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沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 挖掘機手臂設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 1102 班 學生姓名 王卓 指導教師 趙艷春 論文提交日期 2015 年 6 月 1 日 論文答辯日期 2015 年 6 月 5 日 畢業(yè)設計 論文 任務書 機械設計制造及其自動化專業(yè) 1102 班 學生 王卓 畢業(yè)設計 論文 題目 挖掘機手臂設計 畢業(yè)設計 論文 內容 1 設計說明書一份 2 CAD 圖紙一套 包括總裝圖 零件圖 3 文獻綜述 不少于 3000 字 畢業(yè)設計 論文 專題部分 挖掘機手臂結構 起止時間 2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日 指導教師 簽字 2015 年 3 月 6 日 摘要 單斗挖掘機采用單斗來挖泥土或礦石自行開采由回轉工作臺和行走裝置 斗臂斗桿完全放電尖端放電后的土壤 空桶面臨落后于業(yè)務的周期 在建筑 施工 道路工程 水電工程 農田改造 以及軍事工程和露天 開放式存儲 和挖掘 到工作裝置廣泛使用 點反鏟 鏟挖 把握鏟 也叫搶 和斗桿與 其他鉸鏈 由動臂支撐 從下往上 斗齒尖軌跡往往采用弧線行動 停止適 用于開挖面以上的土壤機器 反鏟挖掘機鏟斗和斗桿鉸鏈 挖掘行動通常是 由斗齒向下的軌跡呈圓弧線 適用于向下跌破鏟挖掘機鏟斗下 動臂沿著邊 緣移動 可移動的土壤挖掘手臂在固定位置 在一條直線上斗齒軌 從而能 夠獲得直采工作面 適用于開挖邊坡 溝渠 或平挖掘機鏟斗簸箕形 罐底 部前端裝入桶 在鑄造采掘工作面向外桶 重切斗齒借到土壤中 然后通過 牽引拖鏟挖 用繩子升斗升降 轉臺期滿后挖轉身卸土 挑流鼻坎能向下挖 掘表面以下的土壤卸土 也為水下開采 大范圍的挖掘 開采 但精度鏟挖 掘機鏟斗的兩個或兩個以上的下巴盤鉸鏈 下顎打開閥門組成 扔在采掘工 作面 葉片瓣切成土壤 使用鋼絲繩或液壓缸輪 挖鉗口閥可以卸載基坑或 水下采礦 挖掘也可用于裝載顆粒中常用小型和中型挖掘機 其工作裝置可 左右移動 更換不同的鏟斗 可以不同也被轉換成一臺起重機 打樁機 篡 改 故稱一般 IPS 或地雷司機一般只配備了工作裝置 單操作 因此使用 單斗挖掘機 關鍵詞 單斗挖掘機 礦業(yè)機構 創(chuàng)造性思維 多用的功 Abstract Single bucket excavator using a single bucket digging soil or ore self propelled mining machinery Work by rotary table and walking device etc Homework after the bucket digging bucket full discharge point discharge soil empty bucket faces backward at the cycle of operations Widely used in building construction road engineering water and electricity construction farmland leveling and military engineering and open pit open storage and mining in the yard According to the working device points are shovel backhoe digging shovel shovel grasp the shovel also called grab and other forms Shovel bucket hinge of bucket rod end supported by movable arm the mining action from down to up bucket tooth tip trajectory often arcs stop the machine suitable for excavation surface above the soil Backhoe excavator bucket and bucket rod hinged the mining action are usually made of bucket teeth down on trajectory assumes the circular arc line suitable for the soil excavation down below the surface Digging shovel excavator bucket moving along the edge under the movable arm movable arm in a fixed position bucket tooth track in a straight line thus can obtain straight mining face suitable for excavation slope ditches or flat ground Shovel excavator bucket is dustpan shape bucket bottom front loaded bucket teeth Work casting at mining face outward bucket bucket tooth borrow in heavy cut into the soil and then by traction drag shovel digging digging by ascending rope lift bucket after the expiration of the turntable turned to unloading soil flip bucket can dig down below the surface soil unloading soil but also for underwater mining large range of mining but mining accuracy is poor Grasp shovel excavator bucket composed of two or more jaw disc hinge jaw valve open throw in mining face the flap of the blade cut into the soil the use of wire rope or hydraulic cylinder round in palate digging soil Loosen the jaw valve can be unloaded soil Used for foundation pit or underwater mining digging depth Can also be used for loading grain material Earthworks commonly used in small and medium sized excavators its working device can be moved around change different bucket can be different operations Can also be converted into a crane pile driver tamper therefore calls the general ips excavator Mining or mine drivers generally only equipped with a working device single operations therefore calls for excavators Key words single bucket excavator mining institutions creative thinking multi purpose function 目 錄 緒論 1 第一章 單臂挖掘機反鏟工作裝置介紹 2 第二章 挖掘機手臂的工作設置 4 2 1 動臂的結構形式 4 2 1 1 組合式動臂與整體式動臂相比各有優(yōu)缺點 4 2 2 確定斗桿的安裝形式和鏟斗的結構形式 4 2 2 1 斗齒安裝方式 5 2 2 2 鏟斗的結構形式 5 2 3 設計步驟及參數選擇 6 2 4 斗型設計 7 2 4 1 鏟斗參數設計 7 2 4 2 斗型計算 7 2 5 動臂的參數選擇 8 2 6 斗桿參數計算 11 2 7 搖桿連桿參數設計 13 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 14 3 1 主要參數的設定 14 3 2 鏟斗油缸作用力的確定 14 3 3 斗桿油缸作用力的確定 16 3 4 動臂油缸作用力計算 17 3 5 液壓系統(tǒng)計算 17 3 5 1 液壓傳動計算 18 第四章 強度校核計算 20 設計結論 25 結論 26 參考文獻 27 致 謝 29 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 緒論 1 緒論 液壓挖掘機開發(fā)的機械工作過程的基礎上 是一種尖端切割土壤和鏟斗裝滿提 升 轉向卸土的位置 清空鏟斗挖掘位置和下后再次啟動 液壓后 挖掘機是一種 土方機械的運行周期 液壓挖掘機的機械傳動 工業(yè)與民用建筑 交通 水利建設 露天開采和軍隊 現代化建設 在工程廣泛的應用 并且是不可缺少的各種建設條件是一個重要的機 械設備 在建項目 可用于苦坑 排水溝 拆除的舊建筑 平坦的地方 在使用工 作裝置中 可卸可裝 安裝 打地基 脫出其根源 在水利建設 水庫 運河 水 壩可用于基坑 排水和灌溉溝渠 疏浚和深挖原有的渠道 等開挖在鐵路 公路 土石方 路基建設 平整場地 用來挖掘道路開挖水渠的建設 在石油 電力 通信基礎設施和市政建設 電纜和管道等的挖掘采礦在開放領 域 可用于剝離礦石或煤炭 也可用于隊旗 裝載和鉆井作業(yè) 在軍事工程 或用 于道路建設 挖戰(zhàn)壕和掩體 建有各類軍事結構 因此 液壓挖掘機品種的工程機 械是最重要的一條 減少繁重的體力勞動 提高施工機械化水平 加快建設進度 推進工程建設的發(fā)展 起著很大的施工部門統(tǒng)計 一 1 0 立方米液壓挖掘機挖斗容 量 埋在土壤中 每類相當于生產率工作 因此每天約 300 300 名工人 發(fā)展 液壓挖掘機 以提高勞動生產率加快國民經濟的發(fā)展具有十分重要的意義 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 單臂挖掘機反鏟工作裝置介紹 2 第一章 單臂挖掘機反鏟工作裝置介紹 圖中為反鏟工作裝置為單臂挖掘機時的一種主要工作結構 單臂反鏟工作裝置 是由 1 動臂 2 動臂液壓缸 3 斗桿液壓缸 4 斗桿 5 鏟斗液壓缸 6 鏟斗 7 連桿 和 8 搖桿組成 單臂挖掘機特點是因為各構件之間都運用的是鉸接連接 并通過改 變各液壓的運動缸運行周期來改變工作過程中的各個動作 動臂 1 通過動臂液壓缸 2 的支撐將下鉸點與回轉平臺鉸接 動臂的升降是由動臂的傾角大小決定的 只有 改變動臂液壓缸的運動周期即可改變動臂傾角 動臂的上端和斗桿 4 鉸接于 斗桿 繞鉸點轉動 斗桿與動臂的相對轉角由鏟斗液壓缸 5 控制 當斗桿液壓缸運作時 斗桿通過繞動臂的上鉸點轉動來改變轉角 斗桿 4 的末端與鏟斗 6 鉸接 因此鏟斗 繞鉸點轉動是由鏟斗液壓缸 5 的伸縮來控制 為了便于增大鏟斗的轉角 鏟斗液壓 缸一般由連桿 7 和搖桿 8 連接再與鏟斗連接 液壓挖掘機反鏟工作裝置主要用于挖 掘停機面以下的土壤 如基坑等 其挖掘軌跡是由各液壓缸的運動及其組合來控制 然而反鏟液壓挖掘機的工作過程 則是先將動臂放置至挖掘位置 然后轉動斗桿連 接鏟斗 當挖掘至裝滿鏟斗時 便提起動臂使鏟斗離開土壤 邊回轉邊提升至卸載 位置 使轉斗卸出土壤 然后再回周而復始轉至工作裝置開始下一次作業(yè) 動臂液 壓缸主要作用是調整工作裝置的挖掘位置 一般不可單獨挖掘土壤 而斗桿挖掘可 獲得較大的挖掘行程 使挖掘力小一些 轉斗挖掘的行程較短 為使鏟斗在轉斗挖 掘結束時裝滿鏟斗 需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤 因此挖掘機 圖 1 整 體 式 彎 動 臂 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 單臂挖掘機反鏟工作裝置介紹 3 的最大挖掘力一般由轉斗液壓缸實現的 工作效率因采礦和開采的行程很短 所以 轉向挖掘可用于消除障礙或提高實踐 熟練運用的液壓挖掘機的人員可根據實際情 況 從而合理的控制液壓缸 準確運用所有的液壓缸液壓氣缸 以達到最有效的挖 掘 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 4 第二章 挖掘機手臂的工作設置 2 1 動臂的結構形式 井架是在工作單元的主要成分 所述斗桿的結構通常依賴于可動臂的分為兩類 積分和模塊化的結構 簡單的直動臂結構 重量輕 緊湊的布局 它主要用于懸掛 挖掘機 挖土裝置整體的可動臂的常見的形式是有用的 以獲得更大的采礦轉動可 動臂在彎曲結構的形狀和強度 值得指出的是 有時采用臂的三個變化是有益的 以減少彎曲的應力集中 積分斗臂結構簡單 價格優(yōu)廉 相同的結構結合可動臂是 光缺點是替代能力低 差為了擴大其機械通用性 增加其需要配幾套普通工作裝置 用于類似于長期的操作是更合適的積分可動臂結構 合并的可動臂通常用于彎曲所述臂是兩種的結合 有輔助連桿 或液壓缸 連接 另一種抽苔 2 1 1 組合式動臂與整體式動臂相比各有優(yōu)缺點 2 2 確定斗桿的安裝形式和鏟斗的結構形式 將合并的可動臂的主要優(yōu)點是 1 工作尺寸和挖掘力可根據通過螺栓或連桿調整時間連接運轉變化僅 10 分鐘 通 過液壓缸連接時可以調節(jié)來調整 2 合理滿足各種設備參數和結構的操作的要求 然后簡單地解決的主要更換設備的 統(tǒng)一的問題越多 更換也一般情況下 動臂裝置要求能適應各種作業(yè) 也不需要改 變 3 容易清除 由于上述優(yōu)點 結合可動臂的結構比和對可動臂理解的更復雜性 但它已被越 來越廣泛地在小型和中型一般的液壓挖掘機的操作條件時 使用組合的可動臂是比 較合適的 設計操作條件是單一的 因此選擇整體動臂 臂也具有整體的和模塊化二 大部分 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 5 的挖掘機采取和 當需要調整或杠桿臂長度改變斗桿被使用 或在斗桿上設置 2 4 為調整時 提供選擇和可動臂孔端利用反鏟結合斗桿 2 2 1 斗齒安裝方式 至今為止挖掘機安裝的方式有兩類 第一種就是大多采用螺栓連接 斗容量 q 0 6m 3時 第二種使用橡膠卡銷結構 斗容量 q 0 6m 3時 由于本次設計斗容量 q 0 2 m3 0 6m 3 因此斗齒安裝方式為螺栓連接 2 2 2 鏟斗的結構形式 合理選擇的桶參數和結構形狀在挖掘機操作效果是非常鏟斗操作目標是多方面 的 不同的操作條件下 采用一個水桶 以適應任何困難的工作對象和為了滿足具 體的情況 盡可能提高了工作效率 一般挖土設備配備甚至十個不同桶的容量 桶 的不同結構的形式 至今為止 對于斗結構形式的研究尚處于現場試驗 模型試驗在實驗室測試或 階段 沒有建立例如某人的一次系統(tǒng) 0 6 立方米能力和吊桶式不同的反向斗在對比 測試二在 RH6 液壓挖掘機中 如表 3 1 Due 挖掘阻力的結果是小的 是不以反映的 桶設計的合理性敏感 所以兩種頁巖的測試結果操作效果是不同的 切割前中間稍 微突起的桶中的一個 與沒有橫向齒 橫向臂微凹 這些因素使得頁巖開采電阻桶 是相反 對于各種桶結構中的一個統(tǒng)一的要求的形狀是 1 有利于材料的自由流動 所以不應該被鏟斗內設置臂水平凸緣 如邊緣與桶的 底部的縱剖面形狀應當適合于各種材料的運動 2 為使材料容易在網絡上的粘土排出卸載 因此延長運轉周期 減少使用鏟斗容 量如此有效地在國外已經被迫卸土泥桶 3 為了使進料水桶不容易掉出來 斗寬度和材料的比例顆粒直徑應大于 4 1 當這個比例大于 50 1 不考慮的影響粒徑 作為均質材料 4 單齒 有利于增加 以切斷或損壞的阻力是很大的挖硬土或礫石從齒耙料出來的 水桶和材料剛剛接觸線挖掘的壓力 形狀 結構和安裝尺寸參數是值得研究的 其 主要的要求是采礦 阻力小 耐磨損 更換方便 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 6 表 2 1 反鏟斗對比試驗結果 作業(yè)條件 鏟斗 編號 鏟斗充滿時 間 s 生產率 10KN h 效率 在頁巖中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 19 05 40 6 42 6 22 68 100 53 3 在砂中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 5 9 6 3 163 5 152 7 100 93 3 2 3 設計步驟及參數選擇 反鏟裝置總體方案包括以下幾個方面 1 井架和安排井架液壓缸 確定與組合式或整體可動臂 并且可動臂的模塊化組合或積分可動臂液壓缸布置懸 掛或類型下方的形狀 在所識別的積分可動臂 為下一個可動臂式液壓缸裝置的前面 2 斗桿和斗桿液壓缸排列 確保整體的或組合使用的斗桿 和合并的斗桿組合或獨石斗桿是否可變轉折點確定 的積分桿 3 確保比可動臂和斗桿臂的長度 即設有參數 對于具有一定規(guī)模的工作中 動臂臂長比之間有很多時 2 3 已呼吁反鏟長動 臂短臂 當 1 5 屬于短動臂長臂 為 1 5 2 的比例 本設計采用了中型解決方案 取 1 8 4 確定匹配的水桶 水桶的容量及主要參數 并考慮鏟斗連桿傳動比調整的需要與 否 5 根據液壓缸系統(tǒng)的壓力 流量 系統(tǒng)循環(huán)注射方式 條件和達到制造諸如以確定 液壓缸 氣缸 氣缸的直徑 總延伸率和的總收縮率的數量的要求結構尺寸 運動 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 7 津貼 穩(wěn)定性和因素如成分的運動的幅度一般取 1 6 1 7 個別情況下為可動臂擺 動角度和鉸鏈點 置要求可以取 1 75 而取 1 6 1 7 1 6 1 7 1 2 3 2 4 斗型設計 2 4 1 鏟斗參數設計 鏟斗容量 轉斗挖掘半徑 斗寬 和轉斗挖掘裝滿轉角 令 qRB 2max 是鏟斗的四個主要參數 及 三者與 之間有以下幾何關系 2q q 2 2 SKBR sin2 1 其中 鏟斗挖掘半徑 單位 m 0 2m 其中 0 2m3 已知 鏟斗斗容量 鏟斗斗寬 根據反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計值和推薦范B 圍 查表 2 6 取 0 75m B 鏟斗挖掘裝滿轉角 一般取 90 100 取 95 1 658rad 2 2 把 代入式 3 1 得 q 0 2 0 75 1 658 sin95 21RSK 解得 0 803m 2 4 2 斗型計算 通過計算斗形尺寸來確定鏟斗主要參數 常見鏟斗斗形參數參考表 3 1 不同 的形狀的斗形是通過改變三角形 的形狀來改變的 根據比擬法得出斗形尺寸OEG 0 75m 已知 0 803m 已知 得到 bDR 0 294m 0 534m 0 87 1x2x3x 0 7324m 0 0706m m 40 23 108 0 56m HL 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 8 1 斗齒幾何形狀 挖掘比阻力達到最小值是通過改變鏟斗的幾何形狀 鏟斗切削時的主要參數 如 圖 3 10 所示 圖中長度 L 鏟斗容量 q 高度 H 寬度 B 切削角 刃角 和后 角 等參數的選擇都對挖掘比阻力有直接影響 為使斗側壁不參與切削 鏟斗應裝有側齒 齒寬 0 11 0 11 0 064m 2 3 bq32 0 齒長 0 26 0 26 0 152m l 齒距為 2 5 3 5 0 16 0 192 m 取 0 18maba 斗前臂與切削面的間隙取 0 7 0 0448mf 又由于鏟斗寬度 B 0 75m 齒寬與齒距之和為 0 064 0 18 0 244m 3 07 因此鏟斗裝有 3 個齒 ba B 24 075 切削角 對切削阻力影響也很大 通常 挖 級土時 斗切削角為 20 35 較大值適用于硬土 小值適用于一般土 常用切削角為 30 本次設計取 30 后角 不應小于 5 切刃角取 25 2 5 動臂的參數選擇 鏟斗容量 0 2m 3 根據單臂液壓挖掘機的有關設計標準 通過類比法 選出參數q 機重 5 噸 也可根據經驗公式計算法 參考表 1 3 機體尺寸和工作尺寸經驗系G 數表 線尺寸參數 m 得出 Liik3G 最大挖掘半徑 3 35 5 728m 2 4 R15 最大挖掘深度 2 05 3 505m 2 5 Hmax13 最大卸載高度 1 55 2 65m 2 6 據統(tǒng)計3 最大挖掘半徑 值一般與 的和值很接近 因此由要求 已R1l12l3 R1 定的 和 可按下列經驗公式初選 3lKl12 2 7 21L 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 9 Kl1 2 其中 5 728m 1 8 R1K 經計算得出 1 759m l2 1 8 1 759 3 166m 2 8 l1 在三角形 CZF 中 和 都可以根據經驗初選出 1 l3 其中 動臂的彎角 采用彎角能增加挖掘深度 但降低了卸載高度 但太小對1 結構的強度不利 一般取 120 140 取 140 1 前面已算出為 3 166m l1 動臂轉折處的長度比 一般根據結構和液壓缸鉸點 B 的位置來考慮 初3KZCF 步設計取 1 1 1 3 取 1 2 33K 因此根據公式 可以算出 41l239 l 41 132cos l K l 2 9 42341 ZCF arccos 39 142ll 經計算得出 ZC 1 529m 41l ZF 1 834m 2 17 9 39 斗桿液壓缸全縮時 最大 圖 3 12 常選 CFQ 832 832 max 160 180 本設計中取 170 max 取決于液壓缸布置形式 圖 3 11 動臂液壓缸結構中這一夾角較小 可BCZ 能為零 單臂挖掘機動臂液壓缸其鉸點一般置于動臂下翼加耳座上 B 在 Z 的下面 初定 BCZ 5 根據已知 CZF 22 1 解得 BCF 17 1 由圖 3 12 得最大卸載高度的表達式為 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 10 21max15Amax3 sin siYH ll 2 38max32 80n l 10 由圖 3 13 得最大挖掘深度絕對值的表達式為 2 AYlllH 152min1123max1 si si 11 將這兩式相加 消去 5l 并令 得到 A1 2BA8 max32 A 1 0 Hmax1ax3l1 sin ax1 sin i12l Bsin max1 式 2 12 又特性參數 2 4Kmin1axs 13 因此 sinmi114axs K 2 14 coin1214maxi 將上式代入式 3 6 則得到一元函數 f 0 式中 和 已根據經axHmax1ax3 驗公式計算法求出 經計算得出 29 6 73 5 min1 ax1 最后由式 3 5 求 為5l 2 5l 1max1min123s i YAlA 15 70sin50 36 29 6 0 638m 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 11 其中 3 166m 1 759m 97 1 1l2lA 由于履帶總高 0 32 0 547 近似取 0 65m 35AY 然后 解下面的聯立方程 可求 和 arcos arc min1 57 2min12lLl 21 arcos arc 2 max1 57 2max12lLl 2 16 于是 min1 5l x axLin1 2 17 1min1 經計算得出 1 63 0 67 0 952m iL 1 52m 1 61mmax1L7l 由上述結果聯系實際的到下列幾何公式 2 36 0 96 1 2 6 斗桿參數計算 1 計算斗桿挖掘阻力 斗桿挖掘過程中 切削行程較長 對于土的切削能力在挖掘過程中視為常數 通常取斗桿在挖掘過程中總轉角 50 80 在本次設計 65 這時半齒的g g 運行行程為 rs601745 其中 斗桿挖掘時的切削半徑 6r 6rFV 取 1 759 0 803 2 562mmaxFV32l 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 12 斗桿挖掘時的切土厚度 gh SgBKqh SgBKrq 601745 斗桿挖掘阻力為 2 18 sgggrqhW 60011745 式中 挖掘比阻力 由表 0 10 查得 20 級土壤以下 0K0K 土壤松散系數近似值取 1 25 s 斗桿 與鏟斗 和 之間 為了滿足下鏟和最終卸載及運輸狀態(tài)的要求 鏟2l3lminFV 斗的總轉角往往要達到 150 180 2 19 32in0cosll 0 866 80 759 1 2minFV 計算得 1 137mmin6rin 把 代入式 3 12 得0Kqig sK 2 48KN3max1 1025 6137 45 02 gW 2 確定斗桿液壓缸的最大作用力臂 m23ax9max2 PlleG 45 9 13848 其中 根據公式計算得出 13 96KN 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 設20emax2emax2 則ze20 2 20 9 max2max20cosle 2csmax 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 挖掘機手臂的工作設置 13 由圖 3 13 取 求得ze20 1 203m1 sin2max9min2 lL16 5 2sin40 其中斗桿擺角范圍大致在 105 125 取 105 max2 cos 2ax29min9min28 lLll 105 45 0 03 12 1 588m 2 7 搖桿連桿參數設計 通過對幾何要求和結構分布的角度要求考慮 重要是保證鏟斗六連桿機構在 全行程中任一瞬間時都不會被破壞 即保證 及四邊形 在3l GFNMHNQK 任何情況皆成立 根據鏟斗六連桿機構的要求 憑借外界有力因素選出可行的方案 0 27m 0 156m 0 195m 0 312m 0 3m QN MH N HK 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 14 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 3 1 主要參數的設定 系統(tǒng)的工作壓力 流速 以及兩者的乘積 即液壓動力的系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)設計 的主要參數 常常選定的工作壓力 同時根據所敘述的移動速度執(zhí)行元件 來確定 其流率 由于本設計結構簡單質量較輕所以選液壓功率小于 40kW 工作壓力取 16000 kPa p 3 2 鏟斗油缸作用力的確定 為了容易觀看如圖 4 1 所示 忽略土和斗的質量 同時忽略所有機構質量及器 之間的工作效率影響因素 對鏟斗油缸作用力為 3 1 gdclFmax1 鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂 此位置為搖臂長度 gdl 0 24m 對鏟斗與斗桿鉸點 的力臂 m clmax1FC 最大鏟斗挖掘阻力 N 最大鏟斗挖掘阻力為 3 2 170 cos1 50235 1maxmax1 XZABDkRCF 式中 土壤硬實密實計打擊次數 對 級土壤 9 15 對 級土壤 C 16 35 本設計取 15 C 鏟斗與斗桿鉸點齒尖距離 即鏟斗的轉斗切削半徑 m 0 803m DR DR 挖掘過程中總轉角的一半 即最大轉斗挖掘力位置 已得出 47 5ax max 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 15 切削刃寬度影響系數 1 2 6b b 為鏟斗寬度 0 75m BkBk 2 95m 切削角變化影響系數 取 1 3 AkAk 斗齒的影響系數 取 0 75 無齒時取 1 z z zk 前邊斗齒對地面傾斜角度的影響系數 取 1 15 Xk X 得出 57 455KN max1F 因此把 57 455KN 0 24m 0 705m 代入式 4 1 得 gdlcl 168 77 KNd 而此時動臂油缸及斗桿均處于關閉封鎖狀態(tài) 得出斗桿油缸的閉鎖力 應滿足 gF 3 3 gFgBll 2max1 式中 斗桿油缸閉鎖力 對斗桿與動臂鉸點的力臂 參考圖 4 1gB gF 由 CAD 得出 0 42m l 對斗桿與動臂鉸點 的力臂 由 CAD 做圖得 2 565m Blmax1FBBl 對斗桿與動臂鉸點 的力臂 由 CAD 做圖得 0 98m 2 挖掘阻力的法向分力 取 0 1 0 2 5 7455 11 491KN 2Fmax1F 取 8 5KN 2F 因此 400 7KN g 動臂油缸閉鎖力應滿足 bF525max1llA 式中 動臂油缸閉鎖力 對鉸點 的力臂 0 638m bFA5l 對動臂下鉸點 的力臂 5 255m Almax1 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 16 對鉸點 的力臂 0 3m Al2F Al 因此 478 7KN b 3 3 斗桿油缸作用力的確定 如圖所示忽略所有機構的重量和連桿機構效率的影響 斗桿油缸作用力 為 gF 3 4 gFBlmax1 式中 由 CAD 做圖得 2 07m Bl 由 CAD 做圖得 0 36m gBl g 得出 330 34KNF 而此時鏟斗油缸及動臂油缸處于閉鎖狀態(tài) 所以鏟斗油缸閉鎖力 應滿足 dF dgdClmax1 式中 由 CAD 做圖得 0 8m Cl 由 CAD 做圖得 0 42m gdl gd 得出 109 438KN F 動臂油缸閉鎖力 應滿足 b d32max1lA 式中 由 CAD 做圖得 4 52m Al Al 由 CAD 做圖得 可忽略不記 由 CAD 做圖得 0 638m5l 5l 得出 407 05KN dF 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 17 3 4 動臂油缸作用力計算 運動過程中中最大提升力 是由動臂油缸的作用力決定的 同時可以提高鏟斗 裝滿土壤時的位置至最佳卸載位置進行卸載 其計算簡圖 4 3 所示 此時動臂油缸 作用力為 3 5 15bAgdAtb lGllF 式中 鏟斗及其裝載土壤的重力 N dtG 斗桿所受重力 N 1 79KN g g 動臂所受重力 N 2 23KN b b 鏟斗質心到動臂下鉸點 的水平距離 m 4 72m dAl AdAl 斗桿質心到動臂下鉸點 的水平距離 m 3 33m g g 動臂質心到動臂下鉸點 的水平距離 m 1 155m bAl bAl 20 0 86 20 86KN 其中斗內土重 20KN 鏟斗重 0 86KN dtG 把 0 61m 代入上式得 AlgbAlGgdt 5l 23 1 793 86207 4 301 bF 281 57KN 3 5 液壓系統(tǒng)計算 單斗液壓挖掘機的主要參數如下 由此根據不同樣式的液壓泵和壓力進行初步 計算 機械總重 5t 動臂液壓缸推力 281 57KN 斗桿液壓缸推力 330 34KN 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 18 鏟斗液壓缸推力 168 77KN 3 5 1 液壓傳動計算 使用定量泵 根據液壓缸推力來決定系統(tǒng)工作壓力 kPa 工作液壓缸缸160 p 徑 假使液壓油缸的壓力損失 500kPa 液壓缸回油背壓 1000kPa 液壓缸大1p 小腔作用面積之比為 為大腔作用面積 為小腔作用面積 根據公02A 0A 式 3 6 021 0pF 0 1 16000 500 0 1 1000A0 1500 求得 動臂液壓缸 281 57KNbF 15 46 取系列值 16 150 4 D 1504 3287 斗桿液壓缸 330 34KNg 16 75 取系列值 17 150 42 F 1504 3 鏟斗液壓缸 330 34KNd 11 97 取系列值 12 150 43 FD 1504 3687 假設在分流情況下 斗桿液壓缸與動臂的伸出速度為 9cm s 鏟斗液壓缸的伸出 速度為 12cm s 則根據公式 3 7 vAQ 106 vD4106 2 式中 液壓缸的容積效率 取 0 98v 當動臂液壓缸單獨動作時所需流量 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 液壓元件的選擇及系統(tǒng)的計算 19 9 110 73 L min 1Q 41698 06 2 當斗桿液壓缸單獨動作時所需流量 9 125 01 L min 2 41798 016 2 當動臂液壓缸單獨動作時所需流量 12 83 05L min 2Q 41298 016 由此得出 各泵流量均取系列值 125L min 125L min 100L min 動臂液壓缸實際的伸出速度 11 56m sAvv601 41598 02 斗桿液壓缸實際的伸出速度 9m sAQvv60122 41798 025 鏟斗液壓缸實際的伸出速度 14 45m sAvv60133 41298 0 根據計算初選 CB FA18C FL C 型齒輪雙泵 排量 18 32ml r 額定轉速 1800r min 最高轉速 2400r min 額定壓力 14MPa 最高轉速 17 5MPa 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 強度校核計算 20 第四章 強度校核計算 臂 特別是在標準和擴展臂 強度由彎曲力矩控制 所以計算出的位置可根據 斗桿挖土工作可能的最大彎矩到斗桿工作手測試表明挖掘阻力的最大應力發(fā)生在斗 桿危險截面轉彎采礦工況下計算的位置是根據下列條件決定 1 根據現有結果選定一個反鏟挖土機設備力分析 2 近似計算 通常采取以下兩個位置 計算出的位置 圖 5 1 條件如下 1 動臂位于最低 井架液壓缸完全收縮 的 2 在斗桿油缸動作杠桿臂 最大斗桿液壓缸和動臂角度的端部為 90 3 在鏟斗和斗桿斗齒鉸接點和在臂描述和附連到可動臂鉸接點的延伸部分 4 側齒遇到障礙物有橫向力 此時 工作力具有重量各部分 斗 斗桿和動臂 在橫向斗齒的挖掘阻力的 影響的工作設備 包括切向力 力和水平力正常組件 Bucket 挖的 斗液壓缸工 作力量可以通過切向阻力可取桶隔離體來克服 根據點的鉸鏈力矩平衡方程 0 獲 得 4 1 1267rGrPlWdd 由圖 5 1 畫圖得 0 766m 0 3m dl5 0 423m 0 268m 0 142m 6r7r2r 把 代入式 5 1 得 dl56 0 142860 423 8 7 01 W 求得 41 718kN1 動臂液壓缸的閉鎖力 由法向阻力 決定 認為工作裝置為隔離體 同時對 BP2W 動臂底部鉸點 的力矩平衡方程 0 求得 A AM 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 強度校核計算 21 4 2 01A12 G M rWrPWdgbB 式中 動臂液壓缸的閉鎖力 286kN B BP 工作裝置各部分重量對 點的力矩之和 相應的力臂值 G dgbA A 由 圖 5 1 確定為 1 36m 1 99m 1 1m 0 325m 3 16m 2 05mbrgrdrBr1r0r 代入式 5 2 得 2 54 780 8691 7362 0 5861 32 W 4 15kN 當斗桿 帶斗 為隔離體 列舉出對鉸點 力矩平衡方程 0 可求得斗B BM 桿液壓缸在被動狀態(tài)作用力 通常情況下 力 與其閉鎖力值 按該液壓缸閉鎖壓 gP 力決定 相近 3421 rGlWlPgdbg 4 3 由做圖得知 1 56m 0 46m 1 39m 0 766m 2lbl4rdl 0 49m 3r 把 代入式 5 3 得 2lb4rdl3 0 46 41 718 1 56 0 766 0 86 1 39 2 23 0 49 gP 解得 45 69kN 當鏟斗邊齒遇到阻礙時 由橫向挖掘阻力 作為回轉機構的制動器來承受 其kW 最大值決定了回轉平臺的制動力矩 其值為 rMWTk 4 4 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 強度校核計算 22 式中 橫向阻力 與回轉中心間的距離 由 CAD 做圖得 1 28m rkWr 回轉平臺制動器可承受的最大力矩 4925 3N m TMTM 把 代入式 5 4 得 3 848kNr k 計算位置 圖 5 2 條件為 1 斗桿液壓缸作用力臂最大 2 動臂位于動臂液壓缸對鉸點 有最大作用力臂 處 AmaxBr 3 當鏟斗的斗齒尖位于 兩鉸點連線的延長線上 直至鏟斗位于最大挖掘力位BC 置 4 正常工作時 即挖掘阻力對稱于鏟斗 無側向力作用 作用力的分析方法同上 切向阻力 1267rGrPlWdd 法向阻力 橫向挖掘阻力 01A12 M rWrdgbB 4 5 rTk 由圖得 0 423m 0 29m 0 14m 1 52m 2 225m 1 36m 0 56r7r2rbrgrdrBr 6m 2 8m 0 45m 0 46m 1 56m 0 77m 1 39m 0 49m10bl2ldl43 1 22m r 通過計算得出 63 51kN 6 45kN 4 037kN 1W2kW 上述分析斗桿作用力 便可作出斗桿的受力圖 對于計算位置 斗桿受力圖 包括斗桿縱向力 斗桿外表面內 外的彎矩 和剪力 以及扭矩NxMyxQy KPM 斗桿受載荷最嚴重的那一側 危險斷面為 m m 作用在這個截面中心上載荷有 力可對斗齒取力矩平衡方程式來解得 2T 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 強度校核計算 23 4 6 0112122 hTfrGlrrTdbb 2 87kN 8 210 4 83 759 4 803 759 1 759 垂直平面內的彎矩 y z 平面內 2 2 02101 ClGebrWCrbhaWTMbTkkyz 0759134 83 374 65387 81 35kN 2 通過斗桿中心垂直于 yz 平面的 xz 平面中的彎矩為 0 8kN m 4 7 1CrWMkxz 4 083 07 4 沿斗桿軸向拉力為 39 25kN0213brTNk 2 075915 3 這樣斗桿危險斷面上正應力為 83Mpa FNWMyxzz 036 259618 20618 2035 式中 許用應力 取 0 85 s 斗桿梁的斷面積 F 斗桿還應根據危險斷面上的內力進行整體穩(wěn)定驗算 其應力值為 myxzxyzFNWM 式中 截面對 x x 軸 y y 軸的抗彎斷面系數 斗桿梁橫斷面的毛面積 mF 中心壓桿許用應力折減系數 可根據斗桿梁的細長比 來定 按下式求出 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 強度校核計算 24 3 34 minrl527 091 上式中 用下式求出i 527minrFJin2 018 式中 斗桿的計算長度 l 計算截面的最小回轉半徑 minr 計算截面的最小轉動慣量 iJ 因此斗齒截面上的應力 82 45Mpa 對于承受扭力的單梁方型斷面斗桿 還要計算其扭力矩 63 51 0 4 4 037 0 18 26 13kN m01hWaMkn 其扭曲應力為 120 97Mpa tan 21 03 28 16 圖 4 1 鏟 斗 油 缸 作 用 力 分 析 圖 4 2 斗 桿 油 缸 作 用 力 分 析 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 設計結論 25 設計結論 挖掘機臂由液壓缸控制 以便向液壓傳動 液壓缸和液壓泵的操作做解決它們 逐個 液壓傳動原理 與作為工作介質 通過密封容積變化的運動 通過石油內部 壓力傳遞動力油 1 發(fā)送功率部分 機械能轉換到油壓力罐 液壓 2 執(zhí)行 將液壓泵的輸入油壓可以帶動機械能的工作機制 3 控制部分用于控制并調節(jié)壓力 流速和流動的油的方向 4 輔助部 將在三個部分的前面在一起 形成一個系統(tǒng) 存儲 過濾 測量 和密等 液體壓力的某一卷上的任何點 等于在所有方向 這意味著 使用多個液壓缸 時 每個液壓缸的速度將能按拉或推時 運動取決于速度加載所需的壓力 在承載能力在相同范圍內的液壓缸 軸承液壓缸的最小負載為液壓缸承載的最后一 步的移動首先 最大負荷 為了使液壓缸同步運動 以實現負載在由升式以相同的 速度的任何一點 必須在系統(tǒng)控制閥或同步升式系統(tǒng)部件被使用 然而 液壓泵對液壓傳動提供其工作原理加壓液體運動是一種液壓元件帶來的泵腔 容積的變化 壓縮流體可以使流體壓力 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 結論 26 結論 在經歷了大四最后一年的艱苦奮斗終于完成了 這次設計經歷了一個半年是把 在大學期間所有學過的知識進行統(tǒng)一的匯總 在這最后一年都希望給自己畫一個完 美的句號所以這一次決定了我大學的完結 在這次設計中涉及了液壓傳動 機械設計中的許多知識 可以考驗我們這這些年到 底學了什么學會了什么 本次設計是單臂挖掘機手臂設計 在設計期間我也了解了許許多多的挖掘機和 其好處及其對比的各自優(yōu)點 與此同時我也對我所認知和熟知的 AutoCAD 有了很深 刻的見解我也對我的 CAD 有了明顯的提高 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 27 參考文獻 1 馮 培 恩 邱 清 盈 潘 雙 夏 等 機 械 產 品 的 廣 義 優(yōu) 化 設 計 進 程 研 究 中 國 科 學 E輯 1999 2 石 來 德 袁 禮 平 等 機 械 參 數 電 測 技 術 上 海 上 海 科 學 技 術 出 版 社 1986 3 高衡 張全根 液壓挖掘機 北京 中國建筑工業(yè)出版社 1981 4 張 如 一 陸 耀 楨 等 實 驗 應 力 分 析 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1981 5 閻書文 機械式液壓挖掘機 北京 機械工業(yè)出版社 1982 6 石 來 德 曹 善 華 徐 嗚 謙 等 工 程 機 械 結 構 件 遠 程 參 數 工 程 機 械 1990 7 何存興 液壓傳動與氣壓傳動 華中科技大學出版社 2000 8 美 阿 弗 里 爾 實 驗 應 力 分 析 手 冊 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1985 9 石 來 德 曹 善 華 俞 麗 萍 等 單 斗 液 壓 挖 掘 機 模 型 模 擬 北 京 機 械 工 業(yè) 山 版 社 1985 10 劉 希 平 工 程 機 械 構 造 圖 冊 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1987 11 張鐵 液壓挖掘機結構 原理及使用 東營 石油大學出版社 2002 12 成 大 先 機 械 設 計 手 冊 單 行 本 北 京 化 學 工 業(yè) 出 版 社 2004 13 雷 天 覺 楊 爾 莊 李 壽 剛 等 新 編 液 壓 工 程 手 冊 北 京 北 京 理 工 大 學 出 版 社 2005 14 張平格 液壓傳動與控制 北京 冶金工業(yè)出版社 2004 15 張 玉 劉 平 等 幾 何 量 公 差 與 測 量 技 術 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 1999 16 羅 鵬 于 玲 等 專 業(yè) 外 語 I II III等 沈 陽 化 學 工 業(yè) 出 版 社 2004 17 成大先 機械設計手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2002 18 劉 朝 儒 彭 福 萌 高 政 一 等 北 京 機 械 制 圖 第 四 版 高 等 教 育 出 版 社 2000 19 李壯云 中國機械設計大典 江西科學技術出版社 2001 20 薛 焱 胡 騰 程 躍 華 等 北 京 中 支 版 AUTOCAD 2006基 礎 教 程 清 華 大 學 出 版 社 2005 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 28 21 美 Reed Elsevier Construction Equipment America Reed Business Infonnation 2008 22 美 Paul Golevicz New Product America THE LATEST PRODUCT DEVELOPMENT 2008 23 吳 敬 東 邱 國 俊 田 健 等 材 料 力 學 北 京 中 國 石 化 出 版 社 2008 24 鞏 云 鵬 田 萬 祿 等 主 編 機 械 設 計 課 程 設 計 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 2000 25 孫 志 禮 冷 興 聚 魏 嚴 剛 等 主 編 機 械 設 計 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 2000 26 唐大放 馮曉寧 楊現卿 機械設計工程學 中國礦業(yè)大學出版社 2001 27 孔德文 趙克利 液壓挖掘機 北京 化學工業(yè)出版社 2007 28 劉 鴻 文 主 編 材 料 力 學 北 京 高 等 教 育 出 版 社 1991 29 曹善華 余涵 單斗液壓挖掘機 北京 中國建筑工業(yè)出版社 1980 30 孫 桓 陳 作 模 主 編 機 械 原 理 北 京 高 等 教 育 出 版 社 2000 31 高 澤 遠 王 金 主 編 機 械 設 計 基 礎 課 程 設 計 沈 陽 東 北 工 學 院 出 版 社 1987 32 喻 子 建 張 磊 邵 偉 平 喻 子 建 主 編 機 械 設 計 習 題 與 解 題 分 析 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 2000 33 張 玉 劉 平 主 編 幾 何 量 公 差 與 測 量 技 術 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 1999 34 R K Tessmann I T Hong Hydraulic Pump Performance as a Function Of Speed and Pressure 35 劉 鴻 文 主 編 材 料 力 學 北 京 高 等 教 育 出 版 社 1991 36 曹善華 余涵 單斗液壓挖掘機 北京 中國建筑工業(yè)出版社 1980 37 孫 桓 陳 作 模 主 編 機 械 原 理 北 京 高 等 教 育 出 版 社 2000 38 高 澤 遠 王 金 主 編 機 械 設 計 基 礎 課 程 設 計 沈 陽 東 北 工 學 院 出 版 社 1987 39 喻 子 建 張 磊 邵 偉 平 喻 子 建 主 編 機 械 設 計 習 題 與 解 題 分 析 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 2000 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 29 40 張 玉 劉 平 主 編 幾 何 量 公 差 與 測 量 技 術 沈 陽 東 北 大 學 出 版 社 1999 41 R K Tessmann I T Hong Hydraulic Pump Performance as a Function Of Speed and Pressure 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝 30 致 謝 在趙艷春老師的悉心指導下 經過了漫長的三個月設計 從一點也不理解到慢 慢滲透最后到對這次設計實質性了解 趙艷春老師把我從一個完全不理解設計的懵 懂少年到可以詮釋這一套設計的每一個零件及步驟的理性學子做了一個全面的升華 在此期間我的獨立思考和對問題的實質性解決上有了明顯的進步 趙艷春老師淵博 的知識和對學生一絲不茍全心全意的奉獻上讓我受益良多 在這樣一位全心全意對 同學的老師的講解下讓我對我的設計有了直線的突破 從而使我的設計更合理 更 科學 在我設計即將完成之際對我親愛的老師致以崇高的敬意和由衷的感謝 同時感謝那些在我做設計期間給予我?guī)椭脑S多老師和學長 最后感謝我親愛的爸爸媽媽居于我的精神和物質上的幫助 讓我順利完成學業(yè) 感謝百忙之中為給我答辯抽出時間的老師 謝謝你們的辛勤