挖掘机工作装置的改进设计

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挖掘机工作装置控制系统的模块化设计　

Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　ｏｆ　Ｅｘｃａｖａｔｏｒ　

陈香琳　

ＣＨ　ＥＮ　Ｘｉａｎｇ—ｌｉｎ　

安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，安徽合肥２３００５１　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ　Ｃｏｍｍｕｎｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００５１　

Ａｎｈｕｉ．Ｃｈｉｎａ　

【摘要】按照需求分析、功能分析、模块划分、主要模块设计和系统组合设计的步骤介绍了挖掘机挖掘装置控制系　统的模块化设计过程，以期通过开展模块化设计来优化挖掘机控制系统结构，降低研发风险，缩短研制周期，降低研　

制成本。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｏｆ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｏｌ—　

ｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｅｐｓ　ｏｆ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｏｄｕｌｅ　ｐａｒｔｉｔｉｏｎ，ｍａｊｏｒ　ｍｏｄｕｌｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｌｏｗｅｒ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋｓ　ｉｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｓｈｏｒｔｅｎ　

ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｅｒｉｏｄ　ａｎｄ　ｃｕｔ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ．　

【关键词】挖掘机；模块化设计；控制系统；优化　

【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｅｘｃａｖａｔｏｒ；ｍｏｄｕｌａｒ　ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　

摘要

挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用, 如在工业与民用建筑、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。对于此，我们也应该针对一定的工况范围来设计出最适合工作的挖掘机种类及型号。因此，挖掘机的设计是很重要的。

我选的设计机型为轮胎式挖掘机，主要设计其中的工作装置及液压系统部分。工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。工作装置选择反铲式，对其进行运动学分析并用比例法和经验公式计算选择出工作装置各部分的基本尺寸。挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进。液压系统设计力求做到设计出的系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维护保养方便、经济性好。

本设计突出适应性，结合生产实际多举实例，又翻查国内外有关挖掘机工作装置和液压技术方面的书籍，在实例和理论中通过比较分析来设计选用布置合理及工作效率高的工作装置和良好性能的液压系统。

关键词：挖掘机；工作装置；液压系统

张瑞：轮式挖掘机工作装置及液压系统设计

2 Abstract

Excavators in national economic construction is widely used in many sectors, such as in

industrial and civil construction, transportation, water conservancy electrical engineering,farmla-

nd transformation, mining and extractive industries modern military engineering, and so on the

mechanized construction. For this, we should also address the status of certain workers to design

1前言

挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地使用，如工业与民用建筑、农田改造、交通运输、矿山采掘、水利电气工程、以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。根据统计，一般的工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是使用挖掘机来完成的。

在上世际末，随着我国经济的持续发展和基础建设投入的加大，对挖机的需求加大。进口挖机急剧上升。另外国外著名产家纷纷到国内合资或独资建厂，主要有小松山推、合肥日立、卡特徐州、成都神钢、常州现代、大宇重工等，国外产家的进口或合资的销售额占到国内总销售额的70%～80%。合资产品的主要型号有：小松山推PC系列、合肥日立ZX系列、卡特徐州320B系列、成都神钢SK系列、常州现代R系列、大宇重工DH系列。

近年来，随着我国深入地进行基础建设和挖掘机在建设中被广泛地应用，挖掘机的市场前景非常广泛，因此很有必要积极的发展适合我国国情的挖掘机。然而在挖掘机中工作装置是十分重要的组成部分，对其研究和设计是对整机开发的基础。

单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其机构、运动分析和结构参数优化设计方面都作了大量的研究，其中的许多技术已经很成熟了。而关于单斗液压挖掘机有关书籍也很多，这些书籍从不同角度对工作装置的设计进行了阐述。。

2总体方案设计

2.1 工作装置构成

1-斗杆油缸；2- 动臂； 3-油管； 4-动臂油缸； 5-铲斗； 6-斗齿； 7-侧板；

8-连杆； 9-曲柄： 10-铲斗油缸； 11-斗杆.

图2-1 工作装置组成图

图2-1为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，如图所示反铲工作装置由铲斗5、斗杆11、连杆9、动臂2、以及1, 4,10等三组相应的液压油缸组成。由于动臂得下铰点铰与转台相连，通过动臂油缸的伸缩，使动臂以及整个工作装置都围绕动臂下铰点来转动。而斗杆靠斗杆缸使斗杆围绕动臂的上铰点摆动，相似的铲斗也铰接于斗杆得前端，依靠铲斗油缸得伸缩来时铲斗围绕斗杆转动。

目 录

第一部分：系统开发建议书·························．共5页

第二部分：WZ45．40装载工作装置设计··············共40页

摘要：

第一章：整机概述········································1

第一节：绪论············································1

第二节：国内外发展现状···································2

第三节：挖掘装载机发展特点·······························5

第二章：铲斗设计······································．7

第三章：挖掘装载机工作装置结构设计·····················．10

一、确定动臂长度、形状与车架的铰接位置················11

二、连杆机构设计·······································．15

三、转斗油缸与摇臂的铰接点以及下拉杆与机架铰接点的确定”················································16

四、举升油缸与动臂和机架的铰接点·······················17

五、铲斗举升平动分析及最大卸载高度、最小卸载距离的确定·················································l 8

第四章：工作装置的受力分析···························．21

第五章：工作装置的运动仿真····························32

第六章：工艺分析·····································．33

第七章：工作装置的限位机构·····························．35