(動(dòng)臂油缸全收縮);
b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時(shí));
c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長線上;
d)、側(cè)齒遇障礙，作用有橫向阻力。
如圖4-4所示。這時(shí)，工作裝置上的作用力有:工作裝置各部分的重量(動(dòng)臂重G1,，斗桿重G2，鏟斗重G3)和作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力和側(cè)向力)。
橫向挖掘阻力
kN
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得D點(diǎn)側(cè)向力
kN
則F點(diǎn)側(cè)向力
kN
取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得H點(diǎn)側(cè)向力
kN
則Q點(diǎn)的側(cè)向力
kN
取斗桿(不含鏟斗)為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)N的力矩平衡方程
求得E點(diǎn)側(cè)向力
kN
L1=2456 L2=4154 L3=2957 L4=1460 L5=2200 L6=1023 S0=5219
S1=92 S2=614 S3=6037 S4=512 S5=1074 S6=153 S7=400
S8=514 r=2732 G1=1579kg G2=809kg G3=745kg ξ=51.8o 68.6o
1.9o 72.4o o
圖4－4 斗桿計(jì)算位置一
由受力平衡方程
求得N點(diǎn)側(cè)向力
kN
鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸工作力F3所能克服的切向阻力,可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得鏟斗油缸所產(chǎn)生的挖掘力
由=368 kN，得出=121.4 kN。
法向阻力決定于動(dòng)臂油缸的閉鎖力?？扇」ぷ餮b置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程
求得
由= 442 kN，得出=-44.4 kN<0。這說明值不能實(shí)現(xiàn)，即鏟斗油缸不能發(fā)揮全部作用力。所以計(jì)算時(shí)只能取=0 再代入
得 =70.1 kN
將值代入
可得 kN。
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得斗桿油缸的作用力(被動(dòng)狀態(tài)下)
即：=241.8 kN<=523 kN。
然后取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得
即：=254.2 kN
取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及?？汕蟪鯪點(diǎn)作用力
得 kN。
建立如圖4-5所示的坐標(biāo)系，則:
圖4-5 建立坐標(biāo)系
D點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
E點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
N點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
4.2.2 伸展位置受力分析
a)、動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸作用力臂最大處；
b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時(shí))；
c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長線上；
d)、進(jìn)行正常挖掘，即挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗，無側(cè)向力。
如圖4-6所示。這時(shí)，工作裝置上的作用力有:工作裝置各部分的重量(動(dòng)臂重G1，斗桿重G2，鏟斗重G3)和作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力)。
L1=2763 L2=6037 L3=6462 L4=1460 L5=2200 L6=1023 S0=5244
S1=420 S2=614 S3=5551 S4=512 S5=808 S6=307 S7=400
S8=870 r=6825 G1=1579kg G2=809kg G3=745kg ξ=51.8o 68.6o
1.9o 72.4o o
圖4-6 斗桿計(jì)算位置二
鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸工作力F3,所能克服的切向阻力FW1可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得鏟斗油缸所產(chǎn)生的挖掘力
由=368 kN，得出=123.1 kN。
法向阻力決定于動(dòng)臂油缸的閉鎖力?？扇」ぷ餮b置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程
求得
由= 442 kN，得出=-21.7 kN<0。這說明值不能實(shí)現(xiàn)，即鏟斗油缸不能發(fā)揮全部作用力。所以計(jì)算時(shí)只能取=0 再代入
得=100.1 kN
將值代入
可得 kN。
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得斗桿油缸的作用力(被動(dòng)狀態(tài)下)
即：=394.8 kN〈=523 kN。
然后取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得
即：=357.5kN
取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及?？汕蟪鯪點(diǎn)作用力
得 kN。
建立如圖4-5所示的坐標(biāo)系，則:
D點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
E點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
N點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
4.3 連接桿的受力分析
變型斗桿的計(jì)算位置按以下條件確定:
4.3.1 最低位置受力分析:
a)、動(dòng)臂位于最低(動(dòng)臂油缸全收縮)；
b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時(shí))；
c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長線上；
d)、側(cè)齒遇障礙，作用有橫向阻力。
如圖3-7所示。則：
橫向挖掘阻力
kN
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得D點(diǎn)側(cè)向力
kN
則F點(diǎn)側(cè)向力
kN
取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得H點(diǎn)側(cè)向力
kN
L1=2360 L2=3900 L3=2591 L4=1460 L5=2925 L6=1026 S0=5963
S1=77 S2=641 S3=5409 S4=513 S5=1417 S6=103 S7=411
S8=616 r=2378 G1=1579kg G2=935kg G3=733kg ξ=51.8o 68.6o
1.3o 72.4o o
圖4-7 加長斗桿計(jì)算位置
則Q點(diǎn)的側(cè)向力
kN
取斗桿(不含鏟斗)為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)N的力矩平衡方程
求得E點(diǎn)側(cè)向力
kN
由受力平衡方程
求得N點(diǎn)側(cè)向力
kN
鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸工作力F3所能克服的切向阻力,可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得鏟斗油缸所產(chǎn)生的挖掘力
由=368 kN，得出=129.8KkN。
法向阻力決定于動(dòng)臂油缸的閉鎖力?？扇」ぷ餮b置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程
求得
由= 442 kN，得出=-75.6 kN<0。這說明值不能實(shí)現(xiàn)，即鏟斗油缸不能發(fā)揮全部作用力。所以計(jì)算時(shí)只能取=0 再代入
得 =61.2 kN。
將值代入
可得 kN。
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得斗桿油缸的作用力(被動(dòng)狀態(tài)下)
即：=250.5 kN〈=523 kN。
然后取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得
即：=216 kN
取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及。可求出N點(diǎn)作用力
得 kN。
建立如圖4-8所示的坐標(biāo)系，則:
D點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
E點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
N點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
圖4-8 建立坐標(biāo)系
4.3.2 伸展位置受力分析
a)、動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸作用力臂最大處；
b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時(shí))；
c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長線上；
d)、進(jìn)行正常挖掘，即挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗，無側(cè)向力。
如圖4-9所示。
L1=2808 L2=6024 L3=6585 L4=1460 L5=2925 L6=1026 S0=5973
S1=459 S2=641 S3=5523 S4=513 S5=975 S6=316 S7=411
S8=868 r=5913 G1=1579kg G2=935kg G3=733kg ξ=51.8o 68.6o
1.3o 72.4o o
圖4-9 加長斗桿工作位置二
鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸工作力F3,所能克服的切向阻力FW1可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得鏟斗油缸所產(chǎn)生的挖掘力
由=368 kN，得出=131.7 kN。
法向阻力決定于動(dòng)臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程
求得
由= 442 kN，得出=-46 kN<0。這說明值不能實(shí)現(xiàn)，即鏟斗油
缸不能發(fā)揮全部作用力。所以計(jì)算時(shí)只能取=0 再代入
得 =89.2 kN
將值代入
可得 kN。
取斗桿為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程
求得斗桿油缸的作用力(被動(dòng)狀態(tài)下)
即：=371.4 kN<=523 kN。
然后取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程
求得
即：=308.7 kN。
取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及。可求出N點(diǎn)作用力
得 kN。
建立如圖3-5所示的坐標(biāo)系，則:
D點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
E點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
N點(diǎn)受力可分解為
kN
kN
kN
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我收獲了很多，首先，對(duì)知識(shí)有了更深的了解，幾年的知識(shí)做了系統(tǒng)的回顧，圖書館使用培養(yǎng)獨(dú)立分析的知識(shí)，我學(xué)會(huì)了如何更好的利用網(wǎng)絡(luò)尋找信息解決問題的能力，以及信息使用，但也使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)討論問題。這是我未來的工作有很大的幫助，
我將繼續(xù)在未來的工作中，努力提高自己的水平。通過這次設(shè)計(jì)，我真的感到棘手的優(yōu)秀設(shè)計(jì)人員。在設(shè)計(jì)過程中，但在老師的幫助和自己的努力，終于使我成功地完成了設(shè)計(jì)。我經(jīng)常沒有足夠的知識(shí)來設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有不足。這些問題有時(shí)會(huì)讓我無奈。雖然我的設(shè)計(jì)存在諸多不足，鍛煉自己分析問題，解決一般問題的能力，我希望通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，未來將從事的訓(xùn)練，為將來的工作打好基礎(chǔ)，畢業(yè)設(shè)計(jì)仿真。寫這個(gè)，對(duì)我的論文代表將接近結(jié)束。是四年的畢業(yè)設(shè)計(jì)最后的大學(xué)課程，這將是教師和學(xué)生的復(fù)習(xí)，是否做的好的和壞的，這個(gè)過程也有經(jīng)驗(yàn)。首先要感謝所有老師的標(biāo)記，我真誠地接受您的指導(dǎo)，并希望得到你對(duì)我的努力。當(dāng)我們不了解，你不會(huì)做，老師給了我們知識(shí)的補(bǔ)充；很明顯，我們更像是一個(gè)知識(shí)進(jìn)入狀態(tài)，設(shè)計(jì)，工藝和畢業(yè)更注重的是自我鍛煉。我想如果大學(xué)四年沒有打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)，我們可能要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)變得非常困難。所有的老師，所以我在大學(xué)四年把我的課程設(shè)計(jì)，真誠的道聲謝謝！
畢業(yè)設(shè)計(jì)，歷時(shí)半年多，我閱讀了大量的文獻(xiàn)，查閱相關(guān)書籍很多；從沒有線索來尋找靈感，從不知如何開始大膽的嘗試，從教師向他們自己的獨(dú)立思考，終于完成了本課題的設(shè)計(jì)。我除了自己的努力工作的完成，也受到老師的細(xì)心指導(dǎo)，劉國光的老師總是在關(guān)鍵時(shí)刻，并及時(shí)督促我們的工作，嚴(yán)格要求我們，我們仔細(xì)檢查每個(gè)階段的任務(wù)；我要真誠的感謝給我的老師。
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
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致 謝
轉(zhuǎn)眼間，緊張而又充實(shí)的大學(xué)四年即將畫上圓滿的句號(hào)。這也意味著，有可能我的學(xué)生生涯就此結(jié)束，雖然自己以后會(huì)慢慢的進(jìn)入工作崗位，逐步成熟，但大學(xué)也是人這一生中學(xué)生生涯中最重要的時(shí)光，也是人生當(dāng)中一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，初中的自己還有點(diǎn)幼稚，高中的自己只想著考個(gè)好大學(xué)就好，而大學(xué)不僅僅是學(xué)習(xí)，也是一個(gè)小社會(huì)，你從這個(gè)小社會(huì)中逐漸的學(xué)會(huì)如何待人接物。而現(xiàn)在，畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，意味著自己大學(xué)的最后一份試卷的完成。
在此時(shí)此刻，我最想感謝的是我的親人，同學(xué)。我能取得很好的成績離不開你們的默默支持。是你們?cè)谖业纳钪校瑢W(xué)習(xí)中給予我鼓勵(lì)，引導(dǎo)我走想正確的道路；是你們?cè)谖覍W(xué)習(xí)中出現(xiàn)困惑的時(shí)候，不辭辛勞仔仔細(xì)細(xì)的給我講解題目；是你們?cè)谖艺夜ぷ髅悦５臅r(shí)候，給予我指點(diǎn)，讓我這道自己的方向，目標(biāo)是啥；是你們與我共同度過了人生中四年最美好的春夏秋冬。
經(jīng)過幾個(gè)月的不斷