挖掘機(jī)的機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　挖掘機(jī)的機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　挖掘機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的多功能的建設(shè)施工機(jī)械，作為工程機(jī)械的主力機(jī)種。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞，其生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。</p><p>　　挖掘機(jī)的主要特點(diǎn)為：能無(wú)

2、級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)是斗容量0.2m3它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作裝置。挖掘機(jī)的工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，本設(shè)計(jì)對(duì)工作裝置的各個(gè)組成部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，這其中包括了動(dòng)臂、斗桿和鏟斗及其驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。<

3、;/p><p>　　挖掘力約為30kN，最大卸載高度約為2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半徑約為5.728m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。</p><p>　　關(guān)鍵詞　挖掘機(jī)，機(jī)械手臂；斗桿 </p><p><b>　　目 錄</b></p><

4、;p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題來(lái)源1</p><p>　　1.2 課題的研究的背景和意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4

5、 本次設(shè)計(jì)概訴3</p><p>　　第2章 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案原則5</p><p>　　2.2 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式5</p><p>　　2.2.1 確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式5</p><p>　　2.2.2 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式7</p><

6、p>　　2.2.3 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.2.4 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式9</p><p>　　2.3 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置9</p><p>　　2.3.1 動(dòng)臂油缸的布置9</p><p>　　2.3.2 斗桿油缸的布置10</p><p>　

7、　2.3.3 鏟斗油缸的布置11</p><p>　　2.4 動(dòng)臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇12</p><p>　　2.4.1 反鏟裝置總體方案的選擇12</p><p>　　2.4.2 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)13</p><p>　　2.4.3 斗形參數(shù)的選擇14</p><p>　　2.4.4 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的

8、選擇17</p><p>　　2.4.5 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇21</p><p>　　2.4.6 連桿、搖臂參數(shù)的選擇22</p><p>　　第3章 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算23</p><p>　　3.1 斗桿的計(jì)算23</p><p>　　3.2 動(dòng)臂的計(jì)算28</p><p>&l

9、t;b>　　結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題來(lái)源</b></p>

10、<p>　　在學(xué)校組織的金工實(shí)習(xí)期間，對(duì)挖掘機(jī)的機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)和工作原理有了一定的了解，本課題來(lái)源于此。</p><p>　　課題的研究的背景和意義</p><p>　　挖掘機(jī)械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺(tái)有確切記載的挖掘機(jī)械是1796年英國(guó)人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”于1835年在美國(guó)誕生，主要用于

11、修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有170多年歷史。1950年，德國(guó)研制出世界上第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它的工作過(guò)程

12、是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿(mǎn)后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開(kāi)始下一次的作業(yè)。因此，壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。在建筑工程中，可用來(lái)挖掘土坑、排水溝，拆除廢舊建</p><p>　　所以，挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)

13、于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門(mén)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ～Ⅳ級(jí)土壤時(shí)，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300～400個(gè)工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速?lài)?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。本文主要設(shè)計(jì)液壓式挖掘機(jī)機(jī)械手臂。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀</b&g

14、t;</p><p>　　工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線(xiàn)齊全，P技術(shù)成熟。美國(guó)、德國(guó)和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，具有較高市場(chǎng)占有率。20世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機(jī)型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動(dòng)化、信息化、智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　1833～1836年，美國(guó)人奧蒂斯設(shè)計(jì)和制造了第一

15、臺(tái)蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)、鐵木混合結(jié)構(gòu)、半回轉(zhuǎn)、軌行式的單斗挖掘機(jī)，生產(chǎn)率為35立方米／時(shí)，但由于經(jīng)濟(jì)性差沒(méi)有應(yīng)用。19世紀(jì)70年代經(jīng)過(guò)改進(jìn)的蒸汽鏟正式生產(chǎn)并應(yīng)用于露天礦剝離。1880年又出現(xiàn)了第一批以拖拉機(jī)為底盤(pán)的半回轉(zhuǎn)式蒸汽鏟。20世紀(jì)初至40年代末，挖掘機(jī)進(jìn)入動(dòng)力和行走裝置多樣化的階段。1910年，出現(xiàn)了第一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單斗挖掘機(jī)；1912年出現(xiàn)了汽油機(jī)和煤油機(jī)驅(qū)動(dòng)的全回轉(zhuǎn)式單斗挖掘機(jī)；1916年出產(chǎn)了柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)始采用。輪胎式行走裝置

16、隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，廣泛用于小型挖掘機(jī)1。</p><p>　　我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為1m&sup3；的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、自主研制開(kāi)發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)階段。</p><p>　　新中國(guó)成立初期，以測(cè)繪仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)30～40年代的W501.W502.W1001.W1002等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開(kāi)始了我國(guó)

17、的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)。1967年開(kāi)始，我國(guó)自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠(chǎng)的WYl00型、貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠(chǎng)的W4-60型、合肥礦山機(jī)器廠(chǎng)的WY60型挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠(chǎng)的WYl60型和杭州重型機(jī)械廠(chǎng)的WY250型挖掘機(jī)等。它們?yōu)槲覈?guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。到20世紀(jì)80年代末，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)已有30多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá)40余

18、種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有0.1～2.5m&sup3；等12個(gè)等級(jí)、20多種型號(hào)，還生產(chǎn)0.5～4.0m&sup3；以及大型礦用10m&sup3、12m&sup3；機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)，1m3隧道挖掘機(jī)，4m3長(zhǎng)臂挖掘機(jī)，1000m&sup3/h的排土機(jī)等，還開(kāi)發(fā)了斗容量0.25m&sup3；的船用液壓挖掘機(jī)，斗容量0.4m&sup3、0.6m&sup3、0.8

19、m&sup3；的水陸兩用挖掘機(jī)等。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)</p><p>　　近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的挖掘機(jī)市場(chǎng)空間，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國(guó)內(nèi)一些工程機(jī)械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)國(guó)內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國(guó)外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，圍繞國(guó)

20、內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)，在充分利用國(guó)際化配套的國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)自主創(chuàng)新意識(shí)，掌握核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，發(fā)揮性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，把我國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品做大做強(qiáng)。</p><p><b>　　本次設(shè)計(jì)概訴</b></p><p>　　本文通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)的機(jī)械機(jī)械手臂的觀(guān)察和了解，對(duì)挖掘機(jī)機(jī)械手臂進(jìn)行研究，對(duì)挖掘機(jī)的動(dòng)力臂尺寸設(shè)計(jì)，鏟斗容量等進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)機(jī)械手臂的運(yùn)

21、動(dòng)與循環(huán)工作。</p><p><b>　　` </b></p><p>　　圖1-1　整體式彎動(dòng)臂</p><p>　　液壓反鏟工作裝置一般由動(dòng)臂1、動(dòng)臂液壓缸2、斗桿液壓缸3、斗桿4、鏟斗液壓缸5、鏟斗6、連桿7和搖桿8等組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過(guò)改變各液壓缸行程來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘過(guò)程中的各種動(dòng)作。</p>

22、<p>　　動(dòng)臂1的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂液壓缸2來(lái)支承動(dòng)臂，通過(guò)改變動(dòng)臂液壓缸的行程即可改變動(dòng)臂傾角，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的升降。斗桿4鉸接于動(dòng)臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)轉(zhuǎn)角由斗桿液壓缸3控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時(shí)，斗桿即可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗6則鉸接于斗桿4的末端，通過(guò)鏟斗液壓缸5的伸縮來(lái)使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)（即連桿7和搖桿8）與鏟斗連接。</p><

23、;p>　　液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過(guò)程為，先下放動(dòng)臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿(mǎn)鏟斗時(shí)，提升動(dòng)臂使鏟斗離開(kāi)土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開(kāi)始下一次作業(yè)循環(huán)。動(dòng)臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘

24、的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時(shí)裝滿(mǎn)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(jī)的最大挖掘力一般由鏟斗液壓缸實(shí)現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。</p><p>　　在實(shí)際工作中，熟練的液壓挖掘機(jī)人員可根據(jù)實(shí)際情況，合理操縱各個(gè)液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合工作，實(shí)現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時(shí)由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動(dòng)臂和斗

25、桿同時(shí)工作；當(dāng)挖掘基坑底時(shí)，挖掘行程將結(jié)束，為加速裝滿(mǎn)鏟斗，或挖掘過(guò)程中調(diào)整切削角時(shí)，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時(shí)工作。本次設(shè)計(jì)斗容量0.2m3挖掘機(jī)的機(jī)械手臂2。</p><p><b>　　機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案原則</b></p><p>　　設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)能滿(mǎn)足下列要

26、求：</p><p>　　1．主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿(mǎn)足要求，在設(shè)計(jì)通用反鏟裝置時(shí)要考慮與同類(lèi)型、同等級(jí)機(jī)器相比的先進(jìn)性。考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。</p><p>　　2．具有一定的先進(jìn)性。</p><p>　　3．功率利用情況盡可能好，理論工作時(shí)間盡可能短。</p><p>　　4．確定鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)

27、型式和截面尺寸形狀時(shí)盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。</p><p>　　5．作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)要注意分清主次，在滿(mǎn)足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類(lèi)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換裝方便。</p><p>　　6．裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置便于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。</p><p

28、>　　7．要采取合理措施來(lái)滿(mǎn)足特殊使用要求3。</p><p>　　確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式</b></p><p>　　動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動(dòng)臂分為整體式和組合式兩類(lèi)。</p><p>　　直動(dòng)臂構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕

29、巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī),如圖3-1所示。</p><p>　　圖2-1　整體式直動(dòng)臂</p><p>　　采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專(zhuān)用反鏟裝置的常見(jiàn)形式。整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意，有時(shí)采用三節(jié)變動(dòng)臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。</p><p>　　整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺

30、點(diǎn)是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖2-1所示。</p><p>　　組合式動(dòng)臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類(lèi)，一類(lèi)用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類(lèi)用螺栓連接。</p><p>　　組合式動(dòng)臂與整體式動(dòng)臂相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式

31、動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　1．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時(shí)調(diào)整時(shí)間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時(shí)可以進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。</p><p>　　2．較合理地滿(mǎn)足各種類(lèi)型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問(wèn)題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便。一般情況下，下動(dòng)臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。</p>

32、<p>　　3．裝車(chē)運(yùn)輸比較方便。</p><p>　　4．由于上述優(yōu)點(diǎn)，組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多時(shí)采用組合式動(dòng)臂較為合適。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)作業(yè)條件比較單一，所以動(dòng)臂選用整體式動(dòng)臂4。</p><p><b>　　確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式</b></p&

33、gt;<p>　　斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長(zhǎng)度或杠桿時(shí)采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置2～4個(gè)可供調(diào)節(jié)時(shí)選擇的與動(dòng)臂端部鉸接的孔。有些反鏟采用組合式斗桿。</p><p>　　確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)</p><p>　　1．確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇

34、對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對(duì)象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來(lái)適應(yīng)任何作業(yè)對(duì)象和條件較困難。為了滿(mǎn)足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有甚至十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)形式各異的鏟斗。</p><p>　　目前，對(duì)鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或模型試驗(yàn)階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。將兩只0.6m3容量而斗型不同的反鏟斗裝在RH6液壓挖掘機(jī)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表2-1所示。由

35、于砂的挖掘阻力較小，對(duì)鏟斗設(shè)計(jì)的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗(yàn)結(jié)果差別不大。而對(duì)頁(yè)巖作業(yè)效果就大不一樣，其中一個(gè)鏟斗的切削前緣中間略微凸出，不帶側(cè)齒，側(cè)臂略呈凹形，這些因素使頁(yè)巖挖掘阻力降低。另一個(gè)鏟斗的情況則相反。</p><p>　　對(duì)各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是：</p><p>　?。?）有利于物料的自由流動(dòng)，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各

36、種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　?。?）要使物料易于卸凈。用于粘土的鏟斗卸載時(shí)不易卸凈，因此延長(zhǎng)了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，降低了有效斗容量。國(guó)外采用設(shè)有強(qiáng)制卸土的粘土鏟斗。</p><p>　?。?）為了使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于4：1。當(dāng)此比值大于50：1時(shí)顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質(zhì)。</p><p>　?。?）裝設(shè)斗齒有利于

37、增大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘線(xiàn)比壓，以便切入或破碎阻力較大有物料。挖硬土或碎石時(shí)還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)都值得研究，對(duì)它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。</p><p>　　表2-1　反鏟斗對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果</p><p><b>　　a）在頁(yè)巖中作業(yè)</b></p><p><b>　　b）

38、在頁(yè)砂中作業(yè)</b></p><p>　　2．確定斗齒安裝方式</p><p>　　目前，國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)斗齒安裝方式主要有兩類(lèi)，斗容量q≤0.6m3時(shí)多采用螺栓連接圖2-2a，斗容量q≥0.6m3時(shí)時(shí)多采用橡膠卡銷(xiāo)結(jié)構(gòu)圖2-2b。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)斗容量為0.2 m3挖掘機(jī)，所以斗齒安裝方式為螺栓連接5。</p><p>

39、　　圖2—2　斗齒的設(shè)計(jì)</p><p>　　a)螺栓連接方式； b)橡膠卡銷(xiāo)連接方式</p><p>　　1-卡銷(xiāo)； 2-橡膠卡銷(xiāo)； 3-齒座； 4-斗齒</p><p>　　鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式</p><p>　　鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式圖2-3，其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同，圖a為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟

40、斗液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu)。圖b中鏟斗液壓缸通過(guò)搖桿1和連桿2與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu)。圖a和圖b類(lèi)似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。圖c的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比與b差不多，但鏟斗擺角位置順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。</p><p>　　六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。六連桿方式b和d在液壓缸行程相同時(shí)，后者能得到更大的鏟斗轉(zhuǎn)角，但其鏟斗挖掘力

41、的平均值較小。連接方式如下圖。</p><p>　　圖2-3　鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式</p><p>　　確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置</p><p>　　反鏟工作裝置實(shí)際上是多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)的組合。在發(fā)動(dòng)機(jī)功率、整機(jī)質(zhì)量和鏟斗容量等主要參數(shù)及工作裝置基本形式初步確定的情況下，工作裝置各鉸點(diǎn)在布置及各工作油缸參數(shù)的選擇是否合理，會(huì)直接影響液壓挖掘機(jī)的實(shí)際挖掘能

42、力。</p><p><b>　　動(dòng)臂油缸的布置</b></p><p>　　動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，常見(jiàn)的有兩種具體布置方式。</p><p>　　1．油缸前傾布置方案，如圖2-4所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置，動(dòng)臂油缸軸線(xiàn)向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。</p><p&

43、gt;　　2．油缸后傾布置方案，如圖2-4所示，當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升到上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線(xiàn)向后方傾斜。</p><p>　　油缸全收縮時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1＜h2。此外，在后傾方案中，動(dòng)臂EF部分往往比前傾方案的長(zhǎng)，因此動(dòng)臂所受彎矩也比較大。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。然而，后傾方案動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)D的距離CD比前傾方案的大，則動(dòng)臂在上下兩極位置時(shí)，動(dòng)臂油缸的作

44、用力臂Cp也較大。因此，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方圖為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘機(jī)將長(zhǎng)動(dòng)臂CE′F′改換成短動(dòng)臂CE′F″，并配以長(zhǎng)斗桿。在最大深度處挖掘時(shí)，采用鏟斗挖掘而還是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為h1′>h2。</p><p>　　圖2-4　動(dòng)臂油缸前傾布置方案</p><p>　　顯然，不論是動(dòng)臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng)C、D兩鉸點(diǎn)位置和CE長(zhǎng)度均不變時(shí)，

45、通過(guò)加大動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度可以增大動(dòng)臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會(huì)影響到最大挖掘深度。所以，在布置油缸時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動(dòng)臂舉升力的挖掘力等因素。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用動(dòng)臂油缸前傾布置方案。</p><p><b>　　斗桿油缸的布置</b></p><p>　　確定斗桿油缸鉸點(diǎn)、行程及斗桿力臂比時(shí)應(yīng)該考慮下

46、列因素。</p><p>　　1．保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。即油缸從最短長(zhǎng)度開(kāi)始推伸時(shí)和油缸最大伸出時(shí)產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時(shí)的力矩應(yīng)該足以支承滿(mǎn)載鏟斗和斗桿靜止不動(dòng)。油缸力臂最大時(shí)產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘范圍可以取得越小一些。</p><p>　　2．保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取100°～130°。在斗桿油

47、缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前壁和動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于10cm。一般來(lái)說(shuō)，斗桿越長(zhǎng)，則其擺角范圍可以取得越小一些。</p><p>　　鉸點(diǎn)位置的確定需要反復(fù)進(jìn)行。在計(jì)算中初定鉸點(diǎn)位置，如不夠合理，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改。</p><p><b>　　鏟斗油缸的布置</b></p><p>　　確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)應(yīng)考慮以下因素。</p>

48、<p>　　1．保證轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘阻力。當(dāng)鏟斗油缸作用力臂最大時(shí)，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動(dòng)。</p><p>　　2．保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°～160，在特殊作業(yè)時(shí)可以大于180°，擺角位置可以按圖2-5布置。當(dāng)鏟斗油缸全縮時(shí)，鏟斗與斗桿軸線(xiàn)夾角（在軸線(xiàn)上方）

49、應(yīng)大于10°,常取15°～25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿(mǎn)載回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。</p><p>　　3．鏟斗從位置Ⅰ到位置Ⅱ時(shí)圖2-5，鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗齒最大切削角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時(shí)，正好斗齒挖掘力也最大。實(shí)際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。在許多情況下，特別是進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，鏟斗的切削轉(zhuǎn)角一般都小于100°，而且鏟斗也不一定都在

50、初始位置Ⅰ開(kāi)始挖掘。因此，目前一般取位置Ⅰ至位置Ⅱ的轉(zhuǎn)角為30°～50°，在這個(gè)角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過(guò)程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開(kāi)始挖掘時(shí)就有一定的挖掘力6。</p><p>　　圖2-5　鏟斗擺角范圍</p><p>　　動(dòng)臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p>　　反鏟裝置總體方案的選擇</p>

51、<p>　　反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專(zhuān)用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它裝置的性能。專(zhuān)用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿(mǎn)足主要作業(yè)條件要求的同時(shí)照顧其它條件下性能。</p><p>　　反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面：</p><p>　　1．動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸的布置</p>&l

52、t;p>　　確定用組合式或整體式動(dòng)臂，以及組合式動(dòng)臂的組合方式或整體式動(dòng)臂的形狀。確定動(dòng)臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。</p><p>　　前面已確定采用整體式動(dòng)臂，動(dòng)臂液壓缸的布置為下置式。</p><p>　　2．斗桿及斗桿液壓缸的布置</p><p>　　確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點(diǎn)調(diào)節(jié)。前面已確定采用

53、整體式斗桿。</p><p>　　3．確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，</p><p>　　即特性參數(shù)K1=l1l2。對(duì)于一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長(zhǎng)度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)K12時(shí)，（有反鏟取K13）稱(chēng)為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)K11.5葉屬于短動(dòng)臂長(zhǎng)斗桿方案。K1在1.5～2之間稱(chēng)為中間比例方案。</p><p>　　要求適用性較強(qiáng)而又無(wú)配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的

54、反鏟常取中間比例方案。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時(shí)，不同的配置或鉸點(diǎn)連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對(duì)象明確的條件下采用整體式動(dòng)臂和斗桿固定鉸接，K1值由作業(yè)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，K1愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看K1大宜用于斗桿挖掘?yàn)橹?，因其剛度較易保證。而K1值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹?。本設(shè)計(jì)采用中間比例方案,取K1=1.8。</p><

55、p>　　4．確定配套鏟斗的種類(lèi)、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比是否需要調(diào)節(jié)。</p><p>　　5．根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠(chǎng)制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素一般取1=1.6～1.7，個(gè)別情況下因動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取1≤1.75，而取2=1.6～1.7，3=1.6～1.77。&

56、lt;/p><p><b>　　機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)</b></p><p>　　機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)有三類(lèi)，第一類(lèi)是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù)，稱(chēng)原始參數(shù)，本次設(shè)計(jì)主要選擇長(zhǎng)度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類(lèi)是由第一類(lèi)參數(shù)推算出來(lái)的參數(shù)，稱(chēng)推導(dǎo)參數(shù)，多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)；第三類(lèi)是作方案分析比較所需要的其它特性參數(shù)。</p><p>　　反鏟機(jī)構(gòu)各部分原始參數(shù)

57、、推導(dǎo)參數(shù)和部分特性參數(shù)見(jiàn)表2-2所示。</p><p>　　表2-2反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)表</p><p><b>　　斗形參數(shù)的選擇</b></p><p>　　1.鏟斗的主要參數(shù)的選擇</p><p>　　斗容量q、平均斗寬B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿(mǎn)轉(zhuǎn)角2這里令=max是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。R、B及2三者與q

58、之間有以下幾何關(guān)系圖2-68。</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　其中　q——0.2m3其中：q=0.2m3(已知)，鏟斗斗容量；</p><p>　　R——鏟斗挖掘半徑，單位m；</p><p>　　B——鏟斗斗寬，根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍，查表2-67取B＝0.75m；&l

59、t;/p><p>　　2——鏟斗挖掘裝滿(mǎn)轉(zhuǎn)角，一般取2＝90°～100°，取2=95°=1.658rad把q、B、2代入式(2-1)得：</p><p>　　解得：R=0.803m</p><p>　　圖2-6　鏟斗主參數(shù)示意圖</p><p>　　鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn)K與Q的間距l(xiāng)24圖2-5太大將影響鏟斗傳動(dòng)特性，太小

60、則影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度。</p><p><b>　　一般取特性：</b></p><p>　　K2=l24l3=0.3～0.38</p><p>　　取K2＝0.34＝l24l3=0.34，R=0.803m，得出l24=0.273m。</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時(shí)K2取較小值，一般取10=KQV=95°～11

61、5°，</p><p>　　取KQV =105°。</p><p><b>　　2 .斗形尺寸計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)鏟斗主要參數(shù)可進(jìn)一步設(shè)計(jì)計(jì)算斗形其尺寸，如圖2-7所示。圖中三角形OGE為等腰三角形，OA段為直線(xiàn)，AB弧段為拋物線(xiàn)。A點(diǎn)至直線(xiàn)EB的距離為H，拋物線(xiàn)定點(diǎn)高度為L(zhǎng)，一般取H＝L。斗尖角取值范圍一

62、般為20°～30°，斗側(cè)壁角為取30°～50°，包角取108°。常見(jiàn)鏟斗斗形參數(shù)參考表2-2。改變?nèi)切蜲EG的形狀可以獲得不同的形狀的斗形。</p><p>　　斗形尺寸根據(jù)比擬法D=0.75m(已知)、RD=0.803m(已知)，得出：</p><p>　　1=0.294m；2=0.534m；3=0.87；</p><

63、;p>　　R=0.7324m；m=0.0706m；</p><p>　　=40°；=23°；=108°；</p><p>　　H＝L=0.56m。</p><p>　　圖2-7　反鏟斗計(jì)算尺寸</p><p>　　3.初選斗齒的幾何形狀</p><p>　　鏟斗的幾何形狀應(yīng)對(duì)挖掘比阻

64、力達(dá)到最小值。鏟斗及切削時(shí)的主要參數(shù)，如圖2-7所示，圖中鏟斗容量q、長(zhǎng)度L、寬度B、高度H、切削角α、刃角β和后角γ等參數(shù)的選擇都對(duì)挖掘比阻力有直接影響。斗齒在鏟斗上的布置（齒寬和齒距）也是一個(gè)重要參數(shù)9。</p><p>　　為使斗側(cè)壁不參與切削，鏟斗應(yīng)裝有側(cè)齒。</p><p><b>　　一般齒寬：</b></p><p><b&

65、gt;　　m；</b></p><p><b>　　齒長(zhǎng)：</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　齒距為：</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><

66、;b>　　取a=0.18m</b></p><p>　　斗前臂與切削面的間隙?。? =0.7b=0.0448m</p><p>　　又由于鏟斗寬度B=0.75m,齒寬與齒距之和為a+b</p><p><b>　　因此：</b></p><p><b>　　斗裝有3個(gè)齒。</b>&

67、lt;/p><p>　　另外齒尖應(yīng)保持銳利，否則挖掘阻力將急劇增加。新鑄（或鍛）的齒只有一個(gè)小的圓弧尖連續(xù)工作后，齒尖將逐漸磨損，并變鈍。通常，挖掘Ⅱ～Ⅲ級(jí)土壤，齒尖顯著磨鈍后，挖掘阻用將增加50～100%。因此，為避免這種超載挖掘，應(yīng)及時(shí)更換或在齒刃口上堆焊硬質(zhì)合金層，斗齒做成楔入式或組合式，以便快速更換和修補(bǔ)。</p><p>　　圖2-8　鏟斗的基本參數(shù)</p><p

68、>　　切削角對(duì)切削阻力影響也很大。通常，挖Ⅰ～Ⅲ級(jí)土?xí)r，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(shè)計(jì)?。?0°，后角不應(yīng)小于5°，刃角取25°。</p><p><b>　　動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</b></p><p>　　由于鏟斗容量q＝0.2m3,根

69、據(jù)國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)類(lèi)比法，選出參數(shù)機(jī)重G＝5t。</p><p>　　又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，參考表1-3機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表7，線(xiàn)尺寸參數(shù)：</p><p>　　得出:最大挖掘半徑：</p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　最大挖掘深度：</b>

70、;</p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　最大卸載高度：</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑R1值一般與l1+ l2+ l3的和值很接近。因此由要求R1，已定的l3和K1可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選l

71、1、l2：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　R1=5.728m；K1＝1.8；</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算得出：</b></p><p>　　l2=1.759m；&l

72、t;/p><p>　　l1= K1 l2=1.8×1.759=3.166m</p><p>　　在三角形CZF中，1、l1和K3都可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選出：</p><p>　　其中　1——?jiǎng)颖鄣膹澖?，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，但太小對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利，一般取120°～140°，取1＝140°7；</p>&

73、lt;p>　　l1——前面已算出為3.166m；</p><p>　　K3——?jiǎng)颖坜D(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比ZFZC，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn)B的位置來(lái)考慮，初步設(shè)計(jì)取K3＝1.1～1.3，取K3＝1.2；</p><p>　　圖2-9　動(dòng)臂實(shí)際尺寸</p><p><b>　　因此根據(jù)公式：</b></p><p><

74、b>　　(2-3)</b></p><p>　　可以算出l41、l42、39</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算得出：</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><

75、b>　　39 =17.9°</b></p><p>　　如圖2-9所示動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比K4按不同情況選取，專(zhuān)用反鏟可取K40.8；以反鏟為主的通用機(jī)，K4＝0.8～1.1；斗容量1m3左右的通用機(jī)，則可取K4＝1。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中取K4＝1。</p><p>　　11的取值對(duì)特性參數(shù)K4、最大挖掘深度1max和

76、最大挖高2max有影響。</p><p>　　加大11會(huì)使減小或使1max增大，這下符合反鏟作業(yè)要求，因此基本用作反鏟的小型機(jī)取1160°。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中取11＝70°。</p><p>　　斗桿液壓缸全縮時(shí)CFQ=32-8最大圖2-10，常選(32-8)=160°～180°本設(shè)計(jì)中?。?2-8）max＝170

77、°。</p><p>　　BCZ取決于液壓缸布置形式，圖2-5，動(dòng)臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能為零。動(dòng)臂單液壓缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼加耳座上B在Z的下面。初定∠BCZ＝5°，根據(jù)已知∠CZF＝22.1°10。 </p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　∠BCF＝17.1

78、6;。</p><p>　　由圖2-10得最大卸載高度的表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　圖2-10　最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　由圖2-11得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為</p><p><b>　　(2-5)<

79、;/b></p><p>　　將這兩式相加，消去l5，</p><p>　　并令A(yù)＝11＋2，B＝A+8-32max，得到：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　又特性參數(shù)：</b></p><p><b>　　(2-7

80、)</b></p><p>　　圖2-11　最大挖掘深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　) （2-8）</p><p>　　將上式代入式(2-7)則得到一元函數(shù)f(1max)=0。式中H1max和H3max已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法求出：</p><p>　　1min=29.6°；1max=73.5

81、°</p><p>　　最后由式2-5求l5為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　=0.638m</b></p><p>　　(其中l(wèi)1=3.166m；l2＝1.759m；A=97.1°；由于履帶總高，近似取YA=0.65m)</

82、p><p>　　然后，解下面的聯(lián)立方程，可求σ和ρ：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　經(jīng)計(jì)算得出：=1.63；=0.67；L1min=0.952m；L1max=1.52m；l7=1.61m</p><p>　　得到的結(jié)果符合下列幾何條件：；10。</p><p>

83、<b>　　斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</b></p><p>　　第一步計(jì)算斗桿挖掘阻力：</p><p>　　斗桿挖掘過(guò)程中，切削行程較長(zhǎng)，切土厚度在挖掘過(guò)程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過(guò)程中總轉(zhuǎn)角g=50°～80°,取g＝65°，在這轉(zhuǎn)角過(guò)程中，鏟斗被裝滿(mǎn)，這時(shí)半齒的實(shí)際行程為：</p><p>　　其中：r6—斗桿

84、挖掘時(shí)的切削半徑，r6=FV；</p><p><b>　　m</b></p><p>　　斗桿挖掘時(shí)的切土厚度hg可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　斗桿挖掘阻力為：</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　

85、　式中　K0——挖掘比阻力，由表0?10查得，K0＝20（Ⅲ級(jí)土壤以下）</p><p>　　KS——土壤松散系數(shù)近似值取1.2511。</p><p>　　斗桿l2與鏟斗l3和FVmin之間，為了滿(mǎn)足開(kāi)挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到150°～180°。</p><p><b>　　計(jì)算得：</b>&l

86、t;/p><p><b>　　m</b></p><p>　　把K0、q、r6min、g、KS代入式2-12得：</p><p><b>　　kN</b></p><p>　　第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。</p><p><b>　　m</b><

87、;/p><p>　　其中：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法得出P2＝13.96kN</p><p>　　斗桿液壓缸初始力臂e20與最大力臂e2min之比是斗桿擺角2min的余弦函數(shù)，設(shè)e20=e2max則：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　由圖2-13，取e20=e2max，求得：</p>

88、<p><b>　　m</b></p><p>　?。ㄆ渲卸窏U擺角范圍大致在105°～125°，取2max＝105°）</p><p><b>　　=1.588m</b></p><p>　　連桿、搖臂參數(shù)的選擇</p><p>　　從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置

89、的角度對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)的要求考慮，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在l3全行程中任一瞬間時(shí)都不會(huì)被破壞，即保證△GFN、△GNM及四邊形HNQK在任何瞬間皆成立12。根據(jù)鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)的要求，借助電子計(jì)算機(jī)選出可行的方案為QN=7m；MH=156m；NM=95m；HK=12m；HN=3m。</p><p><b>　　工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　工作裝置由鏟斗、斗

90、桿、動(dòng)臂以及連桿機(jī)構(gòu)和各種工作液壓缸組成。對(duì)這些結(jié)構(gòu)件的分析計(jì)算，首先應(yīng)確定各結(jié)構(gòu)件的不利工況，即在這工況下對(duì)某一結(jié)構(gòu)件可能出現(xiàn)最大的應(yīng)力，以這工況作為設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)件的依據(jù)，也就是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中計(jì)算位置的選擇，計(jì)算圖式和載荷的確定問(wèn)題。</p><p>　　由于影響挖掘機(jī)挖掘力的因素很多，如三個(gè)工作液壓缸的匹配。整機(jī)穩(wěn)定問(wèn)題等，并且同樣的反鏟裝置還有較多的形式，對(duì)計(jì)算位置的選擇，看法很不一致，更無(wú)統(tǒng)一的規(guī)定。隨著電子計(jì)

91、算機(jī)的普及應(yīng)用，目前已有可能對(duì)挖掘機(jī)的所有工況及其挖掘過(guò)程中指定的千百個(gè)位置進(jìn)行作用力分析和對(duì)各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行較多的可能危險(xiǎn)斷面進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，再結(jié)合樣機(jī)的應(yīng)力測(cè)定，使工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有可能得到比較可行而又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，對(duì)工作裝置中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件以及對(duì)結(jié)構(gòu)中斷面突變或應(yīng)力集中的部分可以采用有限元法進(jìn)行計(jì)算，以提高分析計(jì)算的精確度13。</p><p><b>　　斗桿的計(jì)算</b><

92、/p><p>　　反鏟裝置的斗桿（尤以標(biāo)準(zhǔn)和加長(zhǎng)斗桿）強(qiáng)度主要為彎矩所控制，故其計(jì)算位置可根據(jù)反鏟工作中挖掘阻力對(duì)斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來(lái)確定。根據(jù)斗桿工作情況的手試驗(yàn)說(shuō)明，斗桿危險(xiǎn)斷面最大應(yīng)力發(fā)生在采用轉(zhuǎn)斗挖掘的工況下。其計(jì)算位置可按以下條件確定：</p><p>　　計(jì)算位置Ⅰ圖3-1，條件為：</p><p>　　1．動(dòng)臂位于最低（動(dòng)臂液壓缸全縮）；</p&

93、gt;<p>　　2．斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角為90°）；</p><p>　　3．斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上；</p><p>　　4．側(cè)齒遇障礙作用有橫向力Wk。</p><p>　　這時(shí)，工作裝置上的作用力有工作裝置各部分的重量(鏟斗重Gd，斗桿重Gg和動(dòng)臂重Gb)，作用于斗側(cè)齒上的挖

94、掘阻力(包括切向力為W1，法向分力W2和側(cè)向力Wk)14。</p><p>　　鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗液壓缸工作力Pd所能克服的切向阻力W1可取鏟斗為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)的力矩平衡方程MC＝0求得</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中　ld——由圖3-1畫(huà)圖得，液壓缸與斗臂兩鉸點(diǎn)距l(xiāng)d＝0.766m；</p>

95、;<p>　　r5——鏟斗上兩鉸點(diǎn)間距離r5＝0.3m</p><p>　　r6——鏟斗上的鉸點(diǎn)E與斗臂上的鉸點(diǎn)D間距離r6＝0.423m</p><p>　　r7——?jiǎng)恿Ρ叟c斗臂兩鉸點(diǎn)距為r7＝0.268m；</p><p>　　r2——r2＝0.142m；</p><p>　　把ld、r5、r6、r7代入式(3-1)得：&l

96、t;/p><p><b>　　kN</b></p><p>　　法向阻力W2決定于動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力PB，可取工作裝置為隔離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)的力矩平衡方程MA＝0求得：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中　PB——?jiǎng)颖垡簤焊椎拈]鎖力，PB＝286kN；MA(Gb

97、GgGd) </p><p>　　工作裝置各部分重量對(duì)點(diǎn)的力矩之和，相應(yīng)的力臂值由圖3-1確定為：rb由圖3-1畫(huà)圖得，rb＝1.36m；rg＝1.99m；rd＝1.1m；rB＝0.325m；r1＝3.16m；r0＝2.05m把rb、rg、rd、rB、r1、r0代入式5-2得：</p><p><b>　　=4.15kN</b></p><p>

98、;　　取斗桿（帶斗）為隔離體，列出對(duì)鉸點(diǎn)B力矩平衡方程MB＝0，可求得斗桿液壓缸作用力（被動(dòng)狀態(tài)）。一般情況下，此力Pg與其閉鎖力值（按該液壓缸閉鎖壓力決定）相近。</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　式中　rb——由圖3-1畫(huà)圖得，rb =0.46m；r2=1.56m；rd=0.766m；r4=1.39m；r3=0.49m；</

99、p><p>　　把rb、r2、rd、r4、r3代入式(3-3)得：</p><p>　　Pg=0.46[41.718(1.56+0.766)+0.86×1.39＋2.23×0.49]</p><p><b>　　=45.69kN</b></p><p>　　鏟斗邊齒遇障礙時(shí)，橫向挖掘阻力Wk由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制

100、動(dòng)器承受，此力的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩，其值為：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　式中　r——橫向阻力Wk與回轉(zhuǎn)中心間的距離, 由CAD做圖得，r=1.28m；</p><p>　　MT——回轉(zhuǎn)平臺(tái)制動(dòng)器可承受的最大力矩，MT＝4925.3N·m。</p><p>　

101、　把r、MT代入式(3-4)得：</p><p>　　Wk=3.848kN</p><p>　　5計(jì)算位置Ⅱ圖3-2，條件為：</p><p>　　動(dòng)臂位于動(dòng)臂液壓缸對(duì)鉸點(diǎn)有最大作用力臂rBmax處；</p><p>　　斗桿液壓缸作用力臂最大；</p><p>　　鏟斗斗齒尖位于B、C兩鉸點(diǎn)連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上，或鏟斗位于

102、發(fā)揮最大挖掘力為置，正常挖掘，即挖掘阻力對(duì)稱(chēng)于鏟斗，無(wú)側(cè)向力作用。</p><p>　　此時(shí)工作裝置上的作用力僅為工作裝置的自重及斗齒上的作用力W1及W2。作用力的分析方法同上15</p><p><b>　　切向阻力：</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><

103、;b>　　法向阻力：</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　橫向挖掘阻力：</b></p><p>　?。骸?(3-7)</p><p>　　由圖3-1畫(huà)圖得，r6＝

104、0.423m；r7＝0.29m；r2＝0.14m；，rb＝1.52m；rg＝2.225m；rd＝1.36m；rB＝0.56m；r1＝2.8m；r0＝0.45m；lb=0.46m；l2=1.56m；ld=0.77m；R4=1.39m；r3=0.49m；r=1.22m；</p><p>　　圖3-1　斗桿計(jì)算位置Ⅰ</p><p>　　通過(guò)計(jì)算得出：W1＝63.51kN； W2＝6.45kN；

105、 Wk＝4.037kN。</p><p>　　根據(jù)以上位置的斗桿作用力分析，便可作出斗桿的內(nèi)力圖。對(duì)于計(jì)算位置Ⅰ，斗桿內(nèi)力圖包括斗桿軸向力N，斗桿平面內(nèi)、外的彎矩Mx、My和剪力Qx、Qy，以及扭矩Mkp；對(duì)于計(jì)算位置Ⅱ或Ⅱ′，斗桿內(nèi)力側(cè)僅有N，Mx、Qx。</p><p>　　斗桿受載荷最嚴(yán)重的那一側(cè)，危險(xiǎn)斷面為m-m。作用在這個(gè)截面中心上載荷有：</p><p>

106、;　　T2力可對(duì)斗齒取力矩平衡方程式來(lái)解得：</p><p>　　圖3-2　斗桿受力圖</p><p><b>　　=2.87kN</b></p><p>　　垂直平面內(nèi)的彎矩（y-z平面內(nèi)）：</p><p><b>　　=81.35kN</b></p><p>　　通過(guò)斗

107、桿中心垂直于yz平面的xz平面中的彎矩為：</p><p><b>　　=0.8kN·m</b></p><p><b>　　沿斗桿軸向拉力為：</b></p><p><b>　　=39.25kN</b></p><p>　　這樣斗桿危險(xiǎn)斷面上正應(yīng)力為：</p

108、><p><b>　　=83MPa<</b></p><p>　　式中　——許用應(yīng)力，?。?.85s；</p><p>　　F——斗桿梁的斷面積。</p><p>　　斗桿還應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面上的內(nèi)力進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，其應(yīng)力值為：</p><p><b>　　(3-8)</b>

109、</p><p>　　式中　Wx、Wy——截面對(duì)x-x軸、y-y軸的抗彎斷面系數(shù)；</p><p>　　Fm——斗桿梁橫斷面的毛面積；</p><p>　　——中心壓桿許用應(yīng)力折減系數(shù)，可根據(jù)斗桿梁的細(xì)長(zhǎng)比來(lái)定。</p><p><b>　　按下式求出：</b></p><p><b>

110、　　上式中用下式求出：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　式中　——斗桿的計(jì)算長(zhǎng)度；</p><p>　　——計(jì)算截面的最小回轉(zhuǎn)半徑；</p><p>　　——計(jì)算截面的最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　因此斗齒截面上的應(yīng)力：</p>

111、<p>　　=82.45MPa≤</p><p>　　對(duì)于承受扭力的單梁方型斷面斗桿，還要計(jì)算其扭力矩：</p><p>　　=63.51×0.4＋4.037×0.18</p><p>　　=26.13kN·m</p><p><b>　　其扭曲應(yīng)力為：</b></p>

112、<p><b>　　=</b></p><p>　　=120.97MPa≤</p><p>　　式中　a1、a1——單梁方型斷面相應(yīng)邊壁厚中心線(xiàn)距；</p><p>　　t——最薄處的壁厚。</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)算，該斗桿符合要求。</p><p><b>　　動(dòng)臂的計(jì)

113、算</b></p><p>　　反鏟裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度計(jì)算同樣應(yīng)按挖掘工作中對(duì)動(dòng)臂可能出現(xiàn)的最大載荷選定計(jì)算位置。除按電算結(jié)果進(jìn)行選擇外，一般近似計(jì)算可采用以下計(jì)算位置條件為：</p><p>　　1．動(dòng)臂位于最低（動(dòng)臂液壓缸全縮）；</p><p>　　2．斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)三點(diǎn)位</p><p>　　將支座A點(diǎn)

114、產(chǎn)總反力銨兩支座三個(gè)座標(biāo)方向分解。支座總反力RA分解為RAX和RAZ并平均分配作用于兩支座。橫向力Wk引起動(dòng)臂的彎矩和扭矩可用支座反力T和Q的形式來(lái)代替：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中　MZA——支座A處的橫向彎矩； </p

115、><p>　　MZA——支座A處的扭矩（即MXA）；</p><p>　　由于動(dòng)臂支座內(nèi)的側(cè)向間隙，橫向力Wk可能同其中一個(gè)分支座（左邊或右邊的）來(lái)承受。</p><p>　　這樣，距動(dòng)臂支座ln的截面NX的內(nèi)力可按下列各式求得：</p><p><b>　　垂直平面內(nèi)的彎矩：</b></p><p>

116、;<b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　橫向彎矩：</b></p><p><b>　　(3-12)</b></p><p><b>　　軸向力：</b></p><p><b>　　(3-13)</b><

117、;/p><p>　　整體彎曲動(dòng)臂對(duì)彎曲部分的斷面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮按曲梁進(jìn)行驗(yàn)算，即在彎曲平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　式中　F——斷面積；</p><p>　　r——斷面彎曲處的曲率半徑；</p><p>　　y——重心至計(jì)算點(diǎn)的

118、距離，該點(diǎn)在曲率中心與斷面重心之間為負(fù)，反之為正； </p><p>　　k——斷面形狀及曲梁曲率有關(guān)系數(shù)；</p><p>　　(積分范圍由斷面中心軸至最邊緣點(diǎn))對(duì)簡(jiǎn)單的幾何圖形(矩形圓形等)k為無(wú)窮級(jí)數(shù)，可以近似計(jì)算之，一般用替代，則；</p><p>　　動(dòng)臂計(jì)算位置Ⅱ，條件為：</p><p>　　動(dòng)臂位于動(dòng)臂液壓缸作用力臂最大值處（

119、rBmax）；</p><p>　　斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部軸部夾角90°時(shí)）；鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進(jìn)行正常挖掘。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)學(xué)期，是在大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，它將理論與實(shí)際結(jié)合在一起，即總結(jié)了大學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又給我們提供了應(yīng)用

120、所學(xué)知識(shí)和查閱有關(guān)資料的能力，是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和完善。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，突出體現(xiàn)了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展方向，同時(shí)，各學(xué)科的交叉與綜合顯得相當(dāng)明顯，這也是多學(xué)科發(fā)展的方向。本次設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)與其它類(lèi)型的挖掘機(jī)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用AutoCAD制圖設(shè)計(jì)，使計(jì)算更準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)更合理，充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。</p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)

121、計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何查閱資料，如何應(yīng)用已學(xué)的知識(shí)，深刻體會(huì)了所學(xué)知識(shí)的重要性，以及使所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)的整體的必要性，逐漸形成一套自己提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、最后解決問(wèn)題的整套思路。這些寶貴財(cái)富都會(huì)使自己在將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中受益匪淺。由于所學(xué)知識(shí)有限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏，因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)中難免存在缺陷與不足，懇請(qǐng)各位老師及評(píng)閱者批評(píng)指正，將在今后的學(xué)習(xí)和工作中進(jìn)行彌補(bǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&

122、lt;/b></p><p>　　閻書(shū)文．機(jī)械式液壓挖掘機(jī)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：35～41</p><p>　　王剛．天津工程機(jī)械研究所．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1976：64～72</p><p>　　吳拓．機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：78～97</p><p>　　張鐵．液壓挖掘