二○一三届毕业设计 22T液压挖掘机总体与底盘设计
学院：工程机械学院
专业：机械设计制造及其自动化
姓名：黎立永
学号：2504090115
指导教师：马志奇
完成时间：2013 年6月14日
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二○一三届毕业设计
计算说明书
学院：工程机械学院
专业：机械设计制造及其自动化姓名：黎立永
学号：2504090115
指导教师：马志奇
完成时间：2013 年6月14日
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摘要
随着社会的不断进步，改革开放的深入，我国的基础建设项目不断增多，对工程机械产品的需求量也越来越大。液压挖掘机是工程机械的重要产品之一，具有较高的技术含量。而中型型液压挖掘机在我国的发展中需求量不断增多，而其技术还远远落后于国外。在参照和分析卡特323DL和系列小型液压挖掘机的基础上，设计了22T 中型液压挖掘机。
本文完成的主要工作有：
1)建立了液压挖掘机主工作装置的数学模型；
2)针对工作装置的计算工况，建立了相关的力学模型；
3)确定了液压挖掘机的设计方案，完成了主要参数的设计计算；
4)对主要工作装置的铰点和关键部位进行力学分析和计算；
5)建立了底盘行走系的数学模型和结构模型；
6)对工作装置的相关部件进行的校核计算；
关键词：液压挖掘机，工作装置，底盘行走系，液压系统，挖掘装置
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ABSTRACT
With the development of the society and economy in China, many fundamental engineering projects need to be completed by the excavators. The hydraulic excavator is one of the most important construction machineries. The hydraulic excavator includes the higher technical specification, and it is very difficult to design them. But the development of the small scaled hydraulic excavator with no tail in our country just start, and the technique has been got behind with the abroad far and far. In this design, the series of CASE and Kubota are followed.
Main contents contained in the article are following:
1. The mathematical model of the main working equip has been established.
2. According to working condition, the correlated mechanics model of the main working equip has been established.
3. Offering the schedule of the hydraulic excavator and the main parameters’calculation.
4. Mechanics analyzing and the fulcrums and important components of the main working equip.
5. The mathematical model and structural model of chassis motion train has been established.
6. Checking and calculating the strength of the work equipment of the chassis motion train with traditional method.
KEY WORDS:Hydraulic excavator , work equipment, chassis motion train, hydraulic system，dig equipment.
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目录
第1章绪论 (1)
1.1概论.........................................................错误！未定义书签。
1.2国内外挖掘机的发展状况 (1)
1.2.1近年来国外液压挖掘机主要发展情况.........................错误！未定义书签。
1.2.2国内挖掘机目前水平及发展动向.............................错误！未定义书签。
1.3本设计研究的主要内容 (3)
1.4本课题的技术难点及解决的主要手段 (4)
第2章总体设计 (5)
2.1整机总体参数的初步确定 (5)
2.1.1设计参数指标的合理性分析 (5)
2.1.2主要参数的选择 (5)
2.2重量参数的初步确定 (5)
2.2.1整机重量初步确定 (5)
2.2.2机体尺寸的初步确定 (6)
2.3整机及各部分结构型式的初步确定 (7)
2.3.1动臂结构型式的初步确定 (7)
2.3.2斗杆结构型式的初步确定 (9)
2.3.3传动型式的初步确定 (9)
2.3.4回转机构结构型式的初步确定 (10)
2.4功率参数及发动机的初步选定 (11)
2.4.1整机功率参数的初步确定 (11)
2.4.2发动机的初步选定 (11)
2.5回转速度、工作循环时间及生产率的估算 (12)
第3章履带式液压挖掘机工作装置设计 (13)
3.1确定工作装置的几何尺寸 (13)
3.1.1斗形参数的选择 (14)
3.1.2动臂及油缸铰点的布置 (14)
3.1.3动臂尺寸参数的确定 (15)
3.1.4斗杆机构的尺寸参数的确定 (16)
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3.1.5铲斗连杆机构设计 (16)
3.2整机作业范围和挖掘包络图 (18)
3.3挖掘阻力、油缸作用力和闭锁力的计算 (20)
3.3.1铲斗挖掘阻力 (20)
3.3.2斗杆挖掘阻力计算 (22)
3.3.3铲斗、斗杆、动臂油缸缸径的确定 (22)
3.3.4铲斗、斗杆理论挖掘力的计算 (22)
3.3.5动臂油缸作用力的计算 (26)
3.3.6液压缸闭锁力计算 (29)
第4章挖掘机回转机构的设计 (33)
4.1回转支撑装置类型的选择 (34)
4.2回转机构参数的选择 (34)
4.3最佳转速计算 (36)
4.4回转功率的计算 (36)
4.5回转支承结构的选择 (36)
4.6回转机构齿轮传动设计 (37)
4.7回转循环时间计算 (37)
4.8回转机构的校核 (39)
第5章液压挖掘机液压系统的设计 (39)
5.1挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求 (40)
5.2液压系统主参数的确定 (41)
5.3液压泵和马达的选取 (41)
5.3.1液压马达的选取 (41)
5.3.2液压马达的选取 (42)
5.4液压系统回路组合 (43)
5.5液压系统验算 (44)
5.6液压冲击的防止 (45)
第6章液压挖掘机行走装置设计 (45)
6.1行走装置的选型 (45)
6.2行走装置尺寸参数的确定 (46)
6.2.1履带板的设计选取 (46)
6.2.2驱动轮的设计 (49)
6.2.3导向轮外径的确定 (50)
6.2.4支重轮参数选取 (50)
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6.2.5托链轮直径 (50)
6.3承载能力计算 (51)
6.4牵引力和牵引功率计算 (52)
6.5行走马达的选用 (52)
6.6挖掘机行走机构性能校核 (53)
6.6.1最大牵力的计算 (53)
6.6.2原地转弯能力的校核 (53)
6.6.3爬坡能力校核 (54)
结论 (55)
参考文献 (66)
致谢 (67)
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第1章绪论
1.1概述
2013年，是“十二五”发展规划承前启后的一年，也是我国工程机械行业承前启后的一年，新的起点充满着新的发展契机。回顾过去一年，我国工程机械行业集体遭遇了市场寒冬，各工程机械生产公司的销量均出现了大幅下降，这对我国工程机械行业是一个严峻的考验，也是一个加强自身质量建设和企业文化建设的关键时期。
纵观海外工程机械厂家，企业利润都不再以单一的产品销售为主，而是转向了产业链经营模式。比如卡特的销售利润只占到公司总利润的55%左右，而其余主要是产品服务带来的利润，并且，根据其未来的发展规划，卖产品的利润所占的比例还将进一步降低，这样，市场的波动对它利润的影响可以说是微乎其微。所以，尽管2013年工程机械遭遇了罕见的寒冬，但卡特的整体利润非但没有像国内厂家一样出现大幅下滑，反而取得了小幅上升。这说明产业链式的经营模式能够有效抵制市场波动的影响，这也是我国工程机械厂家正在探索的一种发展模式。根据市场规律，每一个行业发展到一定程度，必然向主要提供服务性产品的方向发展，工程机械行业也不列外。因此探讨工程机械产业链发展是非常值得的，特别是在我国工程机械遭遇寒冬之后，这将为我国工程机械的发展提供新的道路和巨大的机遇。
但是，这也是一个非常大的挑战，因为我国的相关技术特别是液压技术还未成熟，一些关键的产品还需进口。因此，在发展产业链式的工程机械行业新模式之前，我们还要很长的路要走，还要很多事要做。比如攻克有关技术难题、增强企业凝聚力、塑造良好的企业文化等等。
面对我国工程机械发展中的瓶颈，作为在校本科生，能做的就是运用自己所学的知识，尝试开发更加新型的、先进的机械。23T的液压挖掘机属于中型挖掘机，在我国各类工程施工中非常常见，本次设计主要做这种机型的整体设计及其底盘设计。
21世纪以来，世界液压挖掘机的年销售量大约为15～20万台左右。
1.2国内外液压挖掘机发展状况
1.2.1近年来国外液压挖掘机主要发展情况
（1）.小型液压挖掘机得到迅猛发展。2002年前后欧美市场小型液压挖掘机的销售量约为挖掘机总销量的40%—50%。现在最小的液压挖掘机机重0.5～0.8t,功率10kw,斗容量小于0.1m3。
（2）.发展大型和巨型液压挖掘机满足露天矿日益增长的需要。例如Terex/O+K 公司的RH400型，机重980t,功率2×1640kw,斗容量 50 m3；日立公司的EX8000型，机重805t，功率2×1400kw,斗容量40m3。
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（3）.液压系统实现高压化。液压系统的最大压力达到35～40 Mpa高压化的液压元件重量轻、传动能力大、传动效率高。
（4）.采用低能耗、低废气排放量的发动机，严格遵守防污染、低噪音的环保要求。国外挖掘机普遍提高了发动机的功率，增大工作装置的挖掘力和加快行走速度。
（5）.液压挖掘机实现计算机智能化监控控制和模式开关操作，使挖掘机经常处于最佳工作状态作业。提高了作业可靠性，延长挖掘机使用寿命
（6）.司机室汽车化，大视野、低噪音、缓冲减震，内部设有各种监控仪表和操作设备，有采暖、通风等各种生活设置，以及GPS定位系统，司机工作环境舒适、方便和安全，劳动条件得到很大改善
（7）.应用先进的设计理论和方法设计挖掘机，例如：有限寿命设计理论、疲劳损伤累计理论、断裂力学、优化设计、有限元法、有限寿命设计等。工作装置、行走底架、回转平台优化的结构，按应力分布不同而合理应用不同的钢材，减轻整机重量、降低制造成本、提高使用可靠性和寿命。
（8）.十分重视挖掘机的试验研究工作。各著名的液压挖掘机制造公司都有自己的实验室或试验基地，对液压挖掘机进行各种试验研究。如：钢结构的疲劳强度试验、整机可靠性试验、液压系统控制试验、人机工程学试验、各种零部件试验等等。
1.2.2国内挖掘机目前水平及发展动向
上世纪八、九十年代我国的经济蓬勃发展，各种工程（例如长江三峡、小浪底水电站、铁路和高速公路、市政工程、房屋建筑等）相继开工，受工期限制，急需大量高质量的工程机械，尤其是挖掘机。我国的挖掘机产业却受到技术不足、资金短缺、特别是国产化配套件的质量不过关，各工厂面临体制改革等等因素制约，而停步不前。九十年代初我国每年从国外进口的挖掘机和走私的二手挖掘机约1～２万台。这一现象受到国外挖掘机生产厂家的关切，纷纷到中国来寻求商机。1995年前后我国液压挖掘机步入合资(或外商独资)办厂的新阶段，开辟了挖掘机发展的新纪元。到1997年主要合资或独资企业有：成都工程机械厂与日本神户制钢合资成立成都神钢建设机械有限公司，合肥矿山机器厂与日本日立建机合资成立合肥日立挖掘机有限公司（现为“日立建机（中国）有限公司”），山东推土机厂与日本小松公司成立小松山推工程机械有限公司，常州林业机械厂与韩国现代公司合资成立常州现代工程机械有限公司（现为“现代（江苏）工程机械有限公司”），徐州工程机械集团公司与美国卡特彼勒公司合资成立卡特彼勒（徐州）工程机械有限公司，韩国独资的大宇（烟台）工程机械有限公司(现为“斗山工程机械（中国)有限公司”），以及以贵矿为主的贵州詹阳机械工业有限公司（现为“贵州詹阳动力重机有限公司”）等。国内合资独资公司按原国外公司的技术要求生产该公司的品牌挖掘机，采用国际著名公司的配套件，使在中国制造的挖掘机技术性能和质量提升到国际水平。这种状况促使国内生产厂家变
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革，新兴厂不断增加，老厂改制重组，机型更新换代。各厂皆提高了挖掘机的性能和制造质量，由国产化配套转向全球配套采购，使挖掘机水平靠近国际挖掘机的水平。国内制造的品牌机性能和质量与国外进口机相差不多，但是性价比高，其价格是进口机的70％～80％，售后服务能及时得到保证。受到广大用户的欢迎。到2000年国内制造的液压挖掘机销售量达到8000台以上。国外许多挖掘机的配套厂家到中国开办挖掘机专用的配套件厂，如上海帝人制机、天津亚实履带等。国内有关配套件厂家或自行研发，或与国外厂家合资，改进产品性能，提高产品质量，投入到挖掘机行业竞争中。
在21世纪的前十年，国内挖掘机制造企业的数量猛增至60～70家，合资、独资、国企、民营各公司齐头并进生产各种型式的液压挖掘机，其中主要生产厂约有40余家。挖掘机的产销量年年翻番。一些新兴公司在三、五年间产销量即增至数千台。2003～2005年间，每年的销售量为35000台左右，其重要的原因是小型液压挖掘机遍地开花、快速发展，占有挖掘机总销量的20％～25％比重。外企新产品频出，如新一代带有GPS定位系统和监控系统的小松PC8型液压挖掘机，斗山公司DH500LC，合肥日立建机ZX850、ZX1200等；一些国内企业自主创新，研发出自己的高质量高性能的环保型挖掘机，如：贵州詹阳动力重机有限公司2004年研制出行驶速度50km/h 的轮式挖掘机，2008年又生产出100km/h的轮式挖掘机并投入批量生产；四川邦立重机有限公司开发出整机质量100t、120t、165t的大型液压挖掘机，填补了国内空白，可以代替部分进口机；邦立重机还生产电力驱动的矿用中大型液压挖掘机和钢厂用的液压抓钢机，在国内已有数百台销量。
根据2008年对国内40多家主要生产企业的统计，共生产液压挖掘机87650台，销售82765台（其中6t以下的小型挖掘机占20％以上）；据海关统计，2008年国内进口挖掘机33949台，出口8653台；2009年国内生产液压挖掘机约10万多台，销售液压挖掘机95012台，进口挖掘机械23613台（价值约15亿美元）。2010年生产达到16.5万台。我国液压挖掘机产业进入了蓬勃发展的高峰期。在21世纪第二个十年，液压挖掘机将面临新一轮的发展，机种更新，科技含量更高。产品高性能、高质量、低能耗、更环保。而液压挖掘机的生产企业将面临着优胜劣汰、进行重组和改造的激烈市场竞争。
1.3本设计研究的主要内容
本次所设计的挖掘机为中型反铲液压挖掘机。设计的内容为总体设计，主要包括主工作臂的设计、底盘行走系统的设。总体设计的优劣决定了其它零部件设计的质量，也决定了整机的性能。合理的、全面的总体设计是整个设计任务顺利完成的保证。
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因此，对整体设计必须从一个更高的层次出发，对整体设计必须提出更高的要求。
总体设计主要是对中型液压挖掘机进行深入地分析，并提出切实可行的方案，对整体参数、整体布局、整体结构、整机系统及其主要零部件进行设计计算，最后再将其建模装配。在整体设计中，主工作装置的设计、底盘行走系统的设计是最重要的，也是整机设计的关键所在。因为对于整个挖掘机而言，主工作装置和底盘行走系是整个机器工作的前提和保证，它将决定整个机器的性能和质量。主工作装置的设计必须考虑全面，比如外形尺寸、形状、铰点布置、工作过程中不能相互干涉、强度、刚度等等。而对于底盘行走系统，履带式比轮式更加稳定，转弯半径更小，接地比压更大，附着性能更好，结构布置更加紧凑，执行操作更加方便。此次设计的主工作装置主要采用反铲装置，动臂部分主要采用整体式弯动臂，这样有利于得到较大的挖掘深度。斗杆部分主要采用整体式直动斗杆；铲斗部分采用道侧齿的铲斗。底盘行走系采用履带式行走底盘，在设计底盘过程中尽量采用标准件，以便更换方便。
1.4本课题的技术难点及解决主要手段
对于挖掘机的整体设计，其难点是主工作装置和底盘行走系的设计。主工作装置是整个机器的工作部分，它直接影响到整机的工作性能。它主要由动臂、斗杆、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸组成。对于动臂、斗杆和铲斗的外形尺寸、形状、空间结构布局，主要是根据卡特323DL、小松PC220-8、三一SY215C-8和玉柴YC230LC-8这四种中型液压挖掘机类比来确定，最后经计算证明其设计也基本上满足要求，能够实现预期目标。底盘行走系是整个机械机体的支撑，它设计的好坏直接影响到整机的稳定性能和行使性能。对于底盘行走系，主要是由“四轮一带”、履带架和X型机架组成。我们经过现场调研后决定采用全液压挖掘机的底盘，即全液压驱动、转向和制动。全液压可以使其工作更方便，操作也更方便，还可以快捷顺利地实现无级变速。
这次设计所采用的主要设计手段是数值计算和计算机绘图（主要包括pro/E和AutoCAD等）。设计方法主要采用类比法和传统法。首先对整机所要求达到的技术目标进行分析和设定，再对机体中具有决定作用的零部件进行正确的分析。再设计过程中，发现的技术难点和急需要解决的问题，首先查找有关资料或向指导老师请教，再经过自己的思考和整理，真正找到相应的解决问题的方法，最终解决问题并校核。
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第2章履带式液压挖掘机总体设计
2.1整机总体参数的初步确定
2.1.1设计参数指标的合理性分析
液压挖掘机的主要参数有功能参数、尺寸参数、重量参数、功率参数、经济性等指标参数，其中最重要的是斗容量，机重和发动机功率。
2.1.2主要参数的选择
选择确定液压挖掘机主要参数的基本依据：
（1）设计任务书所规定的铲斗容量、用途和作业要求、工作条件等；
（2）有关国内外同类型、同等级液压挖掘机的技术资料，国家以及企业的系列标准等；
（3）理论分析或经验计算；
（4）使用单位的要求和制造厂商的生产条件等；
2.1.3合理的主要参数应该符合的条件
（1）满足实际使用要求——实用性；
（2）适合于生产厂的制造条件——可能性；
（3）充分发挥发动机功率——经济性；
（4）与国内外同类型产品相比较有较先进的技术经济指标和可靠的工作性能——保证机型的先进性。
2.2重量参数的初步确定
重量参数包括整机重量及各总成的重量。
2.2.1整机重量初步确定
整机重量可以通过类比国内外同类型样机得出（本次设计选取了3个同类型样机）
类比公式：
1
2
G
G
设计机重
样机机重
= 1
2
q
q
设计机重：23T 其中q=1.0M3
1).卡特323DL挖掘机整机工作重量：23T 其q=1.2M3;
2).小松PC220-8挖掘机整机工作重量：23.1T 其q=1.0M3;
3).三一SY215C-8 挖掘机整机工作重量：20.9T 其q=0.93M3
所以平均得G=21.975T ，平均q=1.015M3；可算得设计机重G=21.65T，取G=22T。
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各总成重量的初步确定
各总成重量包括：反铲作业装置、底盘和平台重量参数，由经验公式：
i
i G
G k G
=确定。
式中
i
G
k——各部分重量系数。
查找资料得：反铲作业装置重量参数k=0.15；底盘重量参数k=0.42；平台重量参数k=0.18。
所以算得：反铲作业装置重量G=3.30T；底盘重量G=9.42T；平台重量G=3.96T。2.2.2机体尺寸的初步确定
机体尺寸包括：机体的外形尺寸、工作装置尺寸和工作尺寸等。根据经验公式：
3
i li
L k G
=确定。
表2.1 机体外形尺寸
名称机体尺寸系数计算结果(m) 取值(m) 履带长度 1.36 3.8108 3.810
轨距0.8 2.2416 2.240
转台宽度0.92 2.5779 2.580
司机棚高度0.96 2.6900 2.700
转台底部离地高0.40 1.1208 1.120
尾部半径0.96 2.6900 2.700
前部离回转中心0.42 1.1769 1.180
机棚总高0.80 2.2416 2.240
履带总高0.32 0.8967 0.900
底架离地隙>0.14 0.3923 0.400
臂铰离回转中心0.15 0.4203 0.420
臂铰与液压缸铰距0.30 0.8406 0.840
臂铰与液压缸铰倾角—40°- 50°
履带板宽— 0.4-0.6
滚盘外径0.45 1.2609 1.260
臂铰离地高0.64 1.7933 1.800
表2.2 反铲作业尺寸
名称代号计算结果取值
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臂长
1l
k=1.8 5.0437 5.040
斗杆长
2l
k=0.8 2.2416 2.240
斗长度
3l
k=0.5 1.4010 1.400
动臂转角
1
θ-50°- 40°
斗杆转角
2
θ50°- 160°
铲斗转角
3
θ50°- 180°
最大挖掘半径
R
k=3.45 9.6670 9.800
最大挖掘深度
Z
k=2.15 6.0244 6.600
最大卸载高度
Q
k=1.80 5.0437 6.400
最大挖掘高度
H
k=2.35 6.5848 6600 以上参数的选取是主要依据经验公式计算，同时参照样机，做出的初步参数选定，这些参数只是初步选定，仍需做进一步改动、调整。
2.3整机及各部分结构型式的初步确定
2.3.1动臂结构型式的初步确定
目前，反铲动臂可以分为整体式和组合式两类。
整体式动臂又有直动式和组合式两类。直动式动臂结构简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形式和强度值得注意的是，近年来悬挂式挖掘机出现了小弯臂的结构形式，是直动臂的改良，动臂的箱型结构可以不用开口，动臂和斗杆油缸及管路的布置也比较方便。整体式动臂结构简单、价廉。刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是替换工作装置较少、通用性较差。
组合式动臂工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化调整，且调整时间短。能较合理的满足各种类型作业装置的参数和结构要求，装车运输也比较方便。其缺点是质量大，制造成本高，一般用于中、小型挖掘机上。
，综上选用整体式动臂。
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1-整体式动臂 2-动臂油缸 3-斗杆油缸
4-斗杆 5斗杆液压缸 6-铲斗 7-连杆 8-摇杆
2.3.2斗杆结构型式的初步确定
斗杆也有整体式和组合式两种，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式，大多数挖掘机采用整体式斗杆。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故采用整体式斗杆。而当需要调节斗杆长度和杠杆比时往往采用更换斗杆的办法。
图1-2 斗杆图
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2.3.3传动型式的初步确定
动力装置至驱动轮之间所有传动部件的总称为传动系统。传动系统的功用是把动力装置输出的功率传递给驱动轮，并改变动力装置的输出特性，以满足对自行式工程机械车速和牵引力的要求。目前，工程机械的传动系统有以下四种类型：机械传动、液力机械传动、电力传动以及液压传动。每种传动方式各有其特点、用途和适用的范围。
液压传动的主要优点：
1)体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10％～20%。因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；
2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100）；
3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；
4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；
5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用长； 6）操纵控制简便，自动化程度高；
7）容易实现过载保护；
8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。
液压传动虽然有十分突出的有点，但也不能忽视其存在的缺点：
1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；
2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；
3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；
4）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃~60℃范围内较合适。
5）液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统传动效率较低。
经过以上分析比较，随着液压技术的不断发展完善，液压传动的应用日益广泛。鉴于本机械产品的实际要求，在充分考虑其实现可行性和经济性的基础上本产品设计中采用液压传动系统。单斗液压挖掘机的液压系统根据压力和液压特性又可分为：1）中高压和高压定量系统；2）高压变量系统。
中高压定量系统大多采用外啮合齿轮泵，系统工作压力为16MPa左右，这种液压泵具有结构简单，工作可靠，尺寸小，重量轻等特点，但是效率低。
高压定量系统采用径向偏心柱塞泵，系统工作压力为32MPa左右，这种液压泵结
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构不复杂，工作可靠，冲击和振动，压力高，寿命长，但调速困难。
高压变量系统大多采用恒功率调节的轴向柱塞泵，系统工作压力为32MPa左右，当外负荷变化时液压泵能够自动调节流量，达到充分利用发动机功率的目的，而且效率高，在中型和大型挖掘机中得到广泛的应用。
本课题研究设计的是中型液压挖掘机，所以采用高压变量系统。如下图
2.3.4回转机构结构型式的初步确定
回转支撑机构是液压挖掘机重要机构之一，用于支撑回转平台以上机体的质量并实现回转运动。据统计，回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的50%~70%，能量消耗约占25~40%，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30%~40%。因此，合理地确定回转机构的液压油路和结构方案，正确地选择回转机构诸参数，对提高生产率和功能利用率，改善司机劳动条件，减少工作装置的冲击等具有十分重要的意义。
回转支撑装置的设计需要根据要求确定回转滚盘的类型，选择恰当型号的回转滚盘，并计算其最大静态载荷和螺栓的应力，结合产品的应力曲线进行校核。
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通过以上分析可知，本设计中采用滚动轴承式的回转机构较合适。其中滚动轴承式回转机构又可分为单排滚球式、双排滚球式、交叉滚柱式和组合棍子式等。在这些类型中，使用最广泛的是单排滚球式，又称单排四点接触式。单排四点接触球式回转支承由两个座圈组成，结构紧凑，重量轻，钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。回转式输送机焊接操作机中小型起重机和挖掘机等工程机械均可选用，且成本较低、质量轻、结构紧凑。本设计中采用接触角为45o的单排滚球式。如下图所示
图1-4 回转机构结构图
2.4.功率参数及发动机的初步选定
2.4.1整机功率参数的初步确定
发动机功率；液压功率
发动机、液压功率可以根据经验公式N
t
=k*G(kw)，N
y
=(0.75-0.88)N
t
确定，可得：发动机的功率N=5*22=110kw;液压功率N=4*22=88kw。
2.4.2发动机的初步选定
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根据23T挖掘机动力的基本要求，选取发动机型号、生产厂家、性能指标等参数。
最终选定由广西玉柴机器股份有限公司生产的YC6A系列发动机。
表2.3 发动机主要参数
型号YC6A
型式立式、直列、水冷、四冲程、直喷
进气方式增压、增压中冷气缸数-缸径×
行程mm
6-108×132
活塞排量 L 7．255
压缩比17.5：1
标定功率/转速
kW/r/min
115/1800 125/2000 125/2200 140/2300 133/2000 最大扭矩/转速
N·m/r/min
670/1300～
1500
670/1400～
1600
670/1400～
1600
670/1400～
1600
730/1400～
1600 全负荷最低燃油
耗g/kW·h
≤205
调速率（%）8~12
排放国2
允许海拔高度m 4000
适配范围18～22吨振动压路机、80水泥拖泵、20～25吨挖掘机、160～180平地机、
12～16吨叉车等工程机械、40装载机
2.5回转速度、工作循环时间及生产率的估算
依据经验公式：
1、回转速度：
1
6(min)
n
n K G r
-
=其中系数K n=13.5 n=8.07(r/min)
2、工作循环时间：
00
1
6
z z
t k G
=()s其中系数K?。= 10
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00
1
6
z z
t k G
==16.74s
3、理论生产率：
3
3600()
Q q T m h
= q=1m3
3
3600()
Q q T m h
==215.05(m3/h)
以上参数都是经验公式的初步估算，如有需要可适当调整。
第3章履带式液压挖掘机工作装置设计
挖掘机的工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗以及各自的工作油缸，还有连杆、摇杆组成工作装置的设计要满足任务书的要求以及结构上的合理，根据要求确定其结构方案，进而确定其各部件的尺寸以及铰点位置，最后还应对其作业尺寸和工作臂的强度、油缸的闭锁压力以及挖掘力的大小进行校核，确保其满足设计任务的要求。
铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构形式，动臂、斗杆和铲斗等重要部件彼此铰接，在液压挖掘机的作用下各部件饶铰点摆动，完成挖掘，提升和卸土等动作，图3.1为挖掘机最常用的反铲工作装置。
图3.1 工作装置总体结构图
3.1确定工作装置的几何尺寸
工作装置是液压挖掘机的重要组成部分之一，一般包括：动臂、斗杆、铲斗、连
机械设计说明书设计题目：反铲单斗液压挖掘机工作装置设计 姓名：舒康 学号：20097588 指导老师：冯鉴 09工程机械2班
目录 一．机械原理设计任务书 (4) §1.1设计题目简介 (4) §1.2设计任务 (4) 二．单斗液压挖掘机结构简图 (6) 三．设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图) (8) §3.1单斗液压挖掘机结构几何参数详表 (8) §3.2斗容量为0.25 m3 的小型单斗液压挖掘机结构详细参数 (9) 四．确定下列所给满足要求的结构参数 (12) §4.1确定长度与角度结构参数 (12) §4.2斗形参数的选择 (15) §4.3最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘高度的计算 (16) §4.3.1最大挖掘深度 (16) §4.3.2最大挖掘半径 (17) §4.3.3最大卸载高度 (17) 五．动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定 (19) §5.1动臂液压缸 (19) §5.2斗杆液压缸 (19) §5.3铲斗液压缸 (20) 六．机构自由度分析 (21) 七．仿真 (22)
八．机构搭建图 (23) 九．参考文献： (25) 十．心得和体会 (24)
完成日期：年月日指导教师 一．机械原理设计任务书 学生姓名舒康班级09工机2班学号20097588 设计题目：反铲液压挖掘机工作装置设计 §1.1设计题目简介 反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用 于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟 侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟 挖掘和沟坡挖掘等。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置， 是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。 设计数据与要求 题号铲斗容 量挖掘深 度 挖掘高 度 挖掘半 径 卸载高度铲斗挖掘力 B 0.38 m3 4.1m 7.35 m 6.77 m 4.95 m 54.86KN §1.2设计任务 1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图； 2、根据所提供的工作参数，对挖掘机工作机构进行尺度综合，确定工作机构各
摘要 本文设计的是一种挖掘机的挖掘装置，在为工业、民用上有特殊用途的挖掘装载机，它可以用于煤矿井下狭小空间清理、装载、运输等工作，也可以用于冶金、矿山、隧道建设等场合的挖掘装载工作。在本设计中，通过对国内外现有技术的了解和分析，利用任务书上所给定的挖掘机铲斗额定装载载荷，先计算出铲斗的斗容，而后选用标准容量铲斗，根据所选出的标准铲斗，计算出挖掘机的最大铲取阻力、最大卸载高度、最小卸载距离等一些设计所必需用到的量。通过对工作机构上九个铰接点位置的确定来设计出动臂的模型及动臂上各点的受力，然后计算出举臂油缸和转斗油缸的内径、活塞杆的杆径，选出标准的液压缸。 关键词：铲斗；液压缸；动臂；挖掘机
Abstract In this paper, the design is a mini-excavators, as for the industry, there are special-purpose civilian loading machinery, it can be used in underground coal mines to clear a narrow space, loading, transport, etc., can also be used for metallurgy, mining, occasions, such as tunnel construction excavation work load.In this design, both at home and abroad through the understanding of existing technology and analysis, the use of task books given by the excavator bucket load rated load, calculate the first bucket of the bucket capacity, and then choose the standard size of the bucket, elected in accordance with standard bucket, to calculate the largest excavator shovel access resistance, the maximum unloading height, minimum distance, such as unloading the design used in the volume necessary. Through the work of nine institutions to determine the location of hinge points out to design the model and the moving arm arm stress points, and then calculate the fuel tank and to fight the diameter of the fuel tank, the rod diameter rod, the election a standard hydraulic cylinders. Keywords: bucket hydraulic cylinder boom excavator
液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动 仿真解析 姓名：XXX 部门：XXX 日期：XXX
液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动仿真解析虚拟样机技术在使用过程中为液压挖掘机设计提供了有效的方法 和手段，在使用过程中受到了条件限制，较少的单位会对运行学进行仿真研究，降低了色剂方案可行性。文章基于动力学仿真软件ADAMS建立起了挖掘机工作装置虚拟系统，更好的完成了前期处理工作，使得建模正确性更高。 液压缸顺序工作的运动仿真分析 1.1.基于尺寸确定 当液压的挖掘机工作装置尺寸以及基本结构都确定下来之后，该挖掘机的工作范围也基本确定下来。简单理解就是挖掘机铲斗齿尖轨迹的包络图得以确定。在包括图中，有些部分区间靠近的比较紧密，有的会深入到挖掘机停点底部下，这一个位置虽然还可以挖掘到，但是在挖掘过程中会引起土壤坍塌，从而影响机械运行稳定，使得施工安全性受到影响。在以上动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸运动仿真分析过程中，选择的挖掘机工作顺序和方式一般都是在装置范畴内，这里讲解的顺序指的是，挖掘工作进行时，各个油缸都是根据一定顺序进行收缩或者伸出。例如：挖掘进行时，需要先下降动动臂，再收回斗杆，这个动作完成之后，在使用铲斗进行挖掘。 1.2.顺序工作运动仿真实现的路线 仿真路线是，在斗杆液压缸、动臂液压缸、铲斗液压缸上进行设置，一般在不同的时间段内，它的运动驱动函数都不同，需要进行调节处理，使得各缸在相应的工作极限范围内相互运行，这样就可以获得挖掘机的工作范围。可以在液压缸移动副约束处添加移动驱动，改变运动方式， 第 2 页共 5 页
将其更换成位移运动方式。运动的函数输入时，需要注意相匹配的的STEP函数。对液压缸进行STEP函数值设置时，应该满足运动函数需求。当完成了函数值输入之后，在运行状态下可以启动ADAMS软件的仿真模块。 1.3.仿真过程 当工作面从最初的范围逐渐移动时，一般最初的指的是停机状态下。可以适当的对斗杆、铲斗液压缸进行调整，将其保持在全缩的状态中，逐渐对动臂液压缸拉伸，将其缩小到CD弧线上。这个伸缩过程需要得到弧线支撑，基于保障弧线运动轨迹基础上做好控制工作。其中在进行一次姿态调整之后，作业范围会缩小，而且包络图中的各个点会逐渐深入挖掘机的底部，在这个范围上可以实现挖掘，但是可能出现塌陷实现，导致机械无法正常施工。因此，一般除了有条件的挖沟作业之外进行使用，其他施工一般都不会使用。可以在模型中建立起一个处于回转中心轴的三维坐标，将坐标点确定为（608,.0,0.0,1254.3306），这样就可以测量出方向移动值，可以得出这个位置的位移，这样便可以达到最大高度值，其实这个测量方法比较简单，也比较容易掌握。根据曲线变化得出，从得到的曲线中得出最终的数值，可以查看到最大值，平均值以及最小值等。 工作装置模型的运动学仿真分析 2.1.参数范围 运动学仿真中的参数范围确定一般都包含速度、位移以及加速度，这些参数会有一个变化范围。在进行运动学仿真分析中，需要基于ADAMS/Solver求解，就可以得出代数方程。因此，在进行仿真系统自由度确认时，一般自由度的必须为零。如果这个时候会考虑到物体的惯性 第 3 页共 5 页
本科生毕业论文（设计） 题目SWE85挖掘机夹桩压桩 机构三维设计 学生姓名 指导教师 学院机电工程学院 专业班级
目录 摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 第1章绪论 (1) 1.1挖掘机的发展概述 (1) 1.2挖掘机的结构及其工作原理 (2) 1.3国外挖掘机的夹桩压桩机构发展现状 (3) 1.4挖掘机的发展趋势 (4) 1.3.1 技术功能创新：一机多用与简化操作 (4) 1.4.2外观造型创新：工业设计与环境协调 (4) 1.4.3设计方法创新：电脑应用与模块设计 (5) 1.4.4控制方法创新：电子控制与信息集成 (5) 1.4.5人工智能创新：灵性机器与机器人化 (5) 1.5 选题意义和任务要求 (6) 第二章夹桩压桩机构的设计 (7) 2.1 夹桩压桩机构设计方案的比较与确定 (7) 2.1.1方案一 (7) 2.1.2方案二 (8) 2.1.3方案三 (8) 2.2夹桩压桩机构方案的确定 (9) 2.3夹桩压桩装置的结构设计 (10) 2.3.1夹杆底部铰接位置的确定 (10) 2.3.2油缸行程的确定 (10) 2.4油缸给夹杆推力F的计算 (11) 2.4.1夹杆器所受的摩擦力与压力的计算 (11) 2.4.2计算油缸的对夹杆的作用力 (12) 2.5夹桩压桩机构部分零部件的设计 (13) 2.5.1安装座的结构设计 (13) 2.5.2转接头的设计 (13) 2.5.3转动接头的设计 (14) 2.5.4夹桩爪的设计 (14) 2.5.5各零部件体积和质量的计算 (14) 2.6 销轴的挤压与剪切强度校核 (16) 2.6.1与活塞杆铰接的销轴的挤压与剪切强度校核 (16) 2.6.2夹桩爪与底座铰接销轴的校核 (17) 2.6.3接头与转动接头铰接销轴的校核 (18)
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动仿真解析 正式版
液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运 动仿真解析正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 虚拟样机技术在使用过程中为液压挖掘机设计提供了有效的方法和手段，在使用过程中受到了条件限制，较少的单位会对运行学进行仿真研究，降低了色剂方案可行性。文章基于动力学仿真软件ADAMS 建立起了挖掘机工作装置虚拟系统，更好的完成了前期处理工作，使得建模正确性更高。 液压缸顺序工作的运动仿真分析 1.1.基于尺寸确定 当液压的挖掘机工作装置尺寸以及基本结构都确定下来之后，该挖掘机的工作
范围也基本确定下来。简单理解就是挖掘机铲斗齿尖轨迹的包络图得以确定。在包括图中，有些部分区间靠近的比较紧密，有的会深入到挖掘机停点底部下，这一个位置虽然还可以挖掘到，但是在挖掘过程中会引起土壤坍塌，从而影响机械运行稳定，使得施工安全性受到影响。在以上动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸运动仿真分析过程中，选择的挖掘机工作顺序和方式一般都是在装置范畴内，这里讲解的顺序指的是，挖掘工作进行时，各个油缸都是根据一定顺序进行收缩或者伸出。例如：挖掘进行时，需要先下降动动臂，再收回斗杆，这个动作完成之后，在使用铲斗进行挖掘。
三、工作装置各部分的基本尺寸计算和验证 反铲装置的合理设计问题至今尚未理想地解决。以往多按经验，采取统计和作周试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法。液压挖掘机基本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。 （一）反铲装置总体方案的选择 反铲装量总体方案的选择包括以下方面： 1、动臂及动臂液压缸的布置 确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。 2、斗杆及斗杆液压缸的布置 确定用整体式或组合式斗扦，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗扦是否采用变铰点调节。 3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数112K l =。 对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大围选择。—般当K 1＞2时(有的反铲取K 1＞3)称为长动臂短斗杆方案，当K 1＜1.5时属于短动比长斗杆力案。K 1在1.5~2之间称为中间比例方案。要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。 4、确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。 5、根据液压系统工作压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全纳长度之比λ。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取λ1＝1.6~1.7。取λ2＝1.6~1.7；λ3＝1.5~1.7。 （二） 斗形主要参数的确定 当铲斗容量q 一定时，挖掘转角2?，挖掘半径R 和平均斗宽B 之间存在一定的关系，即具有尺寸R 和B 的铲斗转过2?角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计 算： 2 1(2sin 2)2 s q R B K ??= - (4.1) 式中： s K ——土壤松散系数。（取 1.25s K = ） 一般取: (4.2) R 的取值围： (4.3) 式中： q ——铲斗容量，3m ； B ——铲斗平均宽度，m 。 可根据表4-3根据斗容选取B 值。 根据式（4.1）可得 φ值
机械原理设计任务书 学生姓名朱班级学号20127462 设计题目：挖掘机工作装置机构设计 一、设计题目简介 单斗挖掘机是一种重要的工程机械，广泛 应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林 开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和 矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保 证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率 起着十分巨大的作用。随着国家经济建设的不 断发展，单斗挖掘机的需求量将逐年大幅度增 长，其在国民经济建设中的作用将越来越显 著。 反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式，在工程实践中占有重要地位。反铲装置的各组成部分有各种不同的外形，要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。然后，在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算，确定各机构尺寸参数，确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。 挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标，对其分析计算至关要。挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关，而挖掘力则受众多条件限制，危险工况的分析是关键点。在挖掘力分析基础上，可对各杆件铰接点进行力的分析计算，并进行机构设计的合理性分析。 二、设计数据与要求 该型挖掘机工作装置,由两节臂，一挖斗组成，停机面最大挖掘半径(mm):9850；最大挖掘深度(mm):6710；最大挖掘高度(mm):9840，液压缸驱动。 三、设计任务 1、提出可能的运动控制方案，绘制方案的机构简图，计算工作装置的自由度，进行方 案分析评比，从中选取最适合挖掘机工作装置的机构； 2、根据所确定的机构方案进行杆及运动副的尺寸计算，要有计算过程（图解法也必须 有作图步骤），并根据所计算尺寸依据国家相关标准提出油缸的布置及其运动要求； 3、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。 4、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。 5、编写说明书，说明书应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。 四、提示 1、每一节斗杆应有一个油缸控制，即该机构应由多个自由度 2、按设计要求，主要考虑几个极限位置的相关数据 完成日期：年月日指导教师
摘要 挖掘机是大多数露天矿必不可少的生产设备，是工程机械中最重要的采掘设备，在冶金、能源、矿山等方面有广泛的应用。矿用挖掘机是露天矿间断式开采的主要设备,它可以实现完全机械化,具有机械化自动化程度高、斗容量大、环保性能好、挖掘效率高、进度快、机动性能好等优点。 由于常常在野外和露天作业，工作环境十分恶劣，要求挖掘机的各个装置既要结构合理,性能安全可靠又要尽可能降低成本。推压机构作为挖掘机的主要的工作部件，它的性能直接影响挖掘机的整体工作性能。本文通过对挖掘机的四种工况进行分析，确定推压机构的计算载荷，确定推压机构所需的功率，确定传动方案，设计推压机构。 本文还介绍了挖掘机国内外发展的现状、挖掘机的结构组成及工作过程，以及本需要应用的理论基础和应用的工具，并使用AutoCAD20XX软件绘制推压机构总装及零部件的二维图纸。 关键词：矿用挖掘机推压机构二级减速器有限单元法
Abstract Excavator is necessary producing equipment for lots of strip mine, and it is the most excavating equipment of engineering machine which is broadly used in metallurgy, energy sources, mine etc. Large mining excavator is the main equipment when exploiting strip mine. It can achieve pletely mechanization. It has the characteristic of high automatization, good property of environmental protection, the efficiency of excavation is high, and progress is rapid, quality is reliable,and maneuverability is good. Due to work outside frequently, working environment is very bad. Which needs excavator not only has reasonable configuration, safe and reliable performance, but also has lower cost. pushing mechanism is excavator’s leading working parts, whose performance can directly influence excavator’s working performance..Based on the four excavators working conditions,we analyse and determine assumed load ,pushing power and driving scheme of pushing mechanism, then design the pushing mechanism. This paper describes the status of the development of domestic and foreign excavators, the structure and the work process of excavators, the excavators’pushing mechanism theory and application tools are introduced in this paper, and mapping two-dimensional Drawings of assembly and parts of excavators’pushing mechanism by AutoCAD 20XX software. Keywords:mining excavator pushing mechanism secondary reducing device FEA
挖掘机工作装置设计 设计
郑州科技学院 本科毕业设计（论文） 题目挖掘机工作装置设计 学生姓名王利军 专业班级机械设计制造及其自动化 08级本科（6）班 学号200833467 院（系）机械工程学院 指导教师（职称）陈长庚工程师 完成时间2012年 5 月 16 日
挖掘机工作装置设计 摘要 单斗挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。随着国家经济建设的不断发展，单斗挖掘机的需求量将逐年大幅度增长，其在 国民经济建设中的作用将越来越显著。 反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式，在工程实践中占有重要地位。反铲装置的各组成部分有各种不同的外形，要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。然后，在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算，确定各机构尺寸参数，确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。 挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标，对其分析计算至关重要。挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关，而挖掘力则受众多条件限制，危险工况的分析是关键点。在挖掘力分析基础上，可对各杆件铰接点进行力的分析计算，并进行机构设计的合理性分析。 关键词：单斗挖掘机运动分析力学分析强度校核
SINGLE DOU EXCAVATOR WORKING DEVICE DESIGN ABSTRACT Single d o u excavator is a kind of important engineering machinery, widely used in building, road engineering, water conservancy construction, forestry development, port construction, national defense construction and the conditions of fortifications mining extraction industries, to reduce heavy manual labor, ensuring the quality of projects and accelerate the construction speed and improve labor productivity plays an enormous role. With the continuous development of national economic construction, d o u excavator demand will greatly increas e year by year, its role in national economic construction will become more and more prominent. The shovel device as a single d o u excavator working device of a main form in engineering practice, occupies an important position. The shovel device of each component of a variety of different shape, according to the design requirements for the selection of the structure and kinematic analysis. Then, on the basis of the requirement of motion parameters of various institutions, organizations, and determine the size parameters of the shovel device determine excavator basic outline. Digging resistance and mining force is the important measure excavator performance parameters on its performance index analysis, calculation is very important. Digging resistance with mining and relevant parameters, and their size by numerous dig power restriction, dangerous working conditions, the analysis is the key point. Based on the analysis in the mining strength to the bar on the pivotal point force calculation and analysis and the rationality of the design. KEY WORDS: Single d o u excavator, Motion analysis, Mechanics analysis，Strength Check
挖掘机液压系统设计 1 液压挖掘机结构与工作原理 液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作，相对机械传动具有许多优点:能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。 单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的机种。单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械。 1.1 液压挖掘机整机性能 液压挖掘机可分为:动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。液压挖掘机作为一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关。 (1) 动力系统 挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，灰尘污物较多，负荷变化大，经常倾斜工作，维护条件差。因此液压挖掘机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符号挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。挖掘机的额定负荷与汽车。拖拉机不同，汽车和拖拉机指在最高转速下、连同机油泵、发电机等必要附件，分钟内的最大功率;挖掘机是指在额定转速下一小时以上的额定功率。挖掘机采用车用柴油机时，最大功率指数降低。 (2) 机械系统
第一部分：挖掘机 第一章挖掘机的基本构造及工作原理 第一节概述 一、单斗液压挖掘机的总体结构 单斗液压挖掘机的总体结构包括①动力装置、②工作装置、③回转机构、④操纵机构、⑤传动系统、⑥行走机构和⑦辅助设备等，如图所示。
常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和 驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将单斗液压挖掘机概括成 工作装置、上部转台和行走机构等三部分。 工作装置——①动臂、②斗杆、③铲斗、④液 压油缸、⑤连杆、⑥销轴、⑦管路 上部转台——①发动机、② 减震器主泵、③主阀、④驾 驶室、⑤回转机构、⑥回转 支承、⑦回转接头、⑧转台、 ⑨液压油箱、⑩燃油箱、○11 控制油路、○12电器部件、○13 配重 行走机构——①履带架、② 履带、③引导轮、④支重轮、 ⑤托轮、⑥终传动、⑦张紧 装置 挖掘机是通过柴油机把柴油的化学能转化为机械能，由液压柱塞泵把机械能转换成液 压能，通过液压系统把液压能分配到各执行元件（液压油缸、回转马达+减速机、行走马达 +减速机），由各执行元件再把液压能转化为机械能，实现工作装置的运动、回转平台的回 转运动、整机的行走运动。 二、挖掘机动力系统 1、挖掘机动力传输路线如下 １）行走动力传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——中央回转接头——行走马达（液压能转化为机械能）——减速箱——驱动轮——轨链履 带——实现行走 ２）回转运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——回转马达（液压能转化为机械能）——减速箱——回转支承——实现回转 ３）动臂运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——动臂油缸（液压能转化为机械能）——实现动臂运动 ４）斗杆运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——斗杆油缸（液压能转化为机械能）——实现斗杆运动 ５）铲斗运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——铲斗油缸（液压能转化为机械能）——实现铲斗运动
专题综述 挖掘机工作装置轨迹控制 同济大学 黄宗益 王 康 杨劲松 1 概述 液压挖掘机是通用性机械,具有很多自由度,完成多种作业:掘削、装载、整地、起重和搬运等。这些作业往往需要复合操作,要求对工作装置的运动进行控制,使铲斗按要求的轨迹进行作业。例如:倾斜面切削加工、土坡夯实、压实摊平、地面平整、垂直面修正、掘沟槽和基坑等。要高效率和高质量地完成这些作业,司机需要有很高超的技巧。例如水平面和垂直面的精整作业,要求司机对动臂、斗柄和铲斗三个操纵手柄联动操作,进行巧妙配合才能完成。对司机来说,不仅要有高度操作技术,而且要注意力高度集中,因此司机的生理和心理负担都很重,很容易产生疲劳,为了解决这些问题,必须对工作装置的运动进行电子控制。 目前在挖掘机上采用以下工作装置运动控制: (1)直线自动掘削 1)平整土地、修坡。一般由斗柄和动臂同时动作来进行直线切削,如图1(a)所示。 2)坡道压实摊平。一般由动臂、斗柄和铲斗三者同时动作来实现,如图1(b)所示。 其平面切削的角度范围可以±90°,作业精度以掘削精度长度比(即掘削偏差与掘削长度之比)来衡量,大约±014%左右,即5m掘削长度时掘削偏差为±20mm,如图1(c)所示。 (2)装载作业控制 在铲装过程中需保持铲斗合适的切削轨迹,动臂举升过程中要保持斗倾角一定,以防铲斗中土撒落,卸土后要自动复归到新掘削的适当位置。这些都需通过电子控制,对动臂、斗柄和铲斗进行连动控制。 (3)作业空间设定 近年来城市的市政工程建设在不断增加,为了使司机在狭窄的场所能安心作业,提高作业效率,保证工地现场的人身安全,避免因碰撞损坏房屋、电线杆、电线以及管道等, 在挖掘机上采用了作业空间设 图1 直线自动掘削 (a)直线掘削 (b)压实摊平 (c)加工精度 (d)倾斜修正 定控制,控制挖掘深度和举升高度、铲斗倾角和斗尖坐标位置等。这些参数都可以预先设定,当到达设定极限位置时,蜂鸣器响,同时自动限位,停止超越作业空间设定范围的运动。在有些挖掘机上还有数字显示装置,将挖掘深度、斗倾角和斗尖坐标等数值表示出来,让司机了解掌握。 简单的深度控制只考虑动臂升降运动而不考虑斗杆运动所引起切削深度的变化,是不精确的;近年来,切削深度控制已把斗杆运动等对切深的影响考虑进去了,如图2(b)所示。 深度控制设定有两种方式:绝对深度设定是以
挖掘机工作装置
目录 1绪论 (1) 1.1课题背景及目的 (1) 1.2国内外研究状况 (1) 1.3 课题研究方法 (2) 1.4 论文构成及研究内容 (2) 2总体方案设计 (3) 2.1 工作装置构成 (3) 2.2 动臂及斗杆的结构形式 (5) 2.3 动臂油缸与铲斗油缸的布置 (5) 2. 4 铲斗与铲斗油缸的连接方式 (6) 2.5 铲斗的结构选择 (6) 2.6 原始几何参数的确定 (7) 3 工作装置运动学分析 (9) 3.1 动臂运动分析 (9) 3.2 斗杆的运动分析 (10) 3. 3 铲斗的运动分析 (11) 3.4 特殊工作位置计算： (15) 4基本尺寸的确定 (19) 4.1 斗形参数的确定 (19) 4.2 动臂机构参数的选择 (19) 4.2.1 α1与A点坐标的选取 (19) 4.2.2 l1与l2的选择 (20) 4.2.3 l41与l42的计算 (20) 4.2.4 l5的计算 (20) 4.3 动臂机构基本参数的校核 (22) 4.3.1 动臂机构闭锁力的校核 (22) 4.3.2 满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核 (24)
4.3.3 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩的校核 (25) 4.4 斗杆机构基本参数的选择 (26) 4.5 铲斗机构基本参数的选择 (27) 4.5.1 转角范围 (27) 4.5.2 铲斗机构其它基本参数的计算 (27) 5工作装置结构设计 (30) 5.1斗杆的结构设计 (30) 5.1.1 斗杆的受力分析 (30) 5.1.2 结构尺寸的计算 (40) 5.2动臂结构设计 (42) 5.2.1第一工况位置 (42) 5.2.2 第二工况位置： (47) 5.2.3内力图和弯矩图的求解: (50) 5.3 铲斗的设计 (56) 5.3.1铲斗斗形尺寸的设计 (56) 5.3.2铲斗斗齿的结构计算： (57) 5.3.3 铲斗的绘制： (57) 6 销轴与衬套的设计 (59) 6.1 销轴的设计 (59) 6.2 销轴用螺栓的设计： (59) 6.3 衬套的设计： (59) 7 总结 (61) 参考文献 (62) 致谢 (63) 附件一开题报告 (64) 附件二外文翻译 (70)
毕业设计(论文)开题报告题目：多功能挖掘机工作装置设计
图1 整体式直动臂图2 整体式弯动臂
注：1. 正文：宋体小四号字，行距22磅。 2. 开题报告由各系集中归档保存。 参考文献 [1] 任友良.液压挖掘机工作装置结构性能分析[D].杭州:浙江大学,2010:9-22 [2] 康海洋.液压挖掘机动臂结构动态分析[D].长沙:长沙理工大学,2007:6-18 [3] 王建军，冯光金，占必红等.小型挖掘机工作装置三维建模及有限元分析[J].中国工程 机械学报，2011，（9） [4] 牛多青，尹成龙，汪振乾等.基于SolidWorks的挖掘机工作装置虚拟设计[J].机械制造， 2007，（45） [5] 周勇，宋春华.国内外液压挖掘机的发展动向[J].矿山机械，2008，（36） [6] 朱建新，邹湘伏，黄志雄.谈国产液压挖掘机未来的发展趋势[J].凿岩机械气动工具， 2003，（3） [7] 何清华，张大庆，郝鹏等.液压挖掘机工作装置仿真研究[J].系统仿真学报，2006，（18） [8] 刘韬，胡军科，谢平.液压挖掘机工作装置结构的优化设计[J].建设机械技术与管理， 2010 [9] 张林艳，邓子龙，张红亮等.挖掘机工作装置虚拟样机的建立与动力学仿真[J].辽宁石 油化工大学学报，2008，（28） [10] 张卫国. 液压挖掘机工作装置动力学仿真分析及研究[D].山西：太原理工大学，2010 [11] 郑东京.挖掘机工作装置的有限元分析及其仿真[D].陕西：西北农林科技大学，2011 [12] 陈玉峰.液压挖掘机工作装置运动与动力综合优化研究[D].重庆：重庆大学，2005 [13] 杜文靖，崔国华，刘小光.液压挖掘机工作装置整体集成有限元分析[J].农业机械学报， 2007（38） [14]GU Jun and SEW ARD Derek.Digital Servo Control of a Robotic Excavator[J].CHINESE
小型履带式挖掘机结构设计 （开题报告） 一、本课题的研究目的和意义： 小型履带式挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置开始下一次的作业。因此小型履带式挖掘是一种周期作业的土方机械。 小型履带式挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。据统计，一般工程施工中约有60%的土石方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。 小型履带式挖掘机因其体积小，主要应用于城市、相对狭窄的地区，替人力劳动，其用途广泛，主要作业是挖掘、装载、整地，用于城市管道、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。它不仅体积小，机动灵活，且可附装各种工作装置，属多功能建设机械。采用小挖掘机可以大大减轻人力的劳动，缩短施工周期。 为节省劳动力、减轻繁重体力劳动，提高劳动生产率、加快建设速度，保证工程质量和降低成本，采用机械化施工是根本的措施。它对尽早发挥建设投资效果，促进国名经济的高速度发展有很大的作用。 二、文献综述（国内外研究情况及其发展）： 我国前些年大量投入使用的高速公路等基础设施，近来正越来越多地进入维护保养期，同时城市建设也由“大拆大建”逐渐向“精雕细刻”转变。随着我国城市化建设进程加快，今后小型工程机械设备将逐步升温，小型挖掘机市场为业内人士普遍看好。 小型液压挖掘机（以下简称小挖）在国外一般指６ｔ级以下产品，国内目前尚没有明确分类，常指１３或１０ｔ级以下产品，国内市场目前主要存在这样两类小型挖掘机产品：一类是为工程施工配套的３６０°全回转、履带或轮胎行走的标准型液压挖掘机，另一类是面向广大农村市场的低档配置产品即农用挖掘机或汽车式挖掘机。 三、本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式： 根据查阅的资料提出若干解决问题的方案并加以讨论。 进行小型履带式挖掘机总体结构设计，根据老师的要求，做必要的设计和绘图。 （1）设计和校核主要零部件 （2）绘制总体装配图 （3）绘制重要零部件的零件图 完成设计的图纸。 四、拟解决的关键问题： （1）设计和校核主要零部件 （2）零部件尺寸、参数设计 （3）装配部位的结构形式
编号：AQ-JS-06829 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动仿真解析Motion simulation analysis of working device of hydraulic excavator in ADAMS
液压挖掘机工作装置在ADAMS中 的运动仿真解析 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 虚拟样机技术在使用过程中为液压挖掘机设计提供了有效的方法和手段，在使用过程中受到了条件限制，较少的单位会对运行学进行仿真研究，降低了色剂方案可行性。文章基于动力学仿真软件ADAMS建立起了挖掘机工作装置虚拟系统，更好的完成了前期处理工作，使得建模正确性更高。 液压缸顺序工作的运动仿真分析 1.1.基于尺寸确定 当液压的挖掘机工作装置尺寸以及基本结构都确定下来之后，该挖掘机的工作范围也基本确定下来。简单理解就是挖掘机铲斗齿尖轨迹的包络图得以确定。在包括图中，有些部分区间靠近的比较紧密，有的会深入到挖掘机停点底部下，这一个位置虽然还可以挖
掘到，但是在挖掘过程中会引起土壤坍塌，从而影响机械运行稳定，使得施工安全性受到影响。在以上动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸运动仿真分析过程中，选择的挖掘机工作顺序和方式一般都是在装置范畴内，这里讲解的顺序指的是，挖掘工作进行时，各个油缸都是根据一定顺序进行收缩或者伸出。例如：挖掘进行时，需要先下降动动臂，再收回斗杆，这个动作完成之后，在使用铲斗进行挖掘。 1.2.顺序工作运动仿真实现的路线 仿真路线是，在斗杆液压缸、动臂液压缸、铲斗液压缸上进行设置，一般在不同的时间段内，它的运动驱动函数都不同，需要进行调节处理，使得各缸在相应的工作极限范围内相互运行，这样就可以获得挖掘机的工作范围。可以在液压缸移动副约束处添加移动驱动，改变运动方式，将其更换成位移运动方式。运动的函数输入时，需要注意相匹配的的STEP函数。对液压缸进行STEP函数值设置时，应该满足运动函数需求。当完成了函数值输入之后，在运行状态下可以启动ADAMS软件的仿真模块。
斗容1m3挖掘机回转机构设计 2015 年 6 月
摘要 近年来，我国的基建工程有日益增多的趋势，国家也要大力发展基建工程来拉动经济增长，而挖掘机作为土方施工必不可少的机械设备，将在我国的基础设施建设方面发挥举足轻重的作用。 挖掘机在进行作业时，其回转机构要承受轴向载荷，径向载荷，和倾覆力矩，对其刚度，强度与稳定性就有一定的要求。所以，挖掘机的回转系统对保持挖掘机整体的稳定性方面有重要作用，对挖掘机回转系统的研究有助于国家发展各种不同类型的挖掘机。 针对斗容1m3挖掘机的回转系统，我进行了驱动方案分析，回转支承选型设计，回转速度控制及制动方案与制动器设计，回转系统各部件的受力校核及选型，还采用了有限元方法来进行优化设计。 国内的挖掘机厂商对国内市场的把握还不够大，对挖掘机回转系统的不断优化对国内厂商制造更大更多类型的挖掘机有重要的意义。 关键词：机械设备；挖掘机；回转机构设计；有限元 第一章绪论 1.1 液压挖掘机及其回转机构介绍 液压挖掘机是一种多功能周期作业的土方机械,广泛应用于交通运输，水利工程，矿山采掘和电力工程等机械施工中。它的工作过程先是以铲斗的切割刃切削
土壤，装满后再提升、回转至卸土位置，把土卸空后铲斗再回原来位置开始下一次作业，如此循环。 所以挖掘机对于对于减轻工人繁重的体力劳动，加快施工进度，提高施工机械化水平，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。一台斗容1m3挖掘机每班的生产率基本上等于300-400个工人一天的工作量。所以很有必要大力发展液压挖掘机，提高其工作性能，让其更好地提高生产率，为国民建设与国民经济服务。 挖掘机的回转系统由回转支承、回转机构、转台和液压回转系统等组成。回转支承的内外座圈间设有滚动体，其底座跟带齿的内座之间用螺栓连接，外座圈跟转台用螺栓连接。挖掘机工作装置上的各种载荷与力矩经过回转支承传给底架。回转机构的小齿轮既能绕自身自转又能绕转台中心公转，带动转台绕底架回转，相当于行星机构。 1.2国内外发展概况 工国外发达国家在挖掘机技术上一直处于领先优势，他们从20世纪80年代就开始生产特大型挖掘机，例如，美国生产的斗容132m3的步行式拉铲挖掘机，斗容50-150m3剥离用挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量107m 3的剥离用挖掘机，斗容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机等。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向微型化、多功能化、大型化、专用化和自动化的方向发展。 国内的挖掘机生产商虽然要有很强的创新意识，并且要针对市场与用户的各种要求来开发出新一代挖掘机的变型产品（如高原型车、焊接车等），争取步入大型挖掘机市场，不能只依靠国外进口，把握市场方向。同时，国内的厂商要提高用户服务，树立良好的品牌形象，力求企业与用户实现双赢局面。只有这样，国内厂商才可能慢慢把失去的市场份额夺过来。 1.3 本设计的目的和意义 目前我国及发展中国家的基础工程建设相当多，挖掘机的产销量很大。作为工程机械应用专业的学生，通过此设计，可以很全面地掌握挖掘机的构造和作业环境及要求；掌握产品设计思路与方法；锻炼其综合运用机械类基础知识解决实