1m3单斗液压挖掘机总体及工作装置设计说明书

板滞安排（板滞安排前提）之阳早格格创做----课程安排证明书籍安排题目：正铲单斗液压掘掘机处事拆置安排教院：板滞工程系博业：板滞制制工艺与设备班级：体制一班教号：20137709姓名：刘鑫指挥教授：温亚莲完毕日期：2016年9月2日板滞本理安排任务书籍教死姓名刘鑫班级体制一班教号 20137709安排题目：正铲单斗液压掘掘机处事拆置安排一、安排题目简介正铲掘掘机的铲土动做形式.其特性是“前进进与，强制切土”.正铲掘掘力大，能开掘停机里以上的土，宜用于开掘下度大于2m的搞燥基坑，正铲的掘斗比共当量的反铲的掘掘机的斗要大一些，其处事拆置间接决断其处事范畴战处事本领.二、安排数据与央供题号铲斗容量掘掘深度掘掘下度掘掘半径卸载下度A 4.2m3三、安排任务1、画制掘掘机处事机构的疏通简图，决定机构的自由度，对付其启动油缸正在几种工况下的疏通画制疏通线图；2、根据所提供的处事参数，对付掘掘机处事机构举止尺度概括，决定处事机构各个杆件的少度；3、用硬件（VB、MATLAB、ADAMS大概SOLIDWORKS等均可）对付真止机构举止疏通仿真，并画出输出机构的位移、速度、战加速度线图.4、编写安排估计证明书籍，其中应包罗安排思路、估计及疏通模型建坐历程以及效验分解等.5、正在板滞前提真验室应用机构概括真验拆置考证安排规划的可止性.完毕日期：2016年9月2日指挥西席温亚莲纲要正铲掘掘机的开掘办法根据开掘门路与汽车相对付位子的分歧分为正背开掘、侧背拆土以及正背开掘、后圆拆土二种，前者死产率较下.正铲的死产率主要决断于每斗做业的循环延绝时间.为了普及其死产率，除了处事里下度必须谦脚拆谦土斗的央供除中，还要思量开掘办法战与运土板滞协共.尽管缩小回转角度，收缩每个循环的延绝时间. 反铲的开掘办法不妨采与沟端开掘法，即反铲停于沟端，退却掘土，背沟一侧弃土大概拆汽车运走，也可采与沟侧开掘法，即反铲停于沟侧，沿沟边开掘，它可将土弃于距离沟较近的场合，如拆车则回转角度较小，然而边坡阻挡易统制.单斗液压掘掘机主要由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等组成.铲斗的斗底利用液压缸去开开，斗杆是铰接正在动臂的顶端，由单效用的斗杆油缸使其转化.斗杆油缸的一端铰接正在动臂上，另一端铰接正在斗杆上.其铰接形式有二种：一种是铰接正在斗杆的前端；另一种是铰接正在斗杆的尾端.动臂均为单杆式，顶端呈叉形，以便与斗杆铰接.动臂有单节的战单节的二种.单节的动臂有少短二种备品，可根据需要调换.单节的动臂则由上、下二节拼拆而成，根据拼拆面的分歧，动臂的处事少度也分歧.一、正铲掘掘机自由度估计根据下图所示的掘掘机结构简图，咱们不妨对付其自由度举止估计.通过对付机构简图的分解，不妨瞅出该处事拆置有11根杆件组成,其中包罗15个疏通副，即12个转化副，3移动副，共包罗15个矮副，不下副.自由度估计： n=11,PH=0,PL=15则：F=3n-2PL-PH=3*11-2*15-0=3二、 掘掘机参数估计、液压掘掘机基础参数液压掘掘机基础参数主要包罗： 尺度斗容量：指掘掘Ⅲ级大概稀度为的土壤时，代表该掘掘机备案的一种铲斗聚集容量.最大掘掘下度：指处事拆置处于最大肆降下度时，铲斗齿尖到停机大天的距离.最大掘掘半径：正在掘掘机纵背核心仄里上铲斗齿尖离呆板回转核心的最大距离.最大掘掘深度：指动臂处正在最矮位子，且斗齿尖，铲斗与斗杆铰面，斗杆与动臂铰面三面正在共一条笔直停机里的直线上，斗齿尖与停机里的最大距离.最大卸载下度：指动臂、斗杆处于最大肆降下度，翻转卸土，斗齿尖处正在最矮位子时，斗齿尖到停机里的距离.2.2、液压正铲掘掘机处事拆置机构疏通教分解动臂AD 的位子由动臂油缸MC 的少度1L 决断.1L 战动臂火仄倾角1θ之间的关系可用下式表示()112175272521cos 2a a l l l l L +--+=θ （2-1）11257212527112cos a a l l L l l -+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=∴-θ（2-2）从上式瞅出，a 11-a 2对付1θ的效用很大，当动臂战油缸的参数稳定时，a 11-a 2愈大动臂提下下度愈小.设动臂油缸齐缩时动臂倾角为min 1θ；动臂油缸齐伸时动臂倾角为max 1θ，那么正在动臂油缸由齐缩到齐伸，动臂总的转角为：min 1max 11θθϕ-=（2-3）为了便于运算战比较，仍用无果次比率系数σρλ、、表示，即min 1max 1L L =λ；5min 1l L=ρ；57l l =σ（2-4）代进式(2—2)不妨得到动臂油缸齐缩战齐伸时相映的动臂倾角值112221min21cos a a -+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=-σρσθ（2-5） 1122221max21cos a a -+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-σρλσθ（2-6） 而动臂总转角为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=--σρσσρλσϕ21cos 21cos 22122211（2-7） 动臂油缸伸缩时对付A 面的力臂也正在不竭变更，由图可知DAM sin 5711∠⋅⋅=l l L e⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⋅=∴5721255715712arccos sin l l L l l L l l e （2-8） 隐然，当AB ⊥AC 时1e 有最大值，此时5max 1l e =，而相映的油缸少度1L '为：1L '=2527l l - 此时的动臂倾角为11275arccos a a l l-+='θ若用动臂油缸相对付力臂（即)max11e e 去表示油缸少为1L 时的力臂，则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=5721252717max112arccos sin l l L l l L l e e （2-9） 综上所述，动臂倾角1θ、力臂1e 战max11e e 皆是1L 的参数.斗杆DJ 的位子由动臂AD 战斗杆油缸BE 的少度2L 所决断.然而是动臂的位子随动臂油缸的伸缩而变更，为了便于分解斗杆油缸对付头杆位子的效用，假定动臂不动，那么斗杆铰面D 以及斗杆油缸正在动臂上的铰面B 便不妨瞅动做牢固基座.2L 与斗杆、动臂夹角2θ之间的关系为()34298292822cos2a a l l l l L -+⨯⨯-+=θ （2-10） 349822292822arccos a a l l L l l +-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅-+=∴θ（2-11）设斗杆油缸齐缩时动臂与头杆的夹角为min 2θ，齐伸时为max 2θ，那么当油缸由齐缩到齐伸时斗杆总的转角为min 2max 22θθϕ-=（2-12）斗杆油缸的效用力臂2e 也是可变值.BED sin 9822∠⋅⋅=l l L e)2csc sin(982229282982l l L l l os ar L l l e -+⋅=∴（2-13）当MC ⊥AD 时2e 有最大值，即92l e =，那时相映的油缸少度2L '为 29282l l L -='相映的斗杆转角为43892arccos a a l l-+='θ（2-14） 用斗杆油缸相对付力臂值（即max22e e ）去表示2L 时的力臂，则)2cos sin(9822292828max 22l l L l l arc L l e e ⋅⋅-+=∴（2-15） 斗齿尖的几种特殊处事位子的估计上图为正铲掘掘机做业范畴图，以下为几种特殊处事位子的分解与估计. （1）最大掘掘半径(图2.5)那时C 、Q 、V 正在共一条火仄线上，而且斗杆油缸齐伸，即max 22θθ=；⎪⎪⎭⎫⎝⎛==max 2max 442251sin arcsin θθl l a ；283a +=πθ 最大掘掘半径为C X l l R ++=3max 44max （2-16）最大掘掘半径处的掘掘下度相映为C R Y H =图 2.5 最大掘掘半径（2）最大掘掘下度(图2.6)图 2.6 最大掘掘下度最大掘掘下度为：()C Y l a l H ++-=326max 1max 44max 2sin θ（2-17）最大掘掘下度时的掘掘半径()26max 1max 442cos a l X R C H -⋅+=θ（2-18）如果最大转斗角度不克不迭包管GJ 笔直进与，即21max 325θθπθ--<，则应根据本质的max 3θ值供相映的掘掘下度，如图左上角所示，此时()C Y l a l H +-+++-=πθθθθ2sin )sin(max 3max 2max 1326max 1max 442（2-19）（3）最大掘掘深度(图2.7)那时动臂油缸齐缩，头杆DG 及GJ 笔直背下，即min 11θθ=，min 122θπθ-=，πθ=3.最大掘掘深度为32min 11max 2sin l l l Y H C --++θ（2-20）最大掘掘深度时的掘掘半径为min 111cos θl X R C H =（2-21）倘使min 1max 22θπθ-<，则DG 不可能呈笔直状态，此时必须根据简直情况估计本质的最大掘掘深度.图 2.7 最大掘掘深度（4）停机仄里上的最大掘掘半径(图2.8)那是指斗齿靠正在大天上、斗杆局部伸出而斗底仄里与停机仄里仄止的工况.此时QV 线与大天接成ζ角(ζ角是一个要害的铲斗参数，安排中应严肃决定)，根据那种定义可知图 2.8 停机仄里上的最大掘掘半径=2θmax 2θ；a a -=261θ，其中⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=max 443sin arcsin ll Y a C ζ（2-22） 1max 232θθζπθ---=（2-23）那时停机仄里上的最大掘掘半径为ζcos cos 3max 44max l a l X R C O ++=（2-24）如果1max 232θθζπθ---<，则必须根据简直情况沉新举止估计.2.3 处事拆置各部分基础尺寸估计决定现从动臂与转台铰面A 出收，借帮各相关转角θ 1、θ 2战θ 3，建坐各关键面B 、C 、D ……V 的位子模型，得到各关键面的坐标，进而为下一步的分解提供依据.以大天为横坐标，以回转核心线为纵坐标，建坐直角坐标系XOY 如图2.4所示. 2.3.1 动臂与仄台铰面位子A 的决定对付由反铲掘掘机改拆的正铲去道，动臂铰座往往便沿用反铲动臂的铰座.普遍，铰座皆正在转台核心的前圆(C X >0)，近去庞大正铲的铰座却有背后移(靠拢回转核心线)的趋势.安排时，C Y 、C X 可用类比法决定大概根据体味统计公式收端采用，正在此前提上推荐以履戴轴距L 为基础少度.履戴轴距L3)7.2~3.2(q L =~3.66 （2-25）式中：q 为斗容量，3m2.3.2 动臂及斗杆少度的决定共上转斗半径321l l l 、、也可用类比法决定大概根据体味统计公式收端采用，正在此前提上推荐以履戴轴距L 为基础少度.2.3.3 机构转角范畴决定正在动臂少度1l 、斗杆少度2l 、转斗半径3l 及动臂油缸与仄台铰面C 收端决定之后，根据掘掘机处事尺寸的央供利用剖析法供各机构转角范畴，其中包罗动臂机构转角、斗杆机构转角、铲斗机构转角范畴. (1) 斗杆转角max 2θ战min 2θ的决定max 2θ可根据最大掘掘半径max R 决定.最大转角max 2θ应当不小于⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+≥2123max 2221max22)(arccos l l X l R l l C θ (2-26)max 2θ根据停机仄里上最小掘掘半径max O R 决定.所谓停机仄里上的最小掘掘半径依分歧处事情况而同，有的是指铲斗最靠拢肌体(斗杆油缸齐缩)、斗齿尖处于停机仄里而斗底仄止于大天，正在那种状态下开初掘掘时的掘掘半径.图 2.9 停机仄里上的最小掘掘半径如图所示，那时斗杆战动臂间的夹角为最小(min 2θ)，铲斗与大天相接成ζ角(睹图)，而斗齿尖V 到回转核心的距离为min O R .从几许推导可知222max 44)()(C Q Q C X X Y Y l -+-= (2-27)式中Q X 、Q Y ——Q 面的横坐标战纵坐标，且Q X =ζcos 3min l R O -；ζsin 3l Y Q = (2-28)()23min 2sin 32min 44cos )(C O C X l R l Y l --+-=∴ζζ (2-29)min 22122212min 44cos 2θl l l l l -+= (2-30)戴进式（2-29）整治后得⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅-----+≤213min 232221min22cos ()sin (arccos l l X l R l Y l l C O C ζζθ (2-31)有些掘掘机不央供铲斗火仄铲进，而往往以一定的后角1γ开初掘掘，果而最小掘掘半径min O R 大概比前一种小，加大了停机仄里上的掘掘范畴.正在那种情况下QV 与火仄的夹角将删至1γζϕ+=.根据有的资料介绍，为使铲斗简单切人土壤，开初掘掘时的后角1γ可与为︒45～︒50.该当注意不管铲斗开初掘掘时的位子怎么样，必须以不碰碰履戴板为准则，果此∆++⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥ζδcos cos 123min l R L R O （mm ） (2-32)式中 R ——启动轮半径(毫米)；δ——履戴止走拆置火仄投影的对付角线与纵轴问的夹角；∆——思量转斗机构连杆拆置及余隙正在内的间隙，收端安排时可与∆＝200～400毫米.(2) 动臂倾角max 1θ战min 1θ的决定动臂最大倾角max 1θ根据最大掘掘下度max 2H 决定.由图2.5并根据式(2—17)战(2—18)通过运算得出⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--≥max 44max 22max 443max 2max1sin arcsin arcsin l l l Y l H Cθθ (2-33) 果此先决定max 2θ后，再根据max 2H 可得max 1θ.动臂最小倾角min 1θ.根据最大掘掘深度max 1H 决定.由图战式(2—20)得到⎪⎪⎭⎫⎝⎛++-≤132max 1min1arcsin l l l Y H C θ (2-34) （3）铲斗转角max 3θ战min 3θ的决定转斗机构应谦脚以下央供：谦脚处事尺才的央供，即包管所央供的max 2H 、max 1H 、max R 、min O R 等参数不妨真止；掘掘历程中不妨安排切削后角，包管处事仄常举止，谦脚掘掘历程中断时的转斗央供及卸载央供.A.3θ必须谦脚处事尺寸的央供为谦脚掘掘下度央供(图)max 2max 1max 325θθπθ--≥ (2-35)为谦脚最大掘掘半径央供(图2.4)max44max2128max 3sin arcsinl l a θππθ+=+≥ (2-36)为谦脚停机仄里上最小掘掘半径央供(图2.8)21228max 3∠+∠++≥a πθ (2-37)⎪⎪⎭⎫⎝⎛=min 2min 44128sin arcsin θll a (2-38) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∠min 448min44sin arcsin arcsin 1l l Y lY Y C QC ζ (2-39) ζπ-=∠22ζπζθθ-+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥∴min 443min 2min 441max 3sin arcsin sin arcsin ll Y l l C (2-40) 为谦脚最大掘掘深度央供(图2.6)min 3θ≤πB ．3θ必须谦脚掘掘历程中安排切削后角的央供掘掘历程中随着铲斗背前疏通，斗的切削后角1γ也不竭爆收改变，为了包管掘掘仄常举止，斗底不该与大天爆收摩揩，即1γ＞0，为此必须使（图2.10）2min 31π≤a又3129max 3a a ++=πθ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=312329sin arcsin a l l a ∴313123max 3sin arcsin a a ll +⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πθ 将式231πζ≤+a 代进，整治后得到⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-≤ζζπθcos arcsin 2323max 3l l (2-41)图 2.10 铲斗疏通目标与切削后角C ．3θ必须谦脚卸载央供由于前卸式铲斗战底卸式铲斗的卸载要领分歧，果此对付转角的央供也分歧. 为使卸斗于洁，前卸式铲斗正在卸土时央供斗底与火仄相接成︒45以上的角(睹图2.11a)，果此从图2.5及式(2—35)得⎪⎭⎫ ⎝⎛+----≤ζππθθπθ4225max 2max 1min 3 ∴ζθθπθ---≤max 2max 1min 347(2-42)图 2.11 分歧卸载办法对付3θ的效用底卸式铲斗卸土时可假定斗的后壁靠近于笔直枚态，斗底按近于火仄位子(图2.11b)，果此央供ζπθθπθ----≤225max 2max 1min 3∴ζθθπθ---≤max 2max 1min 32 (2-43)对付比(2—42)战(2—43)可睹，从卸土央供去瞅，底卸式铲斗的转角可比前卸式少︒45安排.D ．3θ必须谦脚掘掘中断时铲斗后倾的央供为了使铲斗正在掘掘中断时摆脱处事里并正在提下历程中使斗内物科不致洒降，铲斗必须后倾.根据拆裁机的央供铲斗拆谦后斗底必须进与倾斜︒≈'40θ～︒45角， 隐然那时QV 连线也必定进与翘起θ'θζπθ'+-++≥)(28max 3a aζπζθθ-+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥∴min 443min 2min 441max3sin arcsin sin arcsin ll Y l l C +θ' (2-44) 根据以上所得的公式(2—35)～(2—44)便不妨收端决定动臂、斗杆、铲斗的转角范畴.然而是供出那些参数后还必须校接所确定的其余处事参数，如最大卸载下度、最大卸载下度时的卸载半径、最大掘掘下度时的掘掘半径等，如不克不迭谦脚则应加以建正.图 2.12 铲斗后倾示企图1AB 战2AB ，则min 11L AB =；max 22L AB =.再假定铰面B 不正在动臂核心线CF 上，且2a FCB =∠(当B 正在CF 线下圆时2a 为“十”，反之为“一”).那么由几许推导不妨供出处事时动臂油缸的起初力臂q e 1战结束力臂c e 1的值：()min 12117min 1211min 15771sin )sin(sin θρθθ+-=+-⋅='=a a la a L l l l e q (2-45) ()max 12117max 1211max 15771sin )sin(sin θλρθθ+-=+-⋅=''=a a la a L l l l e o (2-46) 式中各参数可睹表2—10、2—11及公式(2—57).如果CF 线处于火仄线以下则min 1θ用背值代进.图 2.13 动臂提下机构估计示企图设起初力臂战结束力臂的比值为K ，则()()max 1211min 121111sin sin θθλ+-+-==a a a a e e K oq (2-47) 大概)sin()sin(min 1211max 1211θλθ+-=+-a a Ka a （2-48）展开并整治后得到⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-max 1min 1min 1max1211cos cos sin sin arctanθθλθλθK K a a (2-49) 对付式(2—48)、(2—49)可做如下分解：(1)公式表示了λ、K 、11a 、max 1θ、min 1θ诸值之间存留着一定的依好关系.当其余数值稳定，降矮11a 值则K 值低沉，果而对付上部掘掘有利；当λ、K 稳定，降矮11a 值会使max 1θ加大而min 1θ减小，对付掘下有利.那些皆证明正铲的11a 值应当比反铲的小.然而是如果处事尺寸已定，过多降矮11a 值会对付下部掘掘不利，以至正在下部掘掘时不克不迭提起谦载斗；别的为了包管max 1θ、min 1θ战K ，降矮11a 值便必须加大λ值，加大了油缸路程，对付油缸的宁静性也有效用.所以当决定11a 值时必须周到思量，抽象天给定正铲大概反铲的11a 值是不妥当的.(2)当θ、λ、K 等值牢固，11a 与2a 之间也存留一定的关系，即211a a -为常数.正在反铲上由于需要普及大天以下的掘掘本能，2a 值往往皆是背值.果此加大11a 不妨减小动臂的蜿蜒程度，对付动臂的结构强度有利.而正铲动臂普遍不采与反铲那样大直率的直臂，2a 角主要按油缸正在动臂上的铰接办法而定，偶尔油缸铰正在动留住缘的耳板上(动臂截里不致削强)；偶尔靠二个钟形座铰于动臂二侧(正在单缸规划中常采与)等等，果而2a 角有正有背，然而角度普遍部不大，果此对付11a 的效用也不很大.概括上述二面，提议正在收端安排中先决定动臂结构，初选2a 值，而后根据处事尺寸的需要，正在决定max 1θ、min 1θ前提上按公式(2—49)供合理的11a 值.普遍情况下正铲的11a 值不大搞︒45.(3)λ值主要应从油缸的宁静性出收采用，提议与λ＝1.6～1.7.(4)由于正铲主要掘掘大天以上土，结束力臂不克不迭轻视，故K 值可提议正在0.90～1.14的范畴内采用.安排动臂机构时合理天决定A 、B 、C 三面的位子非常要害.从1ACB ∆战2ACB ∆中(图2.13)还能得到如下关系式()max 12115725272max 1cos2θ+-⋅⋅-+=a a l l l l L (2-50) ()min 12115725272min 1cos2θ+-⋅⋅-+=a a l l l l L (2-51) 用公式(2—4)代进得()max 1211222cos 21θσσρλ+--+=a a (2-52)()min 121122cos 21θσσρ+--+=a a (2-53)令αθ=+-max 1211a a ，βθ=+-min 1211a a 代人上式，解联坐圆程后得到()()()()1214cos 2cos 2cos 2cos 2222222----+-=λλαβλαβλσ (2-54)βσσρcos 212--= (2-55)以上咱们根据动臂转角需要战K 值决定了σ、ρ、β等比率系数战21a 值，果此只消进一步供出7l 、5l 、min 1L 、max 1L 中任一值便不妨供得其余各参数.对付于正铲去道动臂油缸的主要效用是将谦载斗由所有大概掘掘的位子举降到卸载面.而正在最大掘掘半径下举降谦载斗时的提下力矩往往靠近最大值，此时油缸的效用力臂也靠近于最大值max 1e ，且max 1e ＝5l .另一圆里油缸的缸径普遍部依照系列采用，而且还要思量与其余油缸通用等问题，果此缸径不很多采用的余天.基于以上情况不妨正在预先决定油缸数目战缸径的前提下收端采用铰面距离AC(5l ).()ηη⋅⋅⋅∑=⋅=p d n G M s Ml i C 42115 (2-56) 式中 M ——提下力矩，图2—14，()i G M ∑=C M ，即各部分沉量对付C 面的力矩战，其中包罗动臂沉量1G 、斗杆沉量2G 、斗战土壤的沉量3G 、连杆拆置沉量6G 以及油缸沉量4G 、5G 等.收端安排时那些沉量战沉心位子可根据类比法决定； s ——油缸推力， s ＝p d n 411π，其中1n 、1d 分别为动臂油缸数目战缸径；p 是系统的处事压力；η——油缸战铰面的板滞效用，正在收端安排时可与η=0.85.将式(2—110)战(2—111)的截止代人式(2—57)，便能供得其余参数值.动臂机构还必须按以下二种情况举止校核； 1)动筒正在上部大概下部极限位子时的举降本领；2)主要掘掘范畴内掘掘时动臂油缸能提供的关锁本领(借帮电算分离整机掘掘力分解举止).采用斗杆油缸正在动臂战斗杆上的铰面D 战E 并决定斗杆油缸的少度min 2L 战max 2L .如图2—15所示，假设斗杆油缸齐缩战齐伸时的少度为1DE 战2DE ，则1DE ＝min 2L .2DE =max 2L ，对付F 面的相映力臂为q e 2战o e 2.也与比率系数图 2.14 决定提下机构的示企图图 2.15 斗杆机构估计示企图min 2max 2L L =λ；9min 2l L=ρ；98l l =σ则初初与结束力臂比K 为K=()[]()[]43max 2min 29843min 2max 29822sin sin a a L l l a a L l l e e oq +-⋅⋅⋅+-⋅⋅⋅=θθ (2-57) 大概 []()[]43max 243min 2sin )(sin a a Ka a +-=+-θλθ末尾得到⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+max 2min 2max 2min 243cos cos sin sin arctanθθλθθλK K a a (2-58)式中3a 战4a 相映为DF 、FC 的夹角战EF 、FQ 的夹角.若CF 大概FQ 降正在DEF ∆的中侧，则夹角为正，反之为背.果此正在收端安排中如果根据动臂战斗杆的结构形式及铰面的牢固办法预先决定一个角，则可按公式供出第二个角，大概者根据所供的43a a +值分离简直结构情况分别决定各值.估计斗杆机构时提议K 值与0.9～1，以使开初掘掘战掘掘结束时效用力臂大概相共.λ值仍提议与1.6～1.7.共样，由1DFE ∆战2DFE ∆可列出联坐圆程()](cos[243max 29829282max 2a a l l l l L +-⋅⋅-+=θ (2-59) ()](cos[243min 29829282min 2a a l l l l L +-⋅⋅-+=θ (2-60)令αθ=+-)(43max 2a a ，βθ=+-)(43min 2a a ，并将σρλ、、代人上式，解联坐圆程后得到()()()()1214cos 2cos 2cos 2cos 2222222----+-=λλαβλαβλσ (2-61)βσσρcos 212-+= (2-62)所有杆少数据如下： （单位均为mm ） 牢固面坐标：A(1000,5696) M(3000,2696) 杆少：HI=1000 HF=1500 油缸：BE=5168.62EH=5428.97 EH’=4157三、 处事拆置主要部件的强度校核主要结构件的估计主假如指对付斗杆战动臂正在不利工况下举止载荷分解，以估计其资料与结构的强度. 3.1斗杆反铲掘掘机斗杆的强度主要由直矩统制.与以下二个工况位子举止强度校核. 3.1.1 工况一1、动臂位于最矮；2、斗杆油缸效用力臂最大；3、斗齿尖位于铲斗与斗杆铰面战斗杆与动臂铰面连线的延少线上；4、侧齿逢障碍有横背效用力.切背最大掘掘力1W 与决斗杆油缸的关锁力'g P ，与斗杆为断绝体，按力矩仄稳供得：dg d b g l l r G r G l P W +--=234'1式中，d g G G ,——斗杆战铲斗的沉量（吨）；d l l ,2——斗杆战铲斗少（米）；3r ——斗杆沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米）；4r ——铲斗沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米） 与铲斗为断绝体，按力矩仄稳供得铲斗油缸处事力：65721r r r r G l W P d d d ⨯+=式中，2r ——铲斗沉力到铲斗与斗杆铰面的距离（米）；5r ——连杆到铲斗与斗杆铰面的距离（米）； 6r ——连杆到摇杆与斗杆铰面的距离（米）；7r ——摇杆的少度（米）.法6r 背阻力与决于动臂油缸的关锁力'B P ，与所有处事拆置为断绝体，由力矩仄稳供得：'21011(,,)B B A b g d W P r M G G G W r r ⎡⎤=+-⎣⎦∑ (吨) 式中，0r ——切背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）；1r ——法背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）； B r ——动臂油缸效用力到动臂下铰面的力臂（米）；),,(d g b AG G G M∑——处事拆置各个部分对付动臂下铰面的力矩战.铲斗边齿逢障碍时，横背掘掘阻力k W 与决于回转仄台的制能源矩T M ：rM W Tk =(吨) 式中，r ——横背掘掘阻力与回转核心间的距离.按图解法战力仄稳圆程供得斗杆所受效用力.别的，斗杆与铲斗铰面处还效用有k W 战2W 爆收的横背力矩'c M ：22'b W l W M d k c +=Iz式中，b ——铲斗宽（米）.切背掘掘阻力1W 效用于斗边齿，制成对付斗杆的扭矩KP M ：21bW M KP = (吨*米) 按以上效用力分解，做斗杆内力图，包罗轴力N ，斗杆仄里内的剪力x Q 战直矩x M ，斗杆仄里中的剪力y Q 战直矩Y M ，以及扭矩T . 3-2所示：图3-2断里里积为：410180-⨯=F m 2 断里转化惯量：45.810Z I -=⨯41.710Y I -=⨯断里处压应力为：114NFσ==MP 斗杆仄里内剪应力为：120x QFτ==MP图3-3斗杆仄里内蜿蜒正应力：1maxmax 95x ZM y MP Iσ==斗杆仄里中剪应力为：22.7y Q Fτ==MP 斗杆仄里中蜿蜒正应力：2maxmax 63.2y YM Z MP I σ==按杜心薄壁杆件公式估计扭转剪应力：min2ωδτT ==14.7 MP式中，ω——截里中线所围里积m 2min δ——最小壁薄m此时，有附加载荷，斗杆仄安系数与为2，资料16Mn 的伸服极限[]s σ=350MP ，则，许用应力[][]175==ns σσMP最大压应力max 1max max 172x y σσσσ=++=MP <[]σ X 目标最大剪应力1max 34.4x τττ=+=<[]2σ Y 目标最大剪应力2max 17.4y τττ=+=<[]2σ故，强度谦脚.1、动臂位于动臂油缸最大效用力臂处；2、斗杆油缸效用力臂最大；3、铲斗斗齿尖，动臂与斗杆铰面，斗杆与铲斗铰面三面位于共背去线；4、仄常掘掘，掘掘阻力对付称于铲斗，无横背力. 斗杆受力分解共工况一.切背最大掘掘力1W 与决斗杆油缸的关锁力'g P ，与斗杆为断绝体，按力矩仄稳供得：dg d b g l l r G r G l P W +++=234'1 (吨)式中，d g G G ,——斗杆战铲斗的沉量（吨）；d l l ,2——斗杆战铲斗少（米）；3r ——斗杆沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米）；4r ——铲斗沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米） 与铲斗为断绝体，按力矩仄稳供得铲斗油缸处事力：65721r r r r G l W P d d d ⨯-=(吨)式中，2r ——铲斗沉力到铲斗与斗杆铰面的距离（米）；Iz5r ——连杆到铲斗与斗杆铰面的距离（米）； 6r ——连杆到摇杆与斗杆铰面的距离（米）；7r ——摇杆的少度（米）.法6r 背阻力与决于动臂油缸的关锁力'B P ，与所有处事拆置为断绝体，由力矩仄稳供得：[]=-+=∑01'12),,(1r W G G G M r P r W d g b A B B 2.571(吨) 式中，0r ——切背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）；1r ——法背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）； B r ——动臂油缸效用力到动臂下铰面的力臂（米）；),,(d g b A G G G M ∑——处事拆置各个部分对付动臂下铰面的力矩战.按图解法战力仄稳圆程供得斗杆所受效用力.按以上效用力分解，做斗杆内力图，包罗轴力N ，斗杆仄里内的剪力Q ，直矩M 如图3-4.与直矩最大处举止校核，断里如图3-5所示： 图3-4 受力分解共上.断里处压应力为：114.0NFσ==MP斗杆仄里内剪应力为：max 19.7QFτ==MP斗杆仄里内蜿蜒正应力：maxmax 96.7ZM y MP I σ==此时，为主载荷，斗杆仄安系数与为，资料16Mn 的伸服极限[]s σ=350MP ， 则，许用应力[][]140==ns σσMP最大压应力1max 110.7σσσ=+=MP <[]σ 图3-5最大剪应力max 19.7τ=<[]2σ故，强度谦脚. 3.2 动臂反铲拆置动臂的强度校核按掘掘中动臂大概出现的最大载荷去选定估计位子. 3.2.1、工况一1、处事拆置处于最大掘掘深度处；2、仄常掘掘，无横背效用力.切背最大掘掘力1W 与决斗杆油缸的关锁力'g P ，与斗杆为断绝体，按力矩仄稳供得：dg d b g l l r G r G l P W +++=234'1式中，d g G G ,——斗杆战铲斗的沉量（吨）；d l l ,2——斗杆战铲斗少（米）；3r ——斗杆沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米）；4r ——铲斗沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米）法背阻力与决于动臂油缸的关锁力'B P ，与所有处事拆置为断绝体，由力矩仄稳供得：'21011(,,)B B A b g d W P r M G G G W r r ⎡⎤=+-⎣⎦∑ (吨) 式中，0r ——切背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）；1r ——法背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）； B r ——动臂油缸效用力到动臂下铰面的力臂（米）；),,(d g b AG G G M∑——处事拆置各个部分对付动臂下铰面的力矩战.与铲斗战斗杆为断绝体，供得斗杆与动臂铰面处的效用力.再与动臂为断绝体，供得动臂下铰面的效用力.按以上效用力分解，做动臂内力图，包罗轴力N ，动臂仄里内的剪力Q 战直矩M 如图3-6.与动臂蜿蜒处举止强度校核，断里如图3-7： 断里里积为：410204-⨯=F m 2Iz断里转化惯量：47.610Z I -=⨯与动臂仄安系数为2，资料16Mn 的伸服极限[]s σ=350MP ，则许用应力为： [][]175==ns σσMP断里处压应力为：116.6NFσ==MP 剪应力为：17.6Q Fτ==MP 图3-6蜿蜒正应力：maxmax 143.7ZM y MP I σ==此处按直梁举止验算，则⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⨯++=r y y k Fr M F N 11σ=135.1<[]σ 且,max σσ+< []σ,τ<[]2σ故，强度谦脚.图3-71、处事拆置位于最大掘掘半径处；2、仄常掘掘，无横背阻力.切背最大掘掘力1W 与决斗杆油缸的关锁力'g P ，与斗杆为断绝体，按力矩仄稳供得：dg d b g l l r G r G l P W +++=234'1式中，d g G G ,——斗杆战铲斗的沉量（吨）；d l l ,2——斗杆战铲斗少（米）；3r ——斗杆沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米）；4r ——铲斗沉力到动臂与斗杆铰面的力臂（米）法背阻力与决于动臂油缸的关锁力'B P ，与所有处事拆置为断绝体，由力矩仄稳供得：'21011(,,)B B A b g d W P r M G G G W r r ⎡⎤=+-⎣⎦∑ 式中，0r ——切背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）；1r ——法背掘掘阻力到动臂下铰面的力臂（米）； B r ——动臂油缸效用力到动臂下铰面的力臂（米）；),,(d g b AG G G M∑——处事拆置各个部分对付动臂下铰面的力矩战.与铲斗战斗杆为断绝体，供得斗杆与动臂铰面处的效用力.再与动臂为断绝体，供得动臂下铰面的效用力.按以上效用力分解，做动臂内力图，包罗轴力N，动臂仄里内的剪力Q 战直矩M 如图3-8.与动臂蜿蜒处举止强度校核，断里如图3-9：断里里积为：410204-⨯=F m 2断里转化惯量：47.610Z I -=⨯ 图3-8 与动臂仄安系数为2，资料16Mn 的伸服极限[]s σ=350MP 则，许用应力为：[][]175==ns σσMP断里处压应力为：111.6NFσ==MP。

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，当前被广泛应用于水利工程，交通运送，电力工程和矿山采掘等机械施工中。

它能在减轻繁重体力劳动，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作用。

近年从国内状况来看，国内挖土机市场90%被外国独资或合资公司垄断，国内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理论还相对国外比较薄弱。

国内大某些挖土机公司在挖土机液压系统老式技术方面研究具备一定基本，但由于采用老式液压系统挖土机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差，因而采用老式液压系统挖土机在国内市场上基本失去了竞争力。

液压系统是挖土机核心某些，通过挖土机液压系统设计计算优化能有效提高挖土机性能，本挖土机具备工作可靠、构造简朴、性能好、成本低、效率高等特点。

国内是一种发展中华人民共和国家，在辽阔国土上正在进行大规模经济建设，这就需要大量土石方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要一类土石方施工机械。

因而，可以必定液压挖掘机发展空间很大。

可以预见，随着国家经济建设不断发展，液压挖掘机需求量将逐年大幅度增长。

此后几年国内液压挖掘机行业将会有一种很大发展，液压挖掘机年产量将会以高于20％速度增长。

本设计依照给定工作规定进行工况分析，以拟定系统重要参数，对液压系统基本回路方案进行分析，拟订液压系统原理图；选取液压元件并进行液压系统性能验算，最后完毕工作图，编制技术文献。

但愿本设计能为从事液压工作人员献上微薄之力！摘要液压挖掘机是工程机械一种重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程土方机械。

液压挖掘机运用液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，具备许多长处。

它对液压系统设计提出很高规定，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂。

因而，对挖掘机液压系统分析设计对推动国内挖掘机发展具备十分重要意义。

在收集了国内外挖掘机液压系统有关资料基本上，理解了挖掘机液压系统发展历史，并对挖掘机液压系统技术发展动态进行了分析总结。

研究内容：1、工作装置机构的几何参数设计2、各主要工作尺寸验算3、工作装置各部件运动及受力分析、工作装置挖掘性能分析4、各液压缸闭锁力验算5、动臂机构、斗杆机构的结构设计6、动臂、斗杆强度校核研究方法：采用静力学原理和机构几何学原理，对挖掘工作装置进行应用研究。

原始参数：表1-1 原始参数表技术要求：对工作装置的参数和几何构进行研究设计，设计尺寸达到要求；主要工作尺寸误差不得大3%；对动臂、斗杆进行强度校核。

工作装置应满足以下要求：1.主要工作尺寸及工作范围满足使用要求。

在设计反铲装置时要考虑与同类型机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，并注意到运动参数受机构碰撞限制等的可能性。

2.整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并且有一定的先进性。

3.作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性，采用变铰点结构或配套机构时，要注意分清主次。

要满足使用要求的前提下，力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。

4.工作装置结构形式和布置要便于装卸和维修，尤其应便于易损件的更换。

动臂是工作装置的主要构件，反铲动臂可分为整体式和组合式两类。

整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。

直动臂构造简单，轻巧，布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。

整体式动臂结构简单，价廉，刚度相同时结构重量轻于组合式动臂。

动臂液压缸的布置方案如图所示，动臂液压缸装于动臂的上方这个方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时动臂液压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强。

动臂提升时液压缸小腔进油，提升速度也较快。

为了统一缸径和液压缸的闭锁能力，双动臂液压缸的方案采用渐多。

有些悬挂式动臂液压缸布置时考虑到不破坏动臂箱型截面，且不与斗杆液压缸碰撞，也采用双缸，斗杆液压缸一般只用一个。

但大多数动臂液压缸还是采用单缸。

本设计采用在上方布置的单动臂液压缸。

第二节铲斗总体方案的选择铲斗与铲斗液压缸的连接有三种形式，如下图所示，其区别主要在于液压缸活塞杆端部与铲斗的连接方式不同。

机械设计（机械设计基础）----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，其中应包括设计思路、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不同分为正向开挖、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用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，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。

小型液压挖掘机挖掘工作装置设计摘要挖掘机广泛的应用于建筑行业，排水灌溉，采矿，清除障碍和露天开矿等各种场合。

它对减轻繁重的体力劳动，保证工程的质量，加快建设的速度，提高劳动的生产率起到了巨大的作用。

随着液压传动的技术在工程机械上广泛应用，单斗液压挖掘机也有了迅速的发展。

液压挖掘机具有质量轻、体积小、结构紧凑、挖掘力大、操纵轻便，以及易实现无级变速和自动控制等一系列的优点。

为了能满足不同的作业要求，其工作装置也有很多类型。

例如：正铲，反铲，牵引绳，塔式等。

在上述的工作装置中，反铲挖掘机应用的最为广泛，因而合理设计工作装置具有十分重要的意义。

本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构等组成的小型液压挖掘机工作装置进行设计。

具体内容包括以下的五部分: 挖掘机工作装置的总体设计；挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析；工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证；工作装置主要部件的结构设计。

通过静强度与动强度分析，得出了工作装置在静载荷下结构是安全的。

并利用同类机械的的参数做相应的调试，得出一套较合理的参数，为后续的工作打好了基础。

关键词：挖掘机；液压；动臂；斗杆；铲斗THE DESIGN OF WORKING DEVICE OF SMALLHYDRAULIC EXCA VATORABSTRACTExcavators are widely used in all branches of constructions, to drain and irrigate land, extract useful minerals, the removal of obstacle and the open-cast excavation of coal and ore. They play a tremendous role in relieving labor force, ensuring project quality, accelerating the speed of construction and improving the labor productivity.With the great development of hydraulic technology, the single buckethydraulic excavator has been improving greatly. The hydraulic excavator is provided a great many advantages,such as light weight, small volume, compact structure, powerful dig force, easy operate, continuous variable velocity, automatic controls and so order to meet the different requirements, the working device also has many types. For example: dipper shovel, pull shovel,dragline, jib crane, tower crane and so the above work device, backhoe excavator is used most widely, so the rational design of work device is of great significance.In this paper, mainly by the boom, bucket rod, bucket, excavator linkage component of small hydraulic excavator working device design. It includes thefollowing several parts:the overall design of excavator work device; excavator working device detailed kinematics analysis; the basic size calculation and verification of each part of Working device ; Through the static strength and dynamic strength analysis, the device under static loading structure is safe. Use the same mechanical parameters of the commissioning, to derive a set of reasonable parameters, for the follow-up work to lay a good foundation.KeyWord: Excavator; Hydraulic; Movable arm,Dipper,Bucket目录1 绪论 (1)课题设计的背景和意义 (1)挖掘机的行业现状 (1)挖掘机技术发展趋势 (2)工程机械的前景展望 (3)2 小型液压挖掘机反铲工作装置结构方案设计 (3)引言 (3)液压挖掘机的工作原理与基本组成分析 (3)反铲工作装置的结构设计方案分析 (5)反铲工作装置的结构形式及结构特点 (5)本章小结 (7)3 小型液压挖掘机反铲工作装置参数设计 (7)工作装置的设计原则与参数说明 (7)反铲工作装置的设计原则 (7)机构自身的几何参数设计 (8)反铲工作装置几何参数的设计计算 (8)铲斗机构主要参数的设计计算过程 (8)动臂结构参数的计算过程 (9) (13)铲斗机构及铲斗液压缸主要参数的设计过程 (15)动臂液压缸的设计计算 (18)液压系统闭锁压力的确定分析 (20)4 反铲工作装置的载荷分析计算 (21)工况分析以及确定不利工况 (21)第一种工况位置下动臂和斗杆受力分析计算 (24)第二种工况位置下动臂和斗杆受力分析计算 (28)第三种工况位置下动臂和斗杆受力分析计算 (32)斗杆内力图分析 (37)动臂内力图分析 (38)5 挖掘机工作装置截面尺寸的设计与校核 (40)工作装置斗杆截面尺寸的设计与校核 (41)斗杆的强度校核 (41)斗杆稳定性校核 (42)铰座挤压强度校核 (42)动臂截面尺寸设计与校核 (43)动臂强度校核 (44)动臂稳定性校核 (46)铰座的挤压强度校核 (46)6 结论 (58)参考文献 (59)致谢 (50)1 绪论课题设计的背景和意义总所周知，我国是一个发展中的国家，在其广阔的土地上正在进行着大规模经济建设，这就需要很多土石方施工机械为建设服务，而我们知道液压挖掘机是一类最重要的土石方的施工机械。

1绪论1.1设计选题的意义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，这就需要大量的土方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要的一类土方施工机械。

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。

中国挖掘机市场自1997年开始已进入一个较快的发展时期，2000年与2000年比较，全国挖掘机的产、销量分别增长55%和56%。

截止到2002年8月底全国挖掘机的销量已超过13000台，超2001年全年的销售数。

显然挖掘机在整个工程机械行业中是产、销量增长最快的机种之一。

而在挖掘机中最为重要的就是关于工作装置设计，因为挖掘机的工作装置能偶最为明显的体现机器的工作能力和工作寿命，所以设计工作可靠，性能好，成本低，效率高，维护使用方便的工作装置就显得格外重要。

1.2国内外液压挖掘机的发展动态和研究现状最早在液压挖掘机工作装置设计时，设计人员通过类比、查表、理论计算初步确定性能参数以后，还需要花大量的时间对设计的合理性进行分析，计算量大，而且在设计过程中，大多选取几个特殊位置进行检讨计算，其精度当然较低。

当今计算机广泛应用于机械设计中，挖掘机工作装置设计得到了很快的发展。

针对液压挖掘机工作装置的CAD软件也已经有了不少的研究。

1.2.1国外液压挖掘机发展动态和研究现状国外挖掘机生产历史较长，液压挖掘技术的不断成熟使挖掘机得到全面的发展。

德国是世界上较早开发研究挖掘机的国家，1954年和1955年德国的徳马克和利渤海尔公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后声场挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展上起来的，其主要特点在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国式液压挖掘机生产的后起之秀。

挖掘机的基本构造及工作原理(总23页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第二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、行走机构——①履带架、②履带、③引导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1、引导轮2、中心回转接头3、控制阀4、终传动5、行走马达6、液压泵7、发动机8、行走速度电磁阀 9、回转制动电磁阀 10、回转马达 11、回转机构 12、回转支承2、动力装置单斗液压挖掘机的动力装置，多采用直立多缸式、水冷、一小时功率标定的柴油机。

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)。

目录摘要.................................... 错误！未定义书签。

Abstract ................................ 错误！未定义书签。

第1章绪论............................. 错误！未定义书签。

1.1 挖掘机的简介..................... 错误！未定义书签。

1.2 挖掘机的工作特点................. 错误！未定义书签。

1.3 国内挖掘机的现状和发展前景....... 错误！未定义书签。

1.4 本课题的主要任务及意义........... 错误！未定义书签。

第2章总体设计方案..................... 错误！未定义书签。

2.1 履带式行走装置的结构形式......... 错误！未定义书签。

2.1.1 履带式行走装置的特点........ 错误！未定义书签。

2.1.2 履带式行走装置的组成........ 错误！未定义书签。

2.2 总体设计原则..................... 错误！未定义书签。

2.3 总体设计重点及难点............... 错误！未定义书签。

2.4 设计方式及步骤................... 错误！未定义书签。

第3章“四轮一带”及其附件的设计........ 错误！未定义书签。

3.1 履带的设计和选型................. 错误！未定义书签。

3.1.1 履带的特点.................. 错误！未定义书签。

3.1.2 履带的构成.................. 错误！未定义书签。

3.1.3 履带的选型.................. 错误！未定义书签。

3.2 支重轮........................... 错误！未定义书签。

3.2.1 支重轮特点.................. 错误！未定义书签。

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。

辽宁工程技术大学课程设计题目：单斗挖掘机液压系统设计说明书班级：机械 12-2 班姓名：计东指导教师：贾胜德完成日期： 2016.1设计任务书一、设计内容二、上交材料(1) 设计图纸(2) 设计说明书(5000字左右，无图纸不少于8000字)三、进度安排(参考)(1) 熟悉设计任务，收集相关资料(2) 拟定设计方案(3) 绘制图纸(4) 编写说明书(5) 整理及答辩四、指导教师评语成绩：指导教师日期摘要：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，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对工作装置的设计提出了很高的要求，因此，对挖掘机工作装置的分析设计对推动我国挖掘机的发展具有重要意义。

关键词：挖掘机；工作装置；液压系统；摘要 (i)关键词 (ii)1.1挖掘机间介 (2)1.2挖掘机的研究现状及发展动态 (2)1.3本设计的研究内容 (3)2液压挖掘机结构与工作原理 (4)2.1液压挖掘机整机性能 (4)2.2液压挖掘机结构 (5)2.3液压挖掘机传动原理 (7)3液压挖掘机工况分析及液压系统的设计要求 (7)3.1液压挖掘机的工况 (8)3.2挖掘机液压系统的设计要求 (8)3.2.1动力性要求 (8)3.2.2操纵性要求 (8)3.2.3节能性要求 (9)3.2.4安全性要求 (9)3.2.5其他性能要求 (9)4液压系统的设计 (9)4.1液压系统方案及参数确定 (10)4.2执行元件液压缸及系统压力的初选 (11)4.3计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸 (12)4.4液压系统方案拟订 (15)4.5液压系统原理图的制定 (15)4.5.1液压系统原理图的分析 (15)4.5.2绘制液压系统图 (16)5液压元件的选择与专用件的设计 (17)5.1液压泵的选择和泵的参数的计算 (17)5.1.1液压泵的工作压力的确定 (17)5.1.2确定液压泵的流量 (17)5.1.3选择液压泵的规格 (18)5.2 柴油发动机的选择 (18)5.3 液压阀的选择 (19)5.3.1液压阀的选择 (19)5.3.2液压阀的选择 (19)5.3.3液压阀的选择 (19)5.3.4液压阀的选择 (19)5.4其他液压元件的选择 (20)5.4.1液压阀的选择 (20)5.4.2液压阀的选择 (21)5.4.3液压阀的选择 (21)5.4.4液位液温计,空气滤清和直回式回油过滤器的选择 (21)5.4.5蓄能器的选择 (21)5.4.6管道尺寸的确定 (22)5.4.7胶管的选择 (22)5.5油箱容量的确定 (23)6压力系统性能验算 (23)6.1液压系统压力损失 (23)6.2液压系统的发热温升计算 (25)6.2.1计算液压系统的发热功率 (25)6.2.2计算液压系统的散热功率 (26)6.2.3根据散热要求计算油箱容量 (27)6.2.4冷却器所需冷却面积的计算 (28)6.2.5油箱的尺寸设计 (29)7总结 (29)参考文献 (30)1.1 挖掘机简介挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到1840年。

第一章绪论1.1 选择该课题的意义随着近年来我国国民经济的快速发展以及实施西部大开发战略的机遇，工程机械在各种工程建设领域中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为主流的工程机械产品，以其应用广泛、使用灵活、工作效率高而愈来愈被人们所重视。

液压挖掘机是目前土方开挖的最主要施工机械，在交通、建筑、能源、矿山、水利、港口等工程领域发挥重要作用，一台1m3 液压挖掘机挖掘I ~Ⅳ级土壤时，每班生产率大约相当于300-400 工人一天的劳动生产率［1］。

由于液压挖掘机具有多品种，多功能。

最近几年的统计表明，液压挖掘机是整个工程机械行业中产销量最大、增长率最高的产品之一。

到2006 年国内挖掘机生产企业包括合资和外资企业销量总和接近5 万台，同时我国进口挖掘机数量也极为庞大，据统计，2006 年1～11月，仅广州口岸就累计进口挖掘机17，000 台（近几年挖掘机销量统计见表1.1）表1.1 挖掘机年销售统计虽然目前中国已经成为世界上最大的挖掘机市场和产地之一，但是同时我国挖掘机行业整体水平相对落后，制造工艺水平较低，技术条件差，没有形成关键国产元件的配套体系，目前国内挖掘机行业，从产品技术水平、可靠性、寿命、制造质量与国外挖掘机有较大差距，配套件的质量和可靠性差、使用寿命短，液压元件极少、没有关键元件，系统不能配套。

特别是液压元件，还远远没有达到国产配套水平。

液压挖掘机技术的发展是和液压技术的发展相辅相成的，其一是液压系统是液压挖掘机的技术基础和重要的关键组成部分，其二是挖掘机技术的发展要求又液压技术的进步和提高。

液压挖掘机是结构复杂、功能强大、用途广泛的工程机械，它的典型工作过程基本是模仿人类动作，其铲斗、斗杆、动臂和回转动作，极象人的手腕、小臂、大臂和扭腰动作。

如此复杂的机械手式的动作的实现是和液压传动的技术密切相关的，现代挖掘机的液压系统非常复杂，除了基本传递功率的功能外，还负责很多的操纵控制。

液压系统性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，目前液压传动与控制的许多先进技术都体现在挖掘机上。