挖掘機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　挖掘機(jī)行業(yè)是工程機(jī)械行業(yè)的排頭兵，大型礦用挖掘機(jī)可以實(shí)現(xiàn)完全機(jī)械化,具有機(jī)械化自動(dòng)化程度高、斗容量大、環(huán)保性能好、挖掘效率高、進(jìn)度快、機(jī)動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，故在在冶金、能源、礦山等方面有廣泛的應(yīng)用。由于常常在野外和露天作業(yè)，工作環(huán)境十分惡劣，要求挖掘機(jī)的各個(gè)裝置既要結(jié)構(gòu)合理,性能安全可靠又要盡可能降低成本。</p>

2、<p>　　總體設(shè)計(jì)是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)中極其重要的環(huán)節(jié)，挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)說明書中所要求的規(guī)格及使用條件，合理的選擇機(jī)型、性能參數(shù)、整機(jī)尺寸及各主要部件的結(jié)構(gòu)形式并進(jìn)行合理布置。本文通過對(duì)挖掘機(jī)總體布置，機(jī)器外型尺寸的確定，動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置的確定，合理接地比壓的確定，提升、推壓、回轉(zhuǎn)、行走電動(dòng)機(jī)功率的確定，最小轉(zhuǎn)彎半徑的確定，鏟斗容量的計(jì)算、生產(chǎn)率的計(jì)算、平衡及配重的計(jì)算、工作裝置的受力分析等實(shí)現(xiàn)其對(duì)挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)。<

3、/p><p>　　本文還介紹了挖掘機(jī)國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)、挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作過程，動(dòng)臂結(jié)構(gòu)原理及其功能。使用AutoCAD2006軟件繪制挖掘機(jī)總體布置圖、動(dòng)臂焊接結(jié)構(gòu)圖及鏟斗、斗桿等零件圖。通過CATIA建立動(dòng)臂三維模型導(dǎo)入PRO/E中進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析，校核動(dòng)臂設(shè)計(jì)效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：礦用挖掘機(jī) 總體設(shè)計(jì) 工作裝置設(shè)計(jì) 有限元分析</p>&

4、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Excavator industry is the vanguard of the construction machinery industry, large-scale mining excavator can achieve full mechanization, with a high degree of me

5、chanization and automation, fighting capacity, performance and environmental protection, high efficiency, faster progress, good mobility and many other advantages, so it is widely used in broad places like Metallurgy, en

6、ergy, mining and other aspects of industry. As it is often work in wild and open-air, the negative working environment r</p><p>　　Collectivity Design Of 8m Mining Excavator is the important part of the over

7、all design process.Excavator design is according the design specification of the specifications and conditions which required of Design Manual to choice a reasonable models,general layout excavators, machine determine t

8、he size of appearance, Boom hinge location identification, reasonable ground pressure than the identification, upgrade, pushing pressure, rotation, the determination of operating motor power, the determi</p><p

9、>　　This paper describes the domestic and foreign development of excavators status and trends, as well as the composition and structure of the excavator's working process., the principle and function of the boom .

10、Using the AutoCAD2006 software to draw the excavator's overall layout, the structure of the welding boom and bucket and other part maps. Through the software of catia to estabishment three-dimensional model of streng

11、th and then put it into PRO/E to make the finite element analysis.</p><p>　　Key words: mining excavators, overall design, Collectivity design finite element analysis</p><p><b>　　目錄</b&g

12、t;</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)械式挖掘機(jī)概述簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外機(jī)械式挖掘機(jī)發(fā)展2</p><p>　　1.2.1 國外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)3</

13、p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的研究主要內(nèi)容、目的及意義4</p><p>　　第二章 機(jī)械式挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)原理6</p><p>　　2.1 機(jī)械式挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.2 機(jī)械式挖掘機(jī)工作原理6</p><p>　　2.3機(jī)械式挖掘機(jī)各部分的構(gòu)成7</p><p>　　2.

14、4 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)原理介紹7</p><p>　　2.4.1動(dòng)臂整體概述7</p><p>　　2.4.2 動(dòng)臂各部分功能概述8</p><p>　　第三章 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p><b>　　3.1概述11</b></p><p>　　3.2動(dòng)臂強(qiáng)度計(jì)算12</p&

15、gt;<p>　　3.3平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂的強(qiáng)度驗(yàn)算15</p><p>　　3.4平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂強(qiáng)度驗(yàn)算20</p><p>　　3.5平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)斗柄的強(qiáng)度計(jì)算23</p><p>　　第四章 挖掘機(jī)穩(wěn)定性分析及生產(chǎn)效率計(jì)算24</p><p>　　4.1挖掘機(jī)最小平衡重計(jì)算24</p><p>

16、;　　4.1.1確定允許的最小平衡重24</p><p>　　4.1.2確定合理的平衡重26</p><p>　　4.2挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算28</p><p>　　4.2.1 正常工作時(shí)最不利的情況29</p><p>　　4.2.2 挖掘機(jī)在工作面內(nèi)以最大挖掘力挖掘障礙的情況29</p><p>　　4.3

17、單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)率計(jì)算30</p><p>　　第五章 動(dòng)臂模型的建立及其有限元分析32</p><p>　　5.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介32</p><p>　　5.2 CATIA建立動(dòng)臂模型33</p><p>　　5.3 動(dòng)臂有限元分析34</p><p><b>　　5.4 結(jié)論34&l

18、t;/b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 機(jī)械式挖掘機(jī)概述簡(jiǎn)介</p><p>　　我國是一

19、個(gè)發(fā)展中國家，在遼闊的國土上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù)，而挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械。世界各國經(jīng)驗(yàn)表明，露天開礦由于可以采用大型采礦設(shè)備，故產(chǎn)量大，適應(yīng)對(duì)礦物日益增長的需求量的要求；漏填開采比井下開采效率高5~10倍，而成倍低1~2倍；基本建設(shè)速度快1倍，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采礦，生產(chǎn)安全、回采率高，經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　目前，國內(nèi)外大型露天礦山開采工藝，主

20、要有間斷式、連續(xù)式和半連續(xù)式三種。間斷式開采歷史悠久，技術(shù)發(fā)展比較成熟，它主要應(yīng)用的設(shè)備有鉆孔機(jī)械、單斗挖掘機(jī)、礦用自卸汽車或機(jī)車運(yùn)輸，其特點(diǎn)是裝載和運(yùn)輸都是間斷式作業(yè)。連續(xù)式開采用于煤礦，主要設(shè)備為斗輪挖掘機(jī)，皮帶運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和排土機(jī)。半連續(xù)式開采應(yīng)用于深凹露天礦山，其特點(diǎn)是挖掘裝載工作是間斷的，而后部運(yùn)輸是連續(xù)作業(yè)，漆樹要設(shè)備有單斗挖掘機(jī)、汽車、破碎機(jī)組、膠帶運(yùn)輸機(jī)和排土機(jī)等。</p><p>　　我國礦山

21、主要采用的是間斷式開采，而小龍?zhí)睹旱V用連續(xù)式開采。挖掘機(jī)是露天礦間斷式開采的主要設(shè)備，它達(dá)到完全機(jī)械化、效率高。據(jù)統(tǒng)計(jì)1臺(tái)1立方米的單斗挖掘機(jī)在四級(jí)土壤中挖掘功率相當(dāng)于400人的勞動(dòng)量；而1臺(tái)日產(chǎn)量為20萬立方米的斗輪挖掘機(jī)可以代替5~6萬人的勞動(dòng)量，可見其驚人的生產(chǎn)能力。</p><p>　　我國露天礦開采規(guī)模小，技術(shù)水平較低。目前小型露天礦主要設(shè)備是孔徑為150~200mm的潛孔鉆機(jī)和部分孔徑為250~310

22、mm的牙輪鉆機(jī)，斗容量為3~4立方米的單斗挖掘機(jī)，載重量為15、20、27.5t的自卸汽車。而年產(chǎn)量在1000萬t級(jí)的露天礦配套設(shè)備有250~310mm孔徑的牙輪鉆機(jī)，斗容量為10~16立方米的單斗挖掘機(jī)和載重量為100t的電動(dòng)輪自卸車。對(duì)于生產(chǎn)量大于1000萬t級(jí)到1500萬t級(jí)的電動(dòng)輪自卸車。</p><p>　　根據(jù)我國“七五”規(guī)劃，新建、擴(kuò)建后露天開采的六大煤礦、四大煤礦和兩個(gè)同礦工需要機(jī)械式單斗挖掘機(jī)8

23、~12立方米的41臺(tái)，16立方米的23臺(tái)，26立方米的26臺(tái)，14立方米正鏟液壓挖掘機(jī)12臺(tái)，其它配套有自卸汽車68~108t的141臺(tái)，154t自卸汽車251臺(tái)。但是，當(dāng)時(shí)我國挖掘機(jī)生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一要求。近幾十年我國過挖掘機(jī)行業(yè)和工程技術(shù)人員作出了巨大的努力，取得了很大的成就。露天煤礦開采配套設(shè)備中挖掘機(jī)是主要設(shè)備，在設(shè)備投資，經(jīng)濟(jì)效益上都起主導(dǎo)作用。</p><p>　　機(jī)械式單斗挖掘機(jī)是一種重要的工

24、程機(jī)械，它利用單個(gè)鏟斗挖掘和鏟裝土壤和石塊，被廣泛地應(yīng)用于土方施工中的挖土工作，礦山工程中的剝離表土工作，以及采掘礦石和裝載工作中。它對(duì)于減輕繁重的體力勞動(dòng)、加快施工速度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率能夠起到很大作用。 礦用挖掘機(jī)是具有悠久歷史的采裝設(shè)備，其特點(diǎn)是斗容量大，作業(yè)效率非常高。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外機(jī)械式挖掘機(jī)發(fā)展</p><p>　　1.2.1 國外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)</

25、p><p>　　工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家較多且系列齊全，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m3單斗挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展：</p><p>　　1. 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。挖掘機(jī)出現(xiàn)微型化、一機(jī)多用化方向發(fā)展。

26、</p><p>　　2. 迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。</p><p>　　3. 重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。</p><p>　　4. 更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命。</p>

27、<p>　　5. 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。</p><p>　　6. 迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)</p><p>　　我國的礦山工程機(jī)械起步于20世紀(jì)60年代中期，由當(dāng)初的測(cè)繪仿制發(fā)展到了目前的研制開發(fā)。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)資源產(chǎn)品的開采使用以規(guī)

28、?；?、高效化和清潔化為主要方向，建設(shè)大型礦業(yè)基地將成為煤炭行業(yè)發(fā)展，冶金工業(yè)也面臨礦山大型化和設(shè)備大型化的發(fā)展趨勢(shì)，這些使國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)挖掘機(jī)械的需求保持上升的態(tài)勢(shì)，促進(jìn)了國內(nèi)挖掘機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展。在徐挖、太重、柳工、三一等國內(nèi)挖掘機(jī)制造企業(yè)的努力下，外資品牌挖掘機(jī)一統(tǒng)天下的情況正在改善，不過露天礦山所使用的20至50立方米大型礦用挖掘機(jī)，一直全部為進(jìn)口或與外國公司合作生產(chǎn)的產(chǎn)品，其核心制造技術(shù)被國外公司所壟斷的局面還有待進(jìn)一步改善。&

29、lt;/p><p>　　面對(duì)外資咄咄逼人的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，徐挖努力加強(qiáng)與國內(nèi)同行彼此間的交流和合作，同時(shí)不斷從國外引進(jìn)世界尖端研發(fā)技術(shù)和研發(fā)手段，并與著名大學(xué)不斷合作研發(fā)，在挖掘機(jī)技術(shù)發(fā)展上作出了不少成果。太重作為我國最早生產(chǎn)制造大型礦用挖掘設(shè)備的企業(yè)，其大型挖掘機(jī)的研發(fā)經(jīng)歷了原始創(chuàng)新、合作制造和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新三個(gè)階段，發(fā)展步伐一直在國內(nèi)的前列。2006年以來太重成功的研制了具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的20m 、27m的挖掘機(jī)，

30、并在神華準(zhǔn)格爾能源有限公司投入使用，打破了國外公司在大型礦用機(jī)械的產(chǎn)品和技術(shù)壟斷，也使公司成為世界上少數(shù)幾個(gè)自主生產(chǎn)大型礦用機(jī)械的企業(yè)之一。</p><p>　　不過總的來說，目前我國機(jī)械與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家還有很大差距:產(chǎn)品檔次不高，質(zhì)量、可靠性較差;現(xiàn)有總體工藝裝備水平低；技術(shù)工人水平低，技能人才缺乏;自主開發(fā)能力弱等。我們還根據(jù)自身的實(shí)際情況，發(fā)展適合我國工程建設(shè)的機(jī)械，同時(shí)緊跟科技發(fā)展趨勢(shì)開發(fā)科技含量高的產(chǎn)

31、品，達(dá)到同國外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的目的。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的研究主要內(nèi)容、目的及意義</p><p>　　挖掘機(jī)和其他機(jī)器一樣，都是由許多零件，部件相互組合而成的一個(gè)整體。它的性能不僅決定于各個(gè)零件、部件設(shè)計(jì)的是否合理，而更主要的是決定于各部件性能的相互協(xié)調(diào)。換句話說，挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)的性能起著決定性的影響。如果設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)整機(jī)的全面考慮，即使各部件設(shè)計(jì)的良好的，但他們組合在

32、一起卻不一定能獲得良好的性能。</p><p>　　挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：</p><p>　　挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定；</p><p>　　挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案的確定；</p><p>　　動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)的確定；</p><p>　　各主要機(jī)構(gòu)的作用力、速度、功率等的分析計(jì)算；</p>&

33、lt;p>　　挖掘機(jī)生產(chǎn)率的計(jì)算；</p><p>　　挖掘機(jī)穩(wěn)定與平衡的計(jì)算；</p><p>　　繪出總圖和部件草圖。</p><p>　　長期以來我國挖掘機(jī)設(shè)計(jì)一直沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用經(jīng)驗(yàn)公式首先作出一系列可行方案，然后在這些方案中找出一個(gè)比較好的投入生產(chǎn)。這種方法工作量大，設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)質(zhì)量低，而且得出的方案也不一定是最優(yōu)方案。它已不能適應(yīng)現(xiàn)代挖

34、掘機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。在挖掘機(jī)設(shè)計(jì)過程中，機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定是一件非常復(fù)雜的工作，影響這些參數(shù)的因素也很多，所有這些參數(shù)之間相互制約，所以我們有必要采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作參數(shù)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、效率和競(jìng)爭(zhēng)能力。 </p><p>　　為適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國內(nèi)各廠家在引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，也積極地對(duì)其進(jìn)行消化吸收并進(jìn)而為更新?lián)Q代作準(zhǔn)備，力爭(zhēng)能夠自力更生地制造高效率、大容量的挖掘機(jī)來裝

35、備國民經(jīng)濟(jì)各部門。</p><p>　　大型礦用挖掘機(jī)主要配裝大型自卸車，用于大型露天礦的開采鏟裝，它以其作業(yè)效率高，作業(yè)能力強(qiáng)而成為大型露天礦開采的重要設(shè)備，在礦山開采和生產(chǎn)中的作用和地位十分重要。動(dòng)臂作為礦用機(jī)械式單斗挖掘機(jī)工作裝置的重要組成部分，本課題研究了它的結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法及程序?qū)崿F(xiàn)，設(shè)計(jì)完成后利用開發(fā)好的參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊，通過輸入一些關(guān)鍵的參數(shù)，在幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)大型礦用機(jī)械式單斗挖掘機(jī)動(dòng)臂的快速建模和

36、自動(dòng)裝配，為后期動(dòng)臂的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析提供模型，并可通過分析結(jié)果選擇更優(yōu)的參數(shù)輸入設(shè)計(jì)模塊，建立出優(yōu)化后的動(dòng)臂模型。避免了普通建模時(shí)耗時(shí)、重復(fù)的勞動(dòng)，大大節(jié)省了建模時(shí)間，同時(shí)利用該模塊也為產(chǎn)品的系列化開發(fā)提供了很大方便。</p><p>　　第二章 機(jī)械式挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　2.1 機(jī)械式挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2 機(jī)械式挖掘機(jī)工作原理

37、</p><p>　　正鏟工作裝置主要由動(dòng)臂、斗柄、鏟斗和推壓軸組成。</p><p>　　動(dòng)臂下端鉸接于平臺(tái)上，上端通過滑輪用變幅鋼繩保持其固定位置，調(diào)節(jié)變幅鋼繩長短，可調(diào)整動(dòng)臂的傾角。鏟斗提升鋼繩，下降則靠鏟斗自重。為保證挖掘，推壓軸能夠推出斗柄，斗柄也可以繞推壓軸轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　工作時(shí)，鋼繩提升鏟斗，同時(shí)推壓軸把斗柄推向工作面。鏟斗提升也推壓同時(shí)動(dòng)

38、作，在運(yùn)動(dòng)中使斗子裝滿鐵礦石，然后離開工作面，回轉(zhuǎn)到卸載處，卸載后再回到工作面開始下一次的挖掘工作。在工作中可以調(diào)節(jié)斗柄的伸縮量，以調(diào)整鏟斗位置，以便挖掘或卸載。卸載是打開斗底，鐵礦石靠自重卸出。</p><p>　　2.3機(jī)械式挖掘機(jī)各部分的構(gòu)成</p><p>　　工作裝置 包括挖掘土壤的鏟斗和支持鏟斗的構(gòu)件，后者是動(dòng)臂以及把鏟斗和動(dòng)臂連起來的構(gòu)件（斗柄、推壓機(jī)構(gòu)或鋼絲繩等）。<

39、;/p><p>　　支撐行走裝置 支撐整個(gè)機(jī)體，保證機(jī)器的運(yùn)行，在中小型單斗挖掘機(jī)中，用輪胎或雙履帶行走裝置，在大型單斗挖掘機(jī)中，用步行式行走裝置或四履帶、八履帶行走裝置。</p><p>　　動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu) （提升機(jī)構(gòu)、推壓機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂起升機(jī)構(gòu)、斗底開啟機(jī)構(gòu)）、操縱裝置、潤滑裝置、及其他附屬設(shè)備。</p><p>　　2.4 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)原理介紹</

40、p><p>　　2.4.1動(dòng)臂整體概述</p><p>　　動(dòng)臂一般采用全焊接結(jié)構(gòu)，動(dòng)臂在滿足其功能的前提下，要求其自身重量應(yīng)足夠輕；當(dāng)挖掘材質(zhì)堅(jiān)硬的礦物時(shí)，動(dòng)臂自身重量又應(yīng)應(yīng)足夠重。為了盡可能較好協(xié)調(diào)地滿足這兩方面的要求，現(xiàn)在人們通常采用經(jīng)過有效鍛造后再用回火工藝處理過的高強(qiáng)度合金鋼制成合適的板材，經(jīng)過焊接制成動(dòng)臂。目前國內(nèi)外的大型機(jī)械式挖掘機(jī)如P&H公司生產(chǎn)的2800XP、4100

41、XP，太重生產(chǎn)的WK-27、WK-35大體都采用如圖所示的外形，從整體結(jié)構(gòu)來看，它具有對(duì)稱形式的結(jié)構(gòu)，在空間上關(guān)于XC-ZC平面對(duì)稱。從XC-ZC平面內(nèi)來看，動(dòng)臂采用了中心線是直線（支撐踵鉸孔－推壓軸孔－天輪安裝鉸孔三者的連線），中部（推壓軸孔附近）加強(qiáng)，變斷面，下弦突出的魚腹式結(jié)構(gòu)，這種魚腹式結(jié)構(gòu)具有很大強(qiáng)度和良好的扭轉(zhuǎn)剛度。從XC-YC平面內(nèi)來看，動(dòng)臂是單梁箱形結(jié)構(gòu)，支撐踵的鉸軸孔（支撐踵兩個(gè)鉸孔）分開一段距離，以便幫助動(dòng)臂承受機(jī)身

42、回轉(zhuǎn)時(shí)所受的慣性力和斗桿作用在動(dòng)臂上的扭轉(zhuǎn)作用力。</p><p>　　2.4.2 動(dòng)臂各部分功能概述</p><p>　　2.4.2.1 動(dòng)臂中部</p><p>　　動(dòng)臂中部主要有推壓軸齒輪箱箱體的下箱體、推壓軸支撐套，推壓軸孔支撐板等結(jié)構(gòu)。</p><p>　　推壓軸齒輪箱箱體的下箱體和推壓軸齒輪箱上箱體相連接配合組成整個(gè)推壓軸齒輪箱

43、用以安裝容納推壓傳動(dòng)部分的所有齒輪，為推壓傳動(dòng)齒輪提供良好的工作環(huán)境。</p><p>　　推壓軸支撐套用于安裝推壓軸軸承和推壓軸等零部件，通過推壓軸齒輪箱內(nèi)的齒輪把動(dòng)力傳遞給推壓軸，推壓軸帶動(dòng)其上所安裝的推壓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使裝有和推壓齒輪相配合齒條的斗桿產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　圖 3.2</b></p><p>　　推壓軸

44、孔支撐板主要用于支撐推壓軸支撐套，承受由推壓齒輪傳給推壓軸再由推壓軸傳給推壓軸支撐套的力。</p><p>　　2.4.2.2 動(dòng)臂頂端</p><p><b>　　圖 3.3</b></p><p>　　動(dòng)臂頂端有天輪支撐套、小側(cè)板以及繃?yán)K連接孔等結(jié)構(gòu)。天輪支撐套用以安裝天輪，在兩個(gè)天輪支撐套內(nèi)裝上合適的錐形滾軸軸承，然后將天輪安裝在其支

45、撐軸上，支撐軸再通過錐形滾軸軸承裝到動(dòng)臂上。小側(cè)板用于增加動(dòng)臂頂端的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也起著將動(dòng)臂頂端封住，使動(dòng)臂成為一個(gè)完整箱體的作用。小側(cè)板和動(dòng)臂側(cè)板末端外伸，在小側(cè)板和側(cè)板末端外伸部分的合適位置開出四個(gè)繃?yán)K連接孔，用于安裝把動(dòng)臂和A形架相連接的繃?yán)K。</p><p>　　2.4.2.3 動(dòng)臂根部</p><p>　　動(dòng)臂根部是動(dòng)臂和挖掘機(jī)機(jī)身相連接的部分，這部分主要有兩個(gè)分開一定距離

46、的支撐踵（參見圖3.4），支撐踵分開一定的距離有利于增加機(jī)身回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂對(duì)慣性力的克服，使動(dòng)臂和機(jī)身的連接更加牢固、安全、可靠。</p><p><b>　　圖 3.4</b></p><p>　　2.4.2.4 動(dòng)臂的其他部分</p><p><b>　　圖 3.5</b></p><p>　

47、　如圖3.5，在動(dòng)臂的內(nèi)部，沿著動(dòng)臂的長度方向有一系列有一定間距的橫隔板，這些隔板和動(dòng)臂的上板、下板以及兩塊側(cè)板焊接在一起。采用這種結(jié)構(gòu)的動(dòng)臂具有足夠的抵抗軸向撓曲和沿軸線垂直方向扭轉(zhuǎn)的能力，并具有很高的強(qiáng)度。為了減輕橫隔板的重量從而減輕大臂的重量，將隔板受力極小甚至不受力的中間部分挖空，以達(dá)到目的。</p><p>　　在動(dòng)臂的兩側(cè)面下部還有一個(gè)小箱體，該小箱體是由高強(qiáng)度和耐磨的合金鋼焊接制成，內(nèi)部也具有相應(yīng)的

48、小橫隔板（如圖3.6所示），它的主要作用是動(dòng)臂在中心軸垂直方向的最遠(yuǎn)處保持很大的強(qiáng)度和剛度，這樣使在動(dòng)臂整體上得到了剛度大強(qiáng)度好重量也比較輕的效果。同時(shí)，耐磨的小箱體能對(duì)側(cè)面的斗桿起支撐作用，它擁有的可替換的耐磨側(cè)板可以減少因斗桿的摩擦使動(dòng)臂產(chǎn)生的摩擦損壞。</p><p>　　圖 3.6 小箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　第三章 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><

49、;p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)為正鏟工作裝置的設(shè)計(jì)問題。正鏟工作裝置主要由動(dòng)臂、斗桿、斗子的部件組成。</p><p>　　計(jì)算工作裝置的強(qiáng)度，首先要確定計(jì)算載荷，計(jì)算載荷的大小，視其工作位置而定，所以，需要確定工作裝置個(gè)部分最不利的工作狀況，以下簡(jiǎn)稱為工況。確定計(jì)算載荷的工況規(guī)則是：挖掘機(jī)在最重級(jí)土壤中工作狀況（指設(shè)計(jì)提出的

50、工作土壤級(jí)別），并由最不利的聯(lián)合載荷作用。</p><p>　　一般正鏟工作裝置受力有：斗子滑輪上最大提升力Ftimax;推壓軸出最大推壓力Ftu;由于斜切礦石或者接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的作用于側(cè)邊一個(gè)齒上的側(cè)向作用力Fk;在斗齒傷作用的挖掘反力F1，F(xiàn)2。F1只能由提升力Ftimax產(chǎn)生，F(xiàn)2只能由Ftu及斜切礦巖產(chǎn)生。</p><p>　　加長了的工作裝置（長臂挖掘機(jī)），除了在挖掘，在重斗、

51、斗柄全伸出回轉(zhuǎn)，并以最大角加速度制動(dòng)時(shí)，動(dòng)臂、斗桿可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況也應(yīng)定位強(qiáng)度鹽酸的工況，同時(shí)要考慮動(dòng)載荷的作用。</p><p>　　在計(jì)算工作裝置的各部件時(shí)，由于采用的工況不同，鏟斗提升力和推壓力也不同，所以計(jì)算載荷的大小要根據(jù)船東形式，挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)及載荷的作用情況而改變。</p><p>　　根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算理論，工作裝置的計(jì)算可分為以下幾個(gè)步驟：</p><p>

52、;<b>　　（1）確定工況</b></p><p>　?。?）根據(jù)工況確定計(jì)算載荷的簡(jiǎn)圖，注明各力的作用方向及必要尺寸；</p><p>　　（3）各力求值，在工作狀態(tài)時(shí)Ftimax及Ftu由發(fā)動(dòng)機(jī)功率求出，而其他各力由受力簡(jiǎn)圖解析求出；</p><p>　?。?）確定計(jì)算部件最危險(xiǎn)斷面；</p><p>　?。?）確

53、定危險(xiǎn)斷面上的載荷；</p><p>　?。?）求出危險(xiǎn)斷面上的應(yīng)力。</p><p><b>　　3.2動(dòng)臂強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　此種工況為動(dòng)臂受力最大位置，其受力情況是：斗柄全部伸出，其方向垂直于動(dòng)臂的中心線，此時(shí)鏟斗進(jìn)行挖掘，動(dòng)臂受力最嚴(yán)重。因?yàn)榇藭r(shí)推壓力和動(dòng)臂自重造成的彎矩最大，而提升力及變幅鋼繩拉力S對(duì)動(dòng)臂造成軸向壓力

54、最大；側(cè)向力造成扭力也接近最大值。</p><p>　　按此工況，動(dòng)臂受力如圖：</p><p>　　圖 挖掘時(shí)動(dòng)臂受力圖</p><p>　　取動(dòng)臂為脫離體，動(dòng)臂所受的力有：</p><p>　　Q，提升力，對(duì)多機(jī)驅(qū)動(dòng)取最大提升力；</p><p>　　，與Q相適應(yīng)的提升卷筒周邊鋼繩的拉力</p>

55、<p>　　，最大推壓力反力，方向朝鏟斗，垂直于動(dòng)臂軸線；</p><p>　　，動(dòng)臂的重量，作用于動(dòng)臂的重心處；</p><p><b>　　S，變幅鋼繩的拉力</b></p><p>　　，，支踵處的支座反力沿x，y軸方向的分力</p><p>　　是鏟斗自重，是斗柄自重，挖掘阻力W對(duì)動(dòng)臂的影響不大，可

56、以忽略不計(jì)</p><p><b>　　各力的確定：</b></p><p>　　，是由已經(jīng)選出的電機(jī)功率確定的</p><p>　　提升電機(jī)性能參數(shù)： ，，2臺(tái)。傳動(dòng)比，額定力矩Me=3356.811牛/米，堵轉(zhuǎn)。卷筒直徑1.6米，經(jīng)計(jì)算得最大提升力：</p><p><b>　　931KN</b>

57、;</p><p>　　卷筒周邊拉力是根據(jù)鏟斗提升力Q按下式確定:</p><p><b>　　Q=a (N)</b></p><p>　　式子中： ——滑輪組的效率</p><p><b>　　a——提升滑輪倍率</b></p><p>　　取=0.97，a=1，則 ==

58、931KN</p><p>　　鏟斗側(cè)齒上作用力用下式計(jì)算：</p><p><b>　　= （牛）</b></p><p>　　式子中 ——回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中制動(dòng)器的制動(dòng)力矩（）</p><p>　　——回轉(zhuǎn)中心到斗齒尖的距離 ,米</p><p>　　i——從制動(dòng)器回轉(zhuǎn)軸到齒圈的傳動(dòng)比；</

59、p><p><b>　　——回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的效率</b></p><p>　　式子中 M=66702=13340 （），=15.2799 （），i=267.77，=0.85</p><p>　　則 =1.72 （牛）</p><p>　　變幅鋼繩的拉力S，可根據(jù)系統(tǒng)平衡方程式計(jì)算得到，根據(jù)圖，對(duì)支踵處列平衡方程式，,則得到<

60、;/p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　式子中 ， =，=，=5.956米，=13米，T=650N，=4.61×105 N</p><p>　　代入數(shù)值得: S=1.402318 N</p><p>　　3.3平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂的強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>

61、;　　此種工況下，斗柄全伸出，方向處于水平，斗內(nèi)裝滿物料回轉(zhuǎn)。</p><p>　　因?yàn)楫?dāng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，發(fā)生離心力，造成動(dòng)臂的附加載荷，取上述工況是以滿載和以最大回轉(zhuǎn)半徑為出發(fā)點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于加長了的工作裝置更為重要。</p><p>　　平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂的受力情況如圖所示:</p><p>　　圖 1—2 平臺(tái)回轉(zhuǎn)

62、動(dòng)臂受力圖</p><p>　　在回轉(zhuǎn)時(shí)，挖掘機(jī)已經(jīng)停止挖掘，提升鋼繩只是支持鏟斗，斗中礦石及部分斗柄的重量。此時(shí)，提升系統(tǒng)處于制動(dòng)狀態(tài)，該系統(tǒng)所受的力有：提升鋼繩拉力Q；提升卷筒周邊拉力；推壓軸處反力,；變幅鋼繩拉力S。</p><p>　　為了計(jì)算此種情況下整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況，把系統(tǒng)的自重及重量造成的各力與慣性力和離心力造成的各力值分別計(jì)算。并以S′表示由自重造成的變幅拉力，S〞表示由

63、離心力造成的變幅拉力；以T1′表示自重造成的在推壓軸的水平反力，以T1〞表示離心力造成的推壓軸處的水平反力，則總的推壓軸處水平分力和變幅拉力如下：</p><p>　　T1=T1′+T1〞</p><p><b>　　S=S′+S〞</b></p><p><b>　　各力求值：</b></p><p&

64、gt;　　現(xiàn)在根據(jù)受力簡(jiǎn)圖，計(jì)算靜態(tài)各力值，列出斗柄的平衡條件，對(duì)推壓軸處取,忽略f的值，則</p><p>　　解得 Q= </p><p>　　代入數(shù)值得： Q=6.7573 N </p><p>　　由于提升鋼繩處于制動(dòng)狀態(tài)，則作用力可寫為</p><p>　　=

65、 </p><p><b>　　綜合上面的式子可得</b></p><p><b>　　==6.96 N</b></p><p>　　式中 —?jiǎng)颖垌敳炕喌男?lt;/p><p>　　以斗柄為脫離體，求推壓軸處反力T1′。以水平投影，則</p&

66、gt;<p><b>　　T1′=</b></p><p>　　解得 T1′=4.785×105 N</p><p>　　求推壓軸處另一反力T2（扶柄套對(duì)斗柄反力），可對(duì)垂直斗柄軸向投影</p><p>　　解得 =</p><p><b>　　有：&l

67、t;/b></p><p>　　= =9.578.3259 N </p><p>　　同理，取動(dòng)臂為脫離體，對(duì)支踵處取，得變幅拉力</p><p><b>　　+ </b></p><p>　　代入數(shù)值得 =1.04 N

68、 </p><p>　　下面計(jì)算由于離心力而產(chǎn)生的，T1〞 </p><p>　　假設(shè)動(dòng)臂，斗柄的質(zhì)量為沿其長度方向上均勻分布，鏟斗及礦物重量當(dāng)成集中載荷，并作用在鏟斗重心處，則鏟斗及礦石的離心力為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　代入數(shù)值得： =3.8 N</p&g

69、t;<p>　　此力對(duì)支踵處的力矩為</p><p><b>　　= </b></p><p>　　=14.26 N*m</p><p>　　式中 ——平臺(tái)回轉(zhuǎn)角速度</p><p>　　r、、、f如圖所示。</p><p>　　設(shè)斗柄的離心力為，則</p>&

70、lt;p><b>　　=1.0 N</b></p><p>　　此力對(duì)動(dòng)臂支踵處的力矩為 </p><p><b>　　=3.21 N*m</b></p><p>　　同理，動(dòng)臂的離心力為</p><p><b>　　=1.4 N</b></p><

71、;p>　　此力對(duì)動(dòng)臂支踵處的力矩為</p><p><b>　　=1.06N*m</b></p><p>　　由上述各離心力對(duì)動(dòng)臂變幅鋼繩附加拉力可用=0，求得</p><p><b>　　=3.1 N</b></p><p>　　由離力力造成推壓軸處反力</p><p&g

72、t;　　=4.1×104 N</p><p>　　T1〞為離心力反力，與T1′方向相反，則推壓軸處反力為 T1= T1′-T1〞，</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，有：</b></p><p>　　T1=4.9×105N</p><p>　　變幅繩中總拉力為S=S′+S〞。</p>

73、<p><b>　　則總的變幅拉力為</b></p><p><b>　　S=</b></p><p>　　=1.04=1.07 （N）</p><p>　　3.4平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　此種工況下，斗柄全伸出，方向處于水平，斗內(nèi)裝滿物料回轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)中啟動(dòng)和制動(dòng)。&l

74、t;/p><p>　　因?yàn)楫?dāng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，發(fā)生慣性力和離心力，造成動(dòng)臂的附加載荷，取上述工況是以滿載和以最大回轉(zhuǎn)半徑為出發(fā)點(diǎn)。</p><p><b>　　==8.0 N</b></p><p><b>　　+ </b></p><p>　　代入數(shù)值得 =1.04 N

75、 </p><p>　　考慮平臺(tái)在回轉(zhuǎn)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)慣性力時(shí)的動(dòng)臂強(qiáng)度計(jì)算，此時(shí)的慣性力是由于鏟斗，礦石，斗柄和動(dòng)臂的質(zhì)量引起的。</p><p>　　鏟斗與礦石產(chǎn)生的慣性力的計(jì)算：</p><p>　　把礦石與鏟斗的重量看成是集中載荷，作用在鏟斗的重心處。此時(shí)產(chǎn)生的慣性力為</p><p>　　=4.1×104 N</p

76、><p>　　式中， εmax—平臺(tái)回轉(zhuǎn)的最大角加速度。</p><p>　　此慣性力對(duì)m—m截面造成的力矩為</p><p>　　=4.51×105 N*m</p><p>　　此力矩作用在水平面上，現(xiàn)將其分解為垂直動(dòng)臂中心線平面上作用的扭矩和通過動(dòng)臂中心線而垂直于y—y軸平面上的彎矩，則</p><p>&

77、lt;b>　　＝</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　對(duì)于動(dòng)臂支踵處n—n截面上的扭矩與相同，而彎矩發(fā)生變化，其值為</p><p><b>　　＝＋</b></p><p>　　可見，多了一項(xiàng)由慣性力造成的彎矩。</p><p&

78、gt;<b>　　斗柄慣性力的計(jì)算：</b></p><p>　　我們認(rèn)為斗柄質(zhì)量均勻分布在斗柄的全長上，其慣性力為</p><p>　　=2.80×104 N</p><p>　　此力在m—m截面上造成的彎矩為</p><p>　　=1.584×105 N*m</p><p>

79、;　　此慣性力矩也作用在水平面內(nèi)，也要分解為垂直于動(dòng)臂中心線的平面內(nèi)的和中心線垂直于y—y軸平面內(nèi)的彎矩，其值為</p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　而對(duì)于支踵處的n—n截面來說，其扭矩不變，仍為；而彎矩發(fā)生變化為</p><p>&l

80、t;b>　　＝＋</b></p><p>　　可見，多了一項(xiàng)由斗柄慣性力造成的彎矩。</p><p>　　動(dòng)臂慣性力作用的計(jì)算：</p><p>　　我們認(rèn)為動(dòng)臂的質(zhì)量均勻分布在全動(dòng)臂長度上，動(dòng)臂的慣性力為</p><p>　　= 5.11×104 N　</p><p>　　此力對(duì)m—m截面

81、造成的彎矩為</p><p>　　=2.42×105 N*m</p><p>　　同理，此力對(duì)n—n截面造成的彎矩為</p><p>　　=1.81105 N*m</p><p><b>　　動(dòng)臂強(qiáng)度驗(yàn)算：</b></p><p>　　平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)臂強(qiáng)度驗(yàn)算的危險(xiǎn)截面為m—m，n—n兩截

82、面，在這兩個(gè)截面上都必須進(jìn)行垂直平面的離心力、自重所造成的載荷，和水平面內(nèi)的慣性力所造成的載荷同時(shí)作用進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。</p><p><b>　　Mpa</b></p><p>　　在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，故強(qiáng)度條件符合要求。</p><p>　　3.5平臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)斗柄的強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　平臺(tái)回轉(zhuǎn)中的起動(dòng)、制動(dòng)對(duì)斗柄

83、的危險(xiǎn)工況和計(jì)算強(qiáng)度的動(dòng)臂的工況完全相同，即動(dòng)臂位于最小傾角，斗內(nèi)裝滿礦石，斗柄位于推壓軸的高度水平方向，且斗柄全部伸出時(shí)發(fā)生起動(dòng)和制動(dòng)。</p><p>　　由于鏟斗自重、礦石重、離心力等造成在垂直平面內(nèi)的載荷，按計(jì)算動(dòng)臂的方法進(jìn)行；在水平面內(nèi)的慣性載荷，則按計(jì)算動(dòng)臂慣性載荷的方法進(jìn)行。</p><p>　　由于Gd，Gtu，Gb在斗柄支座處產(chǎn)生的橫向反作用力F可由下式求得：</p

84、><p>　　F=Ftu+Fd+Fb</p><p>　　其中Ftu——由礦石產(chǎn)生的慣性力</p><p>　　Fd——有鏟斗產(chǎn)生的慣性力</p><p>　　Fb——由斗柄產(chǎn)生的慣性力</p><p>　　考慮到斗柄推壓齒條橫向間隙，認(rèn)為在雙梁斗柄中F力由一個(gè)斗柄梁來承擔(dān)，F(xiàn)力使此側(cè)斗柄受彎矩。</p>&

85、lt;p>　　除此之外，F(xiàn)力對(duì)于推壓軸處，還造成一個(gè)慣性力矩，此力矩使一個(gè)斗柄梁受拉，另一個(gè)受壓，此拉力為</p><p><b>　　F==3.4N</b></p><p>　　由于斗柄的下邊緣上，所以在yz平面內(nèi)產(chǎn)生的附加彎矩</p><p><b>　　Myz=</b></p><p>

86、　　在xz平面內(nèi)m-m截面彎矩為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)可得出其m-m截面彎矩為Mxz=3.4×105 N*m</p><p>　　第四章 挖掘機(jī)穩(wěn)定性分析及生產(chǎn)效率計(jì)算</p><p>　　4.1挖掘機(jī)最小平衡重計(jì)算</p><p>　　

87、4.1.1確定允許的最小平衡重</p><p>　　允許的最小平衡重，同樣亦是當(dāng)工作裝置處在對(duì)滿足第一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)平衡條件最不利的位置下確定的。這個(gè)位置是：</p><p>　　動(dòng)臂與機(jī)器所在水平成最小傾角；</p><p>　　鏟斗位于挖掘完了，將要開始回轉(zhuǎn)的位置，斗柄推出量是最大值（q>1.5l立方米時(shí)用全推出量）；q在1.0~1.5立方米時(shí)用2/3推出量，q&

88、lt;1.0立方米時(shí)用1/2推出量）。</p><p>　　假定轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的機(jī)構(gòu)、平衡重以及工作裝置的重力的合力通過n點(diǎn)，此時(shí)，前部支撐滾子上的支反力為Fkn=G1+Gbi+Gb+Gd+tu+Gpmin</p><p>　　各重力對(duì)n點(diǎn)的平衡力矩方程式為</p><p>　　Gpmin（Rp+En）+G1（R1+En）=Gbi（Rbi-En）+Gb（Rb-En）+

89、Gd+tu（Rd+tu—En）</p><p><b>　　式中Gb：斗柄重力</b></p><p>　　Gd+tu：滿載斗的重力</p><p>　　Gpmin：允許的最小平衡重</p><p>　　Rd+tu：在計(jì)算推出量的條件下，都和土壤重力對(duì)oy軸的力臂。</p><p>　　根據(jù)方程式

90、Gpmin（Rp+En）+G1（R1+En）=Gbi（Rbi-En）+Gb（Rb-En）+Gd+tu（Rd+tu—En），可求出滿足第一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)平衡條件的允許的最小平衡重</p><p><b>　　令式中Mn=</b></p><p>　　Mn為在計(jì)算推出量的條件下，帶有滿載斗的工作裝置的重力對(duì)點(diǎn)n的傾覆力矩，單位為Nm。</p><p>　　

91、則上式可簡(jiǎn)化為：Gpmin==3.01*N</p><p>　　4.1.2確定合理的平衡重</p><p>　　在工作裝置參數(shù)，工作裝置重力，以及轉(zhuǎn)臺(tái)制成圓盤尺寸比較合適的條件下，應(yīng)當(dāng)是GpmaxGpmin</p><p>　　若得出GpmaxGpmin，這說明支撐圓臺(tái)軌道尺寸太小，工作裝置尺寸過大工作裝置過重。</p><p>　　若得出G

92、pmin0，Gmax0，則說明工作裝置過輕或尺寸過小，要適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)。</p><p>　　根據(jù)第二個(gè)挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的平衡條件，確定合理的平衡重。當(dāng)斗柄帶空、滿斗處于所有可能位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)上的全部機(jī)構(gòu)和工作裝置的合力，對(duì)中央樞紐有同樣的或幾乎同等的位移。</p><p>　　合理的平衡重可以根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)上的所有機(jī)構(gòu)以及工作裝置的重力對(duì)回轉(zhuǎn)軸心線oy的力矩恒等條件確定，此時(shí)應(yīng)當(dāng)選用兩個(gè)

93、力矩的平均值為傾覆力矩。</p><p>　　Mp=(Mj0+Mbi0)/2</p><p>　　式中：Mj0——帶有處于計(jì)算推出量（但不大于0.75斗柄行程）條件下的滿斗的工作裝置，對(duì)oy軸心線的傾覆力矩。</p><p>　　Mbi0——?jiǎng)颖蹖?duì)同一軸心線的傾覆力矩</p><p>　　對(duì)oy軸心線的力矩平衡方程式為GpRp+G1R1-Fk

94、xEx= </p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)平衡的條件知：En=Ex；指點(diǎn)的反左右力將彼此相等。即：</p><p><b>　　Fkx=Fkn</b></p><p>　　FkxEx=FknEn</p><p><b>　　此時(shí)</b></p><p>　　滿足這個(gè)條件的平衡重

95、值，可根據(jù)Mp=(Mj0+Mbi0)/2求出</p><p>　　Gp==2.71*N</p><p>　　用上述方法求出的平衡重值應(yīng)當(dāng)滿足條件：GpminGpGpmax</p><p>　　然后用確定在兩個(gè)極端情況下，轉(zhuǎn)臺(tái)和工作裝置合理的位移的方法，對(duì)求得的合理平衡重作最后的檢查。這兩個(gè)極端的情況是：</p><p>　　開始挖掘前的位置，

96、此時(shí)鏟斗靠在地面上，鏟斗的重量Gd和斗柄重量從傾覆力矩中除去； </p><p>　　當(dāng)裝滿的顫抖處于計(jì)算推出量時(shí)（不超過0.75斗柄行程）</p><p>　　轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)上的所有機(jī)構(gòu)和處于位置的工作裝置的重力的合力</p><p>　　F1=G1+Gp+Gbi</p><p>　　在位置1時(shí)，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)部分的傾覆力矩用下式確定：</p

97、><p>　　M1=G1R1+GpRp-GbiRbi</p><p>　　知道了合力和等效傾覆力矩之后，就可以求出合力對(duì)中心軸的位移</p><p>　　當(dāng)工作裝置處于位置2時(shí)，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)部分的合力、傾覆力矩和位移各為：</p><p>　　F2=G1+Gp+Gbi+Gb+Gd+tu</p><p>　　M2=G1R1+G

98、pRp-GbiRbi-GbRb-Gd+tuRd+tu</p><p><b>　　=1.05</b></p><p>　　若符合=（1.0~1.1）的條件，就可以把上面求得的平衡重當(dāng)作最后的也是最合理的平衡重采用之，至于和的偏差，只許大5~10% 。</p><p>　　當(dāng)不符合=（1.0~1.1）時(shí)，就可能有兩種情況</p>&

99、lt;p>　　=（1.0~1.1），平衡重小，因此要增加它</p><p>　　=（1.0~1.1），平衡中大，因此要減少它</p><p>　　而=1.05，1.05位于1.0 ~ 1.1之間，故平衡重取得較為合適。</p><p>　　4.2挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算</p><p>　　單斗挖掘機(jī)的穩(wěn)定性是保證其正常工作整機(jī)不發(fā)生傾覆的重

100、要的條件。挖掘機(jī)穩(wěn)定性常以穩(wěn)定性系數(shù)K表示。所謂穩(wěn)定性系數(shù)，就是指挖掘機(jī)在某一位置下，賦予傾覆軸線的復(fù)原力矩Mj與傾覆Mq之比，顯然應(yīng)該大于1，即：</p><p><b>　　K=</b></p><p>　　對(duì)于機(jī)械式單斗挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算，要考慮到兩種情況：</p><p>　　挖掘機(jī)在行走、回轉(zhuǎn)和停止時(shí)，只要受到重力、離心力等作用時(shí)的穩(wěn)

101、定性叫做機(jī)身穩(wěn)定性，應(yīng)滿足K的條件。</p><p>　　挖掘機(jī)在挖掘作業(yè)時(shí)，受到土壤對(duì)挖掘的反作用力，這是穩(wěn)定性允許低一些 ，叫做工作穩(wěn)定性，應(yīng)滿足K的條件。</p><p>　　在設(shè)計(jì)挖掘機(jī)時(shí)，必須進(jìn)行兩次穩(wěn)定性計(jì)算。在確定了最大提升力、工作裝置的尺寸、估算的各部件的重力和支撐面的面積等基本參數(shù)，立即進(jìn)行穩(wěn)定性初步計(jì)算，這種穩(wěn)定性計(jì)算可以用來校核所取的基本參數(shù)。在挖掘機(jī)的基本參數(shù)、結(jié)構(gòu)

102、尺寸和基本部件的精確計(jì)算之后，急性最后的或者檢驗(yàn)性的穩(wěn)定性計(jì)算。</p><p>　　在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，要考慮動(dòng)臂所處的位置，有下面三種情況</p><p>　　動(dòng)臂的方向平行于履帶，它的傾覆軸線是兩個(gè)履帶的最前滾輪和土壤的接觸點(diǎn)的連線O1~O2，而且a1=L/2。</p><p>　　動(dòng)臂垂直于履帶，它的傾覆軸線是連接一側(cè)履帶支撐滾輪外緣的直線O2-O2，且a2

103、=B/2。</p><p>　　動(dòng)臂處于履帶的對(duì)角線方向，其傾覆軸線是O3-O3，此直線與動(dòng)臂在水平面上的投影相互垂直，并通過前滾輪于履帶環(huán)之最外接觸點(diǎn)，而且=。</p><p>　　以上三種情況，第二種情況最危險(xiǎn)，因?yàn)閍2小于a1和a3，此時(shí)的支持極底最小。</p><p><b>　　正鏟挖掘機(jī)的穩(wěn)定性</b></p><

104、;p>　　正鏟挖掘機(jī)的穩(wěn)定性，要按以下四種情況進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　4.2.1 正常工作時(shí)最不利的情況</p><p>　　斗柄最大外伸，相當(dāng)于挖掘結(jié)束，鏟斗內(nèi)裝滿土，使鏟斗離開工作面，推壓機(jī)構(gòu)被制動(dòng)，這時(shí)有可能對(duì)于軸線O2-O2發(fā)生傾覆，履帶下面的支撐面處于水平位置。</p><p>　　Mq=(Gd+Gtu)(m+L3+L0cos</p>

105、;<p>　　復(fù)原力矩Mf=G1（a2+r1）+Gp（a2+Rp）+G3a2</p><p>　　穩(wěn)定性系數(shù)K=間，故此工況下挖掘機(jī)可以正常工作。</p><p>　　4.2.2 挖掘機(jī)在工作面內(nèi)以最大挖掘力挖掘障礙的情況</p><p>　　這時(shí)挖掘機(jī)停在水平地段，以短斗柄（提升繩垂直）進(jìn)行橫向挖掘，動(dòng)臂傾角為45度，斗空，斗齒作用有最大的挖掘力，推

106、壓力不計(jì)入（因推壓力使穩(wěn)定性增加），不考慮動(dòng)載荷。</p><p>　　由于利用最大提升力使鏟斗克服障礙不是經(jīng)常要求的，挖掘機(jī)在這種情況下發(fā)生傾覆不是那么危險(xiǎn)，按照挖掘機(jī)操作規(guī)程，對(duì)于這種情況司機(jī)很注意采取必要的預(yù)防措施。因此，穩(wěn)定性系數(shù)可取較小值 ，K1.1。其傾覆力矩和復(fù)原力矩的計(jì)算和第一種情況相同。</p><p>　　最大提升力的確定，與驅(qū)動(dòng)型式有關(guān)，對(duì)于單發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的挖掘機(jī)，作為

107、全部供率用于提升，對(duì)于多發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的挖掘機(jī)，則按提升機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)力矩計(jì)算提升力。此外，還假定鏟斗中沒有土壤。這樣，最大的挖掘力：</p><p><b>　?。?1036KN</b></p><p>　　式中r----帶著相應(yīng)的腳注，表示各力對(duì)推壓軸的力臂。</p><p>　　挖掘機(jī)在上坡和下坡運(yùn)行時(shí)的情況</p><

108、p>　　上坡時(shí)，坡度為最大，動(dòng)臂在運(yùn)行的前方，動(dòng)臂傾角為最小，斗柄全部推出，斗靠近地面，逆風(fēng)而行，計(jì)算傾覆力矩和復(fù)原力矩是以O(shè)4-O4為傾覆軸線，最大坡度角為13度</p><p>　　下坡時(shí)，坡度最大，動(dòng)臂在運(yùn)動(dòng)前方，動(dòng)臂傾角最大，斗柄成垂直狀態(tài)，順風(fēng)而下，取風(fēng)壓為250N/平方米，力臂為h。</p><p>　　由于挖掘機(jī)可能在松軟的土壤上運(yùn)行，此時(shí)的比壓力不均勻，可能發(fā)生履帶一

109、段下沉而加大了挖掘機(jī)的傾斜，因此在上坡和下坡時(shí)取K1.2 .</p><p>　　4.3單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)率計(jì)算</p><p>　　生產(chǎn)率是挖掘機(jī)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，它表示單位時(shí)間內(nèi)鏟斗從工作面中挖出并寫到運(yùn)輸車輛或卸土堆上的實(shí)立方體積，通常以每小時(shí)挖得多少立方米為單位。也有以班生產(chǎn)率，晝夜生產(chǎn)率來表示。</p><p>　　理論生產(chǎn)率是指一臺(tái)挖掘機(jī)在“計(jì)算條件”下連

110、續(xù)工作一個(gè)小時(shí)所得的生產(chǎn)率。所謂計(jì)算條件是指：土壤為“計(jì)算土壤”；工作面高度是標(biāo)準(zhǔn)的（對(duì)于正鏟，工作面高度等于推壓軸高度，等于最大挖掘高度的（70~75）%，挖掘半徑是平均半徑，卸載高度和卸載半徑都不大于最大值的90%；工作速度是計(jì)算速度；回轉(zhuǎn)90度而堆棄，而且在挖掘機(jī)工作時(shí)充分利用機(jī)器的可能性，各動(dòng)作盡可能同時(shí)進(jìn)行。</p><p>　　理論生產(chǎn)率可按下式計(jì)算：</p><p>　　其中

111、——理論生產(chǎn)率，[]為；</p><p>　　Q——鏟斗的幾何容積，[q]為</p><p>　　——每分鐘工作循環(huán)的理論值，[]為次/min；</p><p>　　t——每一工作循環(huán)的延續(xù)時(shí)間，[t] 為s；</p><p>　　每一工作循環(huán)的延續(xù)時(shí)間，可通過下式求得：</p><p><b>　　則==1

112、100/h</b></p><p>　　第五章 動(dòng)臂模型的建立及其有限元分析</p><p>　　5.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　CATIA是基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng)，它的草圖設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)的 二維繪圖技術(shù)的關(guān)鍵在于采用了參數(shù)化造型系統(tǒng)。傳統(tǒng)的 繪圖技術(shù)都!是用固定的尺寸值定義幾何元素，輸入的每一條線都有確定的位置和長度，要想修改

113、圖面內(nèi)容，只有原有線條刪除后重畫。而新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)需要多次反復(fù)修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化。對(duì)于定型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要形成產(chǎn)品系列，以便針對(duì)用戶的生產(chǎn)特點(diǎn)提供不同型號(hào)的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改而自動(dòng)修改圖形。基于特征的設(shè)計(jì)是把特征作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本單元，并將機(jī)械產(chǎn)品描述成特征的有機(jī)結(jié)合。特征模型利用高一層次具有過程意義的實(shí)體如孔、槽、內(nèi)腔等來描述零件。</p><p>　

114、　為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和減少物理樣機(jī)的弊端 ，提出了在 CATIA 環(huán)境中建立電子樣機(jī)的相關(guān)技術(shù)，為其他復(fù)雜產(chǎn)品在 CATIA 中建立電子樣機(jī)提供了思路和方法。</p><p>　　CATIA 是由法國 DASSAULT SYSTEMS 公司和 IBM 聯(lián)合推出的集 CAD/CAM/CAE 于一體的優(yōu)秀的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng) ，在機(jī)械 ，電子， 航空 ，航天和汽車等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用， 本文就在 CATIA V5的環(huán)

115、境中實(shí)現(xiàn)遷車臺(tái)零件的實(shí)體造型， 虛擬裝配干涉檢查 ，運(yùn)動(dòng)仿真 ，有限元分析以實(shí)現(xiàn)在 CATIA軟件環(huán)境中電子樣機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā) ，通過模擬實(shí)際工作情況， 盡早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷和問題 ，提前進(jìn)行改善和修改 ，從而極大地縮短設(shè)計(jì)周期。</p><p>　　5.2 CATIA建立動(dòng)臂模型</p><p>　　5.3 動(dòng)臂有限元分析 </p><p><b>　

116、　5.4 結(jié)論 </b></p><p>　　在鉸鏈孔附近應(yīng)力變幅較大,最大應(yīng)力發(fā)生在變幅缸與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)上方,σmax=18.66 Mpa,最小應(yīng)力發(fā)生在動(dòng)臂與斗桿連接點(diǎn)之前,σmin=0.46 MPa動(dòng)臂整體應(yīng)力分布平緩,最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力,有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備;動(dòng)臂與斗桿接觸部位的位移最大,umax=5.81 mm。 </p>&l

117、t;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在我的導(dǎo)師xx老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我受益匪淺，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。在本論文從選題到理論研究、到論文的撰寫，xx老師一直給我細(xì)心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷、鼓勵(lì)。在此謹(jǐn)向?qū)熢趯W(xué)業(yè)上的指導(dǎo)致以最崇高的敬意，對(duì)導(dǎo)師在學(xué)