单斗正铲液压挖掘机工作装置设计综述

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AbstractIn 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目录1绪论 (1)1.1课题背景及目的 (1)1.2 挖掘机发展简史 (1)1.3 挖掘机的基本类型 (1)1.4 国内外研究状况 (2)1.5 论文构成及研究内容 (3)2 总体方案设计 (4)2.1 工作装置构成 (4)2.2 动臂及斗杆的结构形式 (6)2.3 铲斗的结构选择 (6)2.4 液压挖掘机工矿分析 (6)2.5 液压挖掘机工作装置设计要求 (10)2.6 液压挖掘机工作装置的设计原则 (13)3工作装置运动学分析 (14)3.1 动臂运动分析 (14)3.2 斗杆的运动分析 (15)3.3 铲斗的运动分析 (16)3.4 特殊工作位置计算： (19)4 反铲装置的设计 (22)4.1 挖掘装载机工作装置典型工况分析确定 (22)4.2 挖掘装载机工作装置的基本参数的选择 (23)4.3 油缸基本参数的选择和计算 (29)5 挖掘装置受力计算和强度计算 (34)5.1、挖掘阻力的计算 (34)5.1.1铲斗挖掘阻力的计算 (34)5.1.2斗杆挖掘阻力计算 (35)5.2 工作液压缸的理论挖掘力 (35)5.2.1铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力 (35)5.2.2斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力 (36)5.3 整机理论挖掘力 (36)5.3.2铲斗挖掘 (40)6 总结 (43)致谢 (44)参考文献 (45)1绪论1.1课题背景及目的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。

图1 正铲液压挖掘机工作装置1.正铲液压挖掘机工作装置设计根据给定的工作参数，如表1（以下单位均m）。

表1 工作参数设计参数铲斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半径卸载高度　4 3.29.529.067.91为了方便工作装置的计算，现把工作装置简化为图2，并建立了以水平地面为横坐标，回转中心线为纵坐标的坐标系，各个绞点符号分别由A、B、C、D、E、G、H、I、J表示，θ1、θ2、θ3分别表示动臂相对水平面的转角，动臂和斗杆的夹角，斗杆和铲斗之间的夹角。

得到液压正铲挖掘机工作装置机构简图。

如图2所示。

1.1 比拟法确定工作装置部分尺寸比拟法：是借助于已有的大型液压正铲挖掘机的设计数据，以相似理论为基础，确定要设计的尺寸。

相似原理是通过对样机进行放大或缩小以及模型试验来确定实物结构参数、系列化产品的理图2 机构简图线型参数比例关系：31YLL=斗容量参数比例关系：Y=1qq已知美国某公司的挖掘机的整机质量为63 t，备有前卸式容量q为3.8 m）铲斗，通过比拟法可以求解出11qqmm设计机斗容量设计机斗容量样机机质量设计机质量=图3 极限位置关系222max 2max ()arccos[]2gi A ab bg ab bgL L R L X L L θ+−−−=××max R 为最大挖掘半径取9.06 m 代入解得θ2m a x =115 °。

同理可以根据最小挖掘半径求出θ2M I N =43 ° L 2 m i n =2.392、L 2 max =4.00根据最大挖掘高度求得L AGM A X =7.19、θ1M A X =82.3 °根据最大挖掘深度求得θ1M A X =64.9 °2.由水平推压力确定L BE 的尺寸假设挖掘机的工况作业为水平推压，及铲斗斗底紧贴地面沿停机面向前运动。

首先隔离斗杆和铲斗，如图图4 挖掘机受水平推压力对F点取力矩建立平衡方程：F 2e 2+F’3e’3=F a r 2图5 挖掘机转配图如图，根据以上所计算得到的尺寸值在Sol idworks建立三维装配图模型，并附上适当的转动和移动副，通过鼠标移动挖掘机的各个部件位置即可大致检测出设计的工作尺寸是否合理。

太原科技大学本科毕业设计说明书EXS 3500液压挖掘机正铲工作装置装设计The Working Device Design of EXS 3500 Crawler Face-shovel Bucket Hydraulic Excavator学院 (系 :机械工程学院专业:机械制造及自动化(工机学生姓名:学号:指导教师:史青录评阅教师:完成日期:2015.06.15太原科技大学Taiyuan University of Science and Technology太原科技大学毕业设计(论文任务书(由指导教师填写发给学生学院(直属系 :机械工程时间: 15年 3月 9 日摘要挖掘机械是工程作业机械的一种重要类型,是开挖土石方的主要机械设备,正铲单斗液压挖掘机是一种以铲斗进行挖掘作业并采用液压传动的机械设备。

工作装置是液压挖掘机的执行机构,从总体来看常见的正铲工作装置属于平面连杆机构,铲斗、动臂和斗杆之间采用铰接的方式,在液压缸推力的作用下各部件围绕铰接点摆动,完成卸土、挖掘和提升等动作,常用的液压挖掘机的工作装置有正铲,反铲,装载, 抓斗和起重装置。

本次设计主要内容是 EXS 3500正铲液压挖掘机工作装置的设计,主要对挖掘机工作装置机构的几何参数进行计算设计,采用合适的调整方法使其达到设计要求;对动臂、斗杆进行强度校核和载荷分析,使其满足使用要求。

在本次设计中应该注意工作装置设计的原则,在满足各部件要求的条件下实现6.06米最大挖掘深度, 15.81米最大挖掘半径, 12.42米最大卸载高度, 17.17米最大挖掘高度, 以实现挖掘的功能。

关键词:设计;挖掘机;强度校核;正铲工作装置the Working Device Design of EXS 3500 Crawler Face-shovel Hydraulic ExcavatorAbstractShovel machinery is a major type of construction Machinery, which is major earth excavation equipment. Single Bucket Hydraulic shovel is a mechanical which reliance on hydraulic transmission with the bucket to carry out excavation work. Hydraulic shovel working device are commonly backhoe, hoe, loading, grab and lifting gear.The design principal is to design an EXS 3500 crawler face-shovel hydraulic excavator working device. And major working device geometry parameters are designed; checked hydraulic cylinder locking power .Use the appropriate method of adjustment to meet the requirement. Check boom and rod strength to meet the requirements.Design principles work should be noted in the design of device. all components must be meet the conditions, machine for maximum digging depth of 6.06 meters, radius of the largest mining of 15.81 meters, uninstall the greatest height of 12.42 meters, maximum cutting height of 17.17 meters, to achieve the functions of excavation.Keyword :Design;Excavator; Strength Check; face-shovel working device目录摘要 . (II)Abstract .................................................................................................................................I II 第 1章引言 ........................................................................................................................ 1 1.1挖掘机和工作装置概述 . .................................................................................... 1 1.2国内外研究现状 . ................................................................................................ 1 1.3液压挖掘机的发展前景 . .................................................................................... 2第 2章原始数据及设计要求 ............................................................................................ 4 2.1原始参数 . ............................................................................................................ 4 2.2工作装置设计原则 . ............................................................................................ 5第 3章工作装置总体方案选择 ........................................................................................ 6 3.1工作装置构成 . .................................................................................................... 6 3.2动臂及斗杆的结构形式的初选 . ........................................................................ 7 3.3动臂与动臂油缸的布置 . .................................................................................... 7 3.4铲斗与铲斗油缸的连接方式 . ............................................................................ 8第 4章工作装置机构参数的选择 .................................................................................... 9 4.1最大挖掘深度1h 校核 (10)4.2最大挖掘高度2h 校核: (11)4.3最大卸载高度3h 校核 (13)4.4最大挖掘半径1r 校核 (14)4.5斗杆最大挖掘力aF 校核 (15)4.6铲斗最大挖掘力bF 校核 .................................................................................. 17第 5章工作装置运动分析及包络图的绘制 .................................................................. 19 5.1动臂运动分析 . .................................................................................................. 19 5.2斗杆运动分析 . .................................................................................................. 20 5.3包络图的绘制 . .................................................................................................. 21第 6章工作装置主要部件的结构校核 .......................................................................... 23 6.1斗杆 . .................................................................................................................. 23 6.1.1工况一 ........................................................................................................ 23 6.1.2工况二 ........................................................................................................ 26 6.2动臂 . .................................................................................................................. 28 6.2.1工况一 ........................................................................................................ 29 6.2.2工况二 ........................................................................................................ 31 6.3销轴校核 . .......................................................................................................... 33总结 . ......................................................................................................................................34EXS 3500液压挖掘机正铲工作装置装设计参考文献 (35附录A 文献翻译原文 (36附录B 文献翻译中文 (44致谢 (49第1章引言1.1挖掘机和工作装置概述挖掘机在农田水利以及快速抢修等物料挖掘、搬移方面以及机场、港口、矿山、油田、城乡建设中得到了充分的利用,发挥了其他机械不可替代的关键作用。

前言挖掘机作为一种多功能机械产品，目前被广泛应用于水利工程，交通运输,电力工程和矿山采掘等机械施工中。

它能在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快工程建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。

近年从国内情况来看,我国的挖土机市场90％被外国独资或合资企业垄断，我国挖土机行业整体发展水平较国外缓慢，在挖土机液压系统方面的理论还相对国外比较薄弱。

国内大部分挖土机企业在挖土机液压系统传统技术方面的研究具有一定基础，但由于采用传统液压系统的挖土机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差,因此采用传统液压系统的挖土机在国内市场上基本失去了竞争力。

液压系统是挖土机的核心部分，通过挖土机液压系统设计计算优化能有效的提高挖土机性能，本挖土机具有工作可靠、结构简单、性能好、成本低、效率高等特点。

我国是一个发展中国家,在辽阔的国土上正在进行大规模的经济建设，这就需要大量的土石方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要的一类土石方施工机械。

因此，可以肯定液压挖掘机的发展空间很大.可以预见，随着国家经济建设的不断发展,液压挖掘机的需求量将逐年大幅度增长.今后几年我国液压挖掘机行业将会有一个很大的发展，液压挖掘机的年产量将会以高于20%的速度增长。

本设计根据给定的工作要求进行工况分析，以确定系统的主要参数，对液压系统的基本回路的方案进行分析，拟订液压系统原理图；选择液压元件并进行液压系统的性能验算，最后完成工作图,编制技术文件。

希望本设计能为从事液压工作的人员献上微薄之力！摘要液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的土方机械。

液压挖掘机利用液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，具有许多优点。

它对液压系统的设计提出很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。

因此,对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。

在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结.本次毕业设计课题是挖掘机液压系统的设计。

目录1绪论 (3)1.1课题背景及目地 (3)1.2国内外研究状况 (3)1.3 课题研究方法 (4)1.4 论文构成及研究内容 (4)2总体方案设计 (4)2.1 工作装置构成 (5)2.2 动臂及斗杆地结构形式 (6)2.3 动臂油缸与铲斗油缸地布置 (7)2. 4 铲斗与铲斗油缸地连接方式 (7)2.5 铲斗地结构选择 (8)2.6 原始几何参数地确定 (9)3 工作装置运动学分析 (9)3.1 动臂运动分析 (10)3.2 斗杆地运动分析 (11)3. 3 铲斗地运动分析 (12)3.4 特殊工作位置计算： (16)4基本尺寸地确定 (19)4.1 斗形参数地确定 (19)4.2 动臂机构参数地选择 (19)4.2.1 α1与A点坐标地选取 (19)4.2.2 l1与l2地选择 (20)4.2.3 l41与l42地计算 (20)4.2.4 l5地计算 (20)4.3 动臂机构基本参数地校核 (22)4.3.1 动臂机构闭锁力地校核 (22)4.3.2 满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩地校核 (24)4.3.3 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩地校核 (25)4.4 斗杆机构基本参数地选择 (25)4.5 铲斗机构基本参数地选择 (27)4.5.1 转角范围 (27)4.5.2 铲斗机构其它基本参数地计算 (27)5工作装置结构设计 (29)5.1斗杆地结构设计 (29)5.1.1 斗杆地受力分析 (29)5.1.2 结构尺寸地计算 (38)5.2动臂结构设计 (40)5.2.1第一工况位置 (40)5.2.2 第二工况位置： (45)5.2.3内力图和弯矩图地求解: (48)5.3 铲斗地设计 (53)5.3.1铲斗斗形尺寸地设计 (53)5.3.2铲斗斗齿地结构计算： (54)5.3.3 铲斗地绘制： (54)6 销轴与衬套地设计 (56)6.1 销轴地设计 (56)6.2 销轴用螺栓地设计： (56)6.3 衬套地设计： (57)7 总结 (57)参考文献 (58)致谢 ............................................... 错误!未定义书签。

单斗液压挖掘机总体及工作装置的设计1导言1.1设计主题的意义我国是一个发展中国家，在广袤的土地上从事大规模的经济建设，需要大量的土方工程机械为其服务，而液压挖掘机是土方工程机械中最重要的一种。

因此，可以肯定的是，液压挖掘机有很大的发展空间。

可以预见，随着国民经济建设的不断发展，液压挖掘机的需求将逐年大幅增长。

未来几年，中国液压挖掘机行业将有较大发展，液压挖掘机年产量将增长20%以上。

自1997年以来，中国挖掘机市场进入快速发展期。

与2000年相比，中国挖掘机的产销量分别增长了55%和56%。

截至2002年8月底，中国挖掘机的销量已经超过13000台，超过了2001年的销量。

显然，挖掘机是整个工程机械行业发展最快的车型之一。

挖掘机最重要的是工作装置的设计。

由于挖掘机的工作装置最能体现机器的工作能力和工作寿命，因此设计工作可靠、性能良好、成本低、效率高、维修和使用方便的工作装置就显得尤为重要。

1.2国外液压挖掘机的发展趋势和研究现状早在设计液压挖掘机工作装置时，设计人员通过类比、查表、理论计算初步确定性能参数后，仍需花费大量时间分析设计的合理性，计算量大。

而且在设计过程中，大多选取几个特殊位置进行复核计算，精度当然较低。

如今，计算机在机械设计中得到了广泛的应用，挖掘机工作装置的设计也得到了迅速的发展。

关于液压挖掘机工作装置CAD软件的研究已经很多。

1.2.1国外液压挖掘机的发展趋势和研究现状挖掘机在国外有着悠久的生产历史，液压挖掘技术的不断成熟带动了挖掘机的全面发展。

德国是世界上最早开发和研究挖掘机的国家。

1954年和1955年，德国DeMark公司和Liebohr公司分别研制出全液压挖掘机。

美国是继德国之后声场挖掘机历史最长、数量最多、品种最多、技术水平领先的国家。

日本的挖掘机制造业是在二战后发展起来的，其主要特点是在引进消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的。

中国液压挖掘机生产的后起之秀。

单斗挖掘机正铲的工作原理
单斗挖掘机是一种常见的工程机械设备，广泛应用于建筑、道路施工和矿山开采等领域。

其工作原理主要涉及铲斗的工作机构和液压系统。

1. 铲斗工作机构：
单斗挖掘机的铲斗工作机构主要包括斗杆、斗臂、铲斗等部分。

斗杆通过连接设备的主机和斗臂之间，可以实现对斗臂的升降和旋转。

斗臂则可实现对铲斗的伸缩和翻斗。

铲斗的设计使其具备捡取、挖掘和卸载物料的功能。

2. 液压系统：
单斗挖掘机的液压系统为其提供动力，主要包括液压泵、液压缸、液压阀等部分。

液压泵通过泵送液体（常为油）为整个液压系统提供所需的动力。

液压泵将液体压力转化为机械能，驱动液压缸实现铲斗的升降、旋转、伸缩和翻斗等功能。

液压阀则负责控制液压系统中的液体流动方向、流量和压力等参数。

工作原理概括为：通过液压泵将液体压力转化为机械能，并通过液压系统将这种机械能传递到铲斗工作机构，使其实现升降、旋转、伸缩和翻斗等动作，从而实现挖掘、装载和装卸物料的功能。

第一章绪论1. 1 液压挖掘机的组成、分类、作用和特点挖掘机由转台及转台上部机构、底架及行走系、与工作装置等三大部分构成。

转台上布置了发动机、主轴泵及驾驶室等，经由回转滚盘装在底架之上。

工作装置的动臂铰支于转台上。

转台可绕底架的垂直面内绕其铰点作一定的转动。

它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，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并开始下一次的作业。

因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。

【7】液压挖掘机的分类有很多种：根据行走装置传动型式分：全液压式，半液压式；根据不同的行走系分：履带式、轮胎式、汽车式和悬挂式；根据主要用途和工作装置的不同分：通用型和专用型；根据工作装置的结构不同分：铰接式和伸缩臂式等。

挖掘机械在建筑机械发展中占有很大比重和重要的地位，是重点发展的机械品种之一、尤其是中小型、通用的单斗挖掘机不仅用于土石方的挖掘工作，而且通过工作装置的更换，还可以用作起重、装载、抓取、打桩、钻孔等多种作业，它在各种工程施工中用途更大，已成为机械化施工中广泛使用的不可缺少的机械设备。

由于液压挖掘机具有质量小，挖掘力大，工作平稳，效率高，操纵灵活，机动性好等优点，单斗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，因此，与机械传动相比有许多优点：能无级调速且调速范围大(最高与最低速度之比可达1000：1)；能得到较低的稳定转速(采用柱塞式油马达，稳定转速可低到1转／分)；快速作用时，液压元件产生的惯性较小，并可作高速反转(电动机回转部分的起动力矩比其工作力矩大50％，而油马达则不大于5％)。

加速中等功率电动机需1秒钟到数秒钟，而加速油马达只需0.1秒；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。

单斗液m液压挖掘机斗齿切削力为12～压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力高30％左右(如：1.0315吨，而同级机械传动挖掘机只有10吨左右)。

正铲液压挖掘机工作装置构型综合与优化设计正铲液压挖掘机是一种广泛应用于工程施工和矿山开采中的重型机械设备。

它主要由工作装置、驱动装置和控制装置组成。

工作装置是挖掘机的核心部件，对挖掘机的性能和效率有着重要影响。

工作装置由起降臂、铲斗和斗杆等部件组成。

其结构设计直接影响挖掘机的工作性能、稳定性和精度。

因此，对于正铲液压挖掘机工作装置的构型综合与优化设计具有重要的研究意义。

目前，正铲液压挖掘机工作装置的构型设计主要遵循以下原则：一是结构简单、紧凑，以提高挖掘机的工作效率；二是工作装置的刚度要足够高，以确保挖掘机在工作时的稳定性；三是铲斗的容积要足够大，以提高挖掘机的装载能力。

为了实现正铲液压挖掘机工作装置的优化设计，工程师们采用了多种方法。

首先，他们运用计算机辅助设计软件，通过建立三维模型和进行数值模拟，对不同构型进行仿真分析，以找出最优的设计方案。

其次，他们进行了大量的实地试验，通过对挖掘机在实际工作中的表现进行观察和测量，不断改进设计方案。

最后，他们还参考了现有的正铲液压挖掘机工作装置的设计经验，吸取其优点，并加以改进。

在正铲液压挖掘机工作装置构型综合与优化设计中，还需要考虑一些重要的因素。

首先是挖掘机的工作环境。

挖掘机主要应用于土方工程和矿山开采等领域，其工作环境十分恶劣，包括高温、低温、潮湿、粉尘等。

因此，在工作装置的设计中需要考虑抗腐蚀、防尘和防水等措施。

其次是挖掘机的工作负荷。

挖掘机在工作时需要承受巨大的力和冲击。

工作装置的结构必须具有足够的强度和刚度，以保证其在工作时的稳定性和可靠性。

另外，挖掘机的作业效率也是需要考虑的因素。

设计者需要根据挖掘机的作业要求和材料特性，合理确定起降臂的长度和角度，以及铲斗的形状和容积，以提高挖掘机的作业效率。

通过对正铲液压挖掘机工作装置的构型综合与优化设计的研究，可以提高挖掘机的工作效率、稳定性和精度。

在未来的研究中，可以进一步探索新的设计思路和方法，以提高挖掘机的性能和适应性，满足不同工作条件下的需求。

机械原理课程设计说明书设计题目正铲液压挖掘机工作装置设计院（系、部）工业设计专业25010801班设计者宁维宁彭丹陈冬指导教师张伟社2010年12月31日目录一、设计题目 (1)1-1机构简介 (1)1-2设计数据 (2)二、设计内容 (2)2-1铲斗运动机构设计 (2)2-2工作装置运动分析 (5)2-2-1分析动臂运动规律 (8)2-2-2分析斗尖V的运动规律 (9)2-3 工作装置受力分析 (9)2-3-1 机构受力分析 (9)2-3-2 油缸油的压力变化分析 (13)三、验算结果 (14)四、设计总结 (20)五、参考文献 (21)一、设计题目正铲液压挖掘机工作装置设置1-1机构简介正铲挖掘机工作装置运动简图如图1-1所示，由动臂1，斗杆2，铲斗3，铲斗油缸4，动臂油缸6，斗杆油缸5,等组成。

在机构的运动过程中，要求铲斗在其工作空间实现挖掘抬起、倾倒等各种各样的位置。

铲斗做水平面运动，有三个自由度，铲斗运动靠铲斗油缸通过连杆机构实现。

铲斗油缸4的一端与斗杆在G 点铰接，另一端与三角架NHM 在M 点铰接。

铲斗油缸伸缩时，三角架NHM 绕斗杆上N 点转动，借以完成破碎、装斗、调整切削角、卸载等动作。

动臂和动臂油港在转台上的铰接点分别为C 和A ，他们的位置用直角坐标表示如图1-2所示。

D 、E 分别为斗杆油缸与动臂和斗杆的铰接点。

图1-1 机构简图(动臂1，斗杆2，铲斗3，铲斗油缸4，斗杆油缸5，动臂油缸6，三角架7)1-2 设计数据 各个杆的长度参数如图1-2所示，油缸参数如下所示。

图1-2 尺寸图表1-1 油缸参数油缸名称工作压力/MPa 全缩时长度/mm全伸时长度/mm 行程/mm动臂油缸28 1580 2660 1080斗杆油缸28 1600 2660 1060铲斗油缸28 1400 2320 920二、设计内容2-1 铲斗运动机构设计（1）分析提示：铲斗运动机构可视为六杆机构，斗杆可被视为机架，油缸、三角架MHN、连杆HK及铲斗为活动构件。

正铲液压挖掘机工作装置尺寸设计与验证方法作者：匡成骁来源：《科技创新导报》2013年第06期摘要：该文综合三种方法：根据挖掘机样机比拟法算出大体尺寸、根据给定的工作参数来分析极限位置的几何关系和根据水平推压力的大小与力矩平衡方程，来设计挖掘机工作装置的尺寸。

然后在Soildworks中进行实体建模，通过装配后再与生产的样机进行比较，以验证的该分析方法的正确性。

关键词：挖掘机工作装置比拟法极限位置 Soildworks实体建模中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-02一方面随着我国国民经济、建筑机械和生产力水平的不断提高，正铲液压挖掘机在大型土木建设、大自然改造事业中与反铲挖掘机一样得到了广泛应用。

另一方面CAE技术在机械设计及制造中不断发展。

该技术能够提高设计效率，缩短开发周期有很大的帮助，同时又能大大提高产品的质量，可靠性和稳定性。

最终对整个机械行业的产品竞争力产生极大的影响.本文便是以比拟法、极限位置分析和据水平推压力三种方法结合计算出挖掘机的尺寸，然后在SOILDWORKS中进行实体建模，再与样机进行比较，以验证该分析方法的正确性。

如图1，液压正铲挖掘机的工作装置主要由1-动臂，2-斗杆，3-铲斗，4-动臂油缸，5-斗杆油缸，6-铲斗油缸组成。

如图1所示。

为了方便工作装置的计算，现把工作装置简化为图2，并建立了以水平地面为横坐标，回转中心线为纵坐标的坐标系，各个绞点符号分别由A、B、C、D、E、G、H、I、J表示，θ1、θ2、θ3分别表示动臂相对水平面的转角，动臂和斗杆的夹角，斗杆和铲斗之间的夹角。

得到液压正铲挖掘机工作装置机构简图。

如图2所示。

1.1 比拟法确定工作装置部分尺寸比拟法：是借助于已有的大型液压正铲挖掘机的设计数据，以相似理论为基础，确定要设计的尺寸。

相似原理是通过对样机进行放大或缩小以及模型试验来确定实物结构参数、系列化产品的理论基础。

1 绪论1.1 设计背景及目的液压挖掘机是一种广泛用于建筑、公路、铁路、水利、采矿等建设工程的土方机械。

液压挖掘机利用液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，具有非常多得优点，而且只要加装不同的辅助设备即可用来抓物，钻孔，推土，清沟，破碎等作业，是工程机械的一个重要品种，能适应各种恶劣环境状况，大大提高了工作效率，改善了人的劳动强度。

为整个社会的快速发展作出了巨大的贡献。

随着技术日渐成熟，国内外一些知名的工程机械制造企业发展均比较迅速。

例如，国外的有日本小松、德国力士乐、OK公司等，国内有徐工集团、中联重科、三一集团、广西柳工集团、龙工集团、山河智能等企业。

工程机械制造业的迅速发展不仅在专业方面做出了卓越贡献，同时也为整个社会的建筑风貌、自然救灾等方面作出了伟大的贡献。

如5.12汶川大地震发生后，三一重工派出数十台挖掘机日夜兼程赶往灾区用于道路疏通，伤员抢救，以及灾后重建工作等。

我国是一个发展中国家，在辽阔的国土上正在进行大规模的经济建设，这就需要大量的土石方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要的一类土石方施工机械。

因此，可以肯定液压挖掘机的发展空间很大。

可以预见，随着国家经济建设的不断发展，对挖掘机的需求量将逐年大幅度增长。

今后几年我国液压挖掘机行业将会有一个很大的发展，其年产量将会以高于20％的速度增长。

从1967年到1977年间，国内通过数年坚持不懈的努力，克服了重重困难，终于有少量几种规格的液压挖掘机产品获得初步成功，当时有上海建筑机械厂的WY100；贵阳矿山机器厂的W4-60；合肥矿山机器厂的WY60；长江挖掘机厂的WY160和杭州重型机械厂的WY250等，到现在，短短的40多年，挖掘机的产量和销量有了飞跃式的提高。

尤其是在十一五期间，我国内品牌的液压挖掘机发展迅速，在国内的市场占有率也快速提高，如表1。

表1.1 2006-2010年各品牌挖掘机市场占有率(%)由表可见，国内品牌的挖掘机市场占有率迅速提高。

机械设计（机械设计基础）之宇文皓月创作----课程设计说明书设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计学院：机械工程系专业：机械制造工艺与设备班级：机制一班学号：20137709姓名：刘鑫指导老师：温亚莲完成日期：2016年9月2日机械原理设计任务书学生姓名刘鑫班级机制一班学号 20137709设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计一、设计题目简介正铲挖掘机的铲土动作形式。

其特点是“前进向上，强制切土”。

正铲挖掘力大，能开挖停机面以上的土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些，其工作装置直接决定其工作范围和工作能力。

二、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A 4.2m3 3.05m 20.6m 16.3m 11.2m三、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，确定工作机构各个杆件的长度；3、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。

4、编写设计计算说明书，其中应包含设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。

5、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。

完成日期：2016年9月2日指导教师温亚莲摘要正铲挖掘机的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的分歧分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种，前者生产率较高。

正铲的生产率主要决定于每斗作业的循环延续时间。

为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合。

尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。

反铲的开挖方式可以采取沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采取沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距离沟较远的地方，如装车则回转角度较小，但边坡不容易控制.单斗液压挖掘机主要由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等组成。

摘要：挖掘机械是工程机械的一种主要类型，是土石方开挖的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。

各种类型的挖掘机已广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程，农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等的机械化施工中。

据统计，工程施工中约有60%以上的土石方量，系有挖掘机来完成。

挖掘机械在工程机械发展中占有很大比重和重要的地位，据统计约占工程机械总产值的25%~30%，是重点发展的机械品种至之一，尤其是中小型、通用的单斗挖掘机不仅用作土石方的挖掘机械，而且通过工作装置的更换，还可以用作起重、装载、抓取、打桩、钻孔等多种作业。

通用挖掘机占挖掘机总数的90%以上，他在工程施工中广泛应用，已成为不可缺少的重要机械设备。

我国挖掘机械近年来虽有很大发展，但从产品的种类、数量和技术性能以及制造质量上还不能满足现在发展的要求，迅速的提高挖掘机的设计、研究和生产的技术水平是当前挖掘机械行业所面临的迫切而艰巨的任务。

关键字：挖掘机、单斗挖掘机、多斗挖掘机、液压式挖掘机、机械式挖掘机、正铲、反铲、拉铲、抓铲英文关键字：boom(动臂)、drive gear（驱动轮）、arm cylinder seals（斗杆缸油封）、hydraulic excavator（液压挖掘机）、bucket excavator（多斗挖掘机）、wheel excavator（斗轮式挖掘机）、excavating machinery（挖掘机械)、diag hne (索斗挖掘机)、bucket（铲斗）、hydraulic cylinder（液压缸）、one-way throttle valve（单向节流阀） Reducer（减速器）、bearings（轴承）、bearing bracket（轴承支座）、coupling （联轴器）挖掘机械概述挖掘机械是用来进行土、石方机械的一种工程机械，按作用特点分为周期性作业式和连续性作业式两种，前者是单斗挖掘机，后者是多斗挖掘机。