機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化畢業(yè)設(shè)計(jì)-挖掘機(jī)手臂的設(shè)計(jì)及其運(yùn)動仿真和分析

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　挖掘機(jī)手臂的設(shè)計(jì)及其運(yùn)動仿真和分析</p><p><b>　　誠信聲明 </b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師

2、的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 挖掘機(jī)手臂的設(shè)計(jì)及其運(yùn)動仿真和分析 </p><

3、p>　　設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　本課題基于Pro/E軟件對某型號挖掘機(jī)手臂進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，運(yùn)用Pro/E軟件的分析模塊對所建的部件模型進(jìn)行分析，通過分析結(jié)果來判定設(shè)計(jì)的合理性。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容</p><p>　?。?） 掌握Pro/E軟件的使用方法；（2） 了解Pro/E軟件分析模塊的使用方法；（

4、3） 了解機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；（4） 完成挖掘機(jī)手臂的建模與分析；（5） 完成相應(yīng)的工程圖（6） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；（7）答辯用PPT演示幻燈片一份；（8）其他校、系規(guī)定內(nèi)容。</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[2

5、] 王旭，王積生. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003。</p><p>　　[3] 紀(jì)明剛，陳國定。機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2007。</p><p>　　[4] 張沛頎等著.Pro/ENGINEER 2001高級攻略[M].北京. 人民郵電出版社 .2002</p><p>　　[5] 鐘建林.Pro/Engineer典型機(jī)械設(shè)

6、計(jì)[M].北京. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2002</p><p>　　[6] 東岳等著.Pro/ENGINEER 2000i零件設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程[M]. 北京希望電子出版社.2002</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　挖掘機(jī)手臂的設(shè)計(jì)及其運(yùn)動仿真和分析</p><p>　　摘要:挖掘機(jī)在農(nóng)業(yè)工

7、程及民用建筑、交通運(yùn)輸、礦山采掘等領(lǐng)域起著非常重要的作用。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)，這其中包括了動臂、斗桿和鏟斗的設(shè)計(jì)。</p><p>　　文章主要闡述應(yīng)用Pro/ ENGINEER 進(jìn)行挖掘機(jī)手臂零部件的三維造型、運(yùn)動仿真，三維造型采用參數(shù)化的草圖建模方法

8、，這樣可以方便地實(shí)行零件的修改及改變機(jī)型的設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，從而產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，挖掘機(jī)手臂，Pro/ ENGINEER，運(yùn)動仿真，受力分析</p><p>　　Excavator arm's design and movement simulation and analysis </p><p>　

9、　ABSTRAC：The excavator in domains and so on agricultural engineering and civil construction, transportation, mine excavation is playing the very vital role. This design is the main parameters of a capacity of 0.2 , it be

10、longs to small and medium-sized hydraulic excavator, the main design of hydraulic excavator working device. The work of an excavator device is done directly the task of mining equipment, the design of the device to work

11、each component of a detailed design, including the arm, the s</p><p>　　Key words: Structural design，excavator arm，Pro/ENGINEER，movement simulation， Stress analysis</p><p><b>　　目 錄</

12、b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)1</p><p>　　1.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)2</p><p>　　1.3 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況3</p><p>　　1.3.1 國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨

13、勢3</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況3</p><p>　　1.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容4</p><p>　　1.5反鏟裝置的工作原理4</p><p>　　1.6 本次設(shè)計(jì)任務(wù)5</p><p>　　2挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2

14、.1 工作裝置設(shè)計(jì)方案原則6</p><p>　　2.2 確定動臂的結(jié)構(gòu)形式6</p><p>　　2.3 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式7</p><p>　　2.4 鏟斗總體方案的選擇7</p><p>　　2.4.1 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式7</p><p>　　2.4.2 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式8</p&

15、gt;<p>　　2.5 確定動臂斗桿鏟斗油缸的鉸點(diǎn)位置9</p><p>　　2.5.1 動臂油缸的位置9</p><p>　　2.5.2 斗桿油缸的位置9</p><p>　　2.5.3 鏟斗油缸的位置9</p><p>　　3 動臂斗桿鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇11</p><p>　　3.1 反

16、鏟裝置總體方案的選擇11</p><p>　　3.2 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)11</p><p>　　3.3 斗桿參數(shù)的選擇14</p><p>　　3.3.1 鏟斗主要參數(shù)的選擇14</p><p>　　3.3.2 斗形尺寸計(jì)算15</p><p>　　3.3.3 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇16</p>

17、<p>　　3.3.4 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇19</p><p>　　3.3.5 連桿搖臂參數(shù)的選擇21</p><p>　　4 挖掘機(jī)液壓缸作用力的確定22</p><p>　　4.1 鏟斗油缸作用力的確定22</p><p>　　4.2 斗桿油缸作用力的確定23</p><p>　　4.3 動臂油

18、缸作用力的確定24</p><p>　　5 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算26</p><p>　　5.1 斗桿的計(jì)算26</p><p>　　5.2 動臂的計(jì)算33</p><p>　　6 挖掘機(jī)手臂仿真分析35</p><p>　　6.1 運(yùn)動部件的構(gòu)建及主要運(yùn)動部件的介紹35</p><p&g

19、t;　　6.1.1 大臂的結(jié)構(gòu)介紹35</p><p>　　6.1.2 斗桿的結(jié)構(gòu)介紹36</p><p>　　6.1.3 鏟斗的結(jié)構(gòu)介紹36</p><p>　　6.2 挖掘機(jī)手臂的裝配圖37</p><p>　　6.3 仿真分析37</p><p>　　6.4 挖掘機(jī)運(yùn)動仿真分析的意義39</p&

20、gt;<p>　　6.5 力學(xué)分析40</p><p>　　6.5.1 大臂液壓缸受力分析40</p><p>　　6.5.2 斗桿液壓缸受力分析41</p><p><b>　　結(jié) 論42</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)43</b></p>&

21、lt;p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　1緒 論</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。</p>

22、<p>　　液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(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，可用來挖掘土坑、排水溝，拆除廢舊建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)；在水利施工中，可用來開挖水庫、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等；在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基

23、、平整地面和開挖路旁排水溝等；在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道等；在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)；在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，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)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，

24、一臺斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ～Ⅳ級土壤時(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)，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　1.1液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)</p><p>　　（1）液壓挖掘機(jī)在動力裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進(jìn)行工作。液壓傳動與機(jī)械傳動相比有許多優(yōu)點(diǎn)。</p>

25、<p>　?、倌軣o級調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá)1000∶1。</p><p>　?、谀艿玫捷^低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達(dá)1r/min。</p><p>　?、蹅鲃悠椒€(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動化控制。</p><p>　?、芤子趯?shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化?！?lt;/p>

26、<p>　?。?）基于液壓傳動的上述優(yōu)點(diǎn)，液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(jī)相比，具有下</p><p><b>　　列主要特點(diǎn)：</b></p><p>　?、俅蟠蟾纳屏送诰驒C(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機(jī)器重量，傳動平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)與同級機(jī)械傳動挖掘機(jī)相比，挖掘力約高30%，例如1.0m液壓挖掘機(jī)鏟斗挖掘力120～150kN，而同級機(jī)械

27、傳動挖掘機(jī)只有100kN左右。［7］</p><p>　?、谝簤和诰驒C(jī)的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無論驅(qū)動功率多大，操縱均很靈活、省力，司機(jī)的工作條件得到改善。更換工作裝置時(shí)，由于不牽連轉(zhuǎn)臺上部的其他機(jī)構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機(jī)械式挖掘機(jī)則受到提升機(jī)構(gòu)和推壓機(jī)構(gòu)的牽連和限制。</p><p>　?、垡簤涸子趯?shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用

28、化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高質(zhì)量和降低成本。</p><p>　　1.2液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)</p><p>　　液壓挖掘機(jī)種類繁多，可以從不同角度對其類型進(jìn)行劃分。</p><p>　?、鸥鶕?jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動類型劃分。</p><p>　　根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱

29、半液壓）傳動兩種。</p><p>　　⑵根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型劃分</p><p>　　根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式。</p><p>　?、歉鶕?jù)整機(jī)質(zhì)量，驅(qū)動功率和鏟斗容量分類</p><p>　　表1.1按整機(jī)質(zhì)量、驅(qū)動功率和鏟斗容量分類</p><p>　　1.3液壓挖掘

30、機(jī)的發(fā)展概況</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，第一臺有確切記載的挖掘機(jī)械是1796年英國人發(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)動的“動力鏟”于1835年在美國誕生，主要用于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，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機(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

31、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。</p><p>　　1.3.1國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢</p><p>　　國外挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，利用有限元與優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)行結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化。它使液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)的、

32、靜止的、隨意性較大的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步發(fā)展到自動化程度高，設(shè)計(jì)周期短，設(shè)計(jì)方案優(yōu)越，計(jì)算精度高的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，具有較高市場占有率。20世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機(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、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　

33、1.3.2國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況</p><p>　　我國從1967年開始研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WY100、貴陽礦山機(jī)器廠的W4－60、合肥礦山機(jī)器廠的WY60等。到20世紀(jì)70年代末80年代初，長江挖掘機(jī)廠和杭州重型機(jī)械研制成功了WY160和WY250等液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。從1994年開始，美國的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機(jī)株式會社、韓國大宇重

34、工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公司先后在中國建立了中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。近年來我國經(jīng)濟(jì)增長迅速，液壓挖掘機(jī)市場需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的挖掘機(jī)市場空間，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內(nèi)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)國際先進(jìn)水平，

35、掌握核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，發(fā)揮性價(jià)比優(yōu)勢，提高產(chǎn)品競爭力，把我國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品做大做強(qiáng)。</p><p>　　1.4論文構(gòu)成及研究內(nèi)容</p><p>　　本論文主要對由大臂、斗桿、鏟斗、銷軸、連桿、搖桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)手臂部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下五部分:</p><p>　　(1) 挖掘機(jī)手臂部分的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　(2) 挖

36、掘機(jī)手臂部分詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析。</p><p>　　(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。</p><p>　　(4) 工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　(5) 挖掘機(jī)手臂的運(yùn)動仿真。</p><p>　　1.5反鏟裝置的工作原理</p><p>　　反鏟工作裝置是液壓挖掘機(jī)的一種主要工作裝

37、置，如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1整體式彎動臂</p><p>　　液壓反鏟工作裝置一般由動臂、動臂液壓缸、斗桿液壓缸、斗桿、鏟斗液壓缸、鏟斗、連桿和搖桿等組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實(shí)現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。動臂的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸來支承動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角，實(shí)現(xiàn)動臂的升降。斗桿鉸接于動

38、臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由斗桿液壓缸控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時(shí)，斗桿即可繞動臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。鏟斗則鉸接于斗桿的末端，通過鏟斗液壓缸的伸縮來使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機(jī)構(gòu)（即連桿和搖桿）與鏟斗連接。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)動及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿

39、鏟斗時(shí)，提升動臂使鏟斗離開土壤，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)至工作裝置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動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)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在</p><p><b>　　1.6本次設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)斗容量0.2m3挖掘機(jī)的工作裝置

40、及液壓系統(tǒng)，采用履帶式行走裝置，全液壓驅(qū)動，挖Ⅲ及以下土壤。</p><p>　　2挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1工作裝置設(shè)計(jì)方案原則</p><p>　　設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求：</p><p>　?、僦饕ぷ鞒叽缂白鳂I(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計(jì)通用反鏟裝置時(shí)要考慮與同類型、同等級機(jī)器相比的先進(jìn)性?？紤]國家

41、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整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具有一定的先進(jìn)性。</p><p>　?、酃β世们闆r盡可能好，理論工作時(shí)間盡可能短。</p><p>　?、艽_定鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)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>

42、<p>　?、葑鳂I(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，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡單，換裝方便。</p><p>　　⑥運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。</p><p>　?、吖ぷ餮b置液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液

43、壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。</p><p>　?、喙ぷ餮b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>　?、嵋扇『侠泶胧﹣頋M足特殊使用要求。</p><p>　　2.2確定動臂的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　大臂是挖掘機(jī)手臂中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往取決于大臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟大臂可分為整體式和組合式兩

44、類。整體式大臂有直大臂和彎大臂兩種。直大臂構(gòu)造簡單，輕巧，布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī)。整體式大臂結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式大臂輕。</p><p>　　大臂液壓缸的布置方案如圖2.1所示，大臂液壓缸裝于大臂的下方或后方，稱為“懸掛式液壓缸”。這個(gè)方案的特點(diǎn)是大臂下降幅度較大，在挖掘時(shí)，尤其在挖掘深度較大時(shí)大臂液壓缸往往處于受壓狀態(tài)，閉鎖能力較強(qiáng)。盡管在大臂提升時(shí)液壓缸小腔進(jìn)油，提升力矩一般尚夠

45、用，提升速度也較快。</p><p>　　圖2.1 整體式大臂液壓缸的布置方案</p><p>　　2.3確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式</p><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)選擇的與動臂端部鉸接的孔。有些反鏟采用組合式斗桿。</p><p

46、>　　2.4鏟斗總體方案的選擇</p><p>　　2.4.1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)的合理選擇對挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對象和條件較困難。為了滿足各種特定情況，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>　　對

47、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，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。</p><p>　　（2）．要使物料易于卸凈。</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>

48、;　　2.4.2鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式</p><p>　　鏟斗與鏟斗液壓缸的連接有四種形式，如圖2.2所示，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，二臂與液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu)。圖b中鏟斗液壓缸通過搖桿和連桿與鏟斗相連，它們與二臂一起組成六連桿機(jī)構(gòu)。圖d與圖b類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端鉸接于搖桿兩端之間，圖c的機(jī)構(gòu)傳動比與b差不多，但鏟斗擺角位置向順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動了一個(gè)角

49、度。</p><p>　　a </p><p><b>　　b</b></p><p>　　c d </p><p>　　圖2.2鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式［7］</p><p>　　六連桿方

50、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)的傳動特性。六連桿中方式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。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。</p><p>　　鏟斗液壓缸一般用一個(gè)，因傳動比小，單液壓缸作用力足以保證斗齒所需的挖掘力。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用共點(diǎn)六連桿，如圖b。</p><p>　　總體方案如圖2.1。&l

51、t;/p><p>　　2.5確定動臂、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，會直接影響液壓挖掘機(jī)的實(shí)際挖掘能力。</p><p>　　2.5.1動臂油缸的布置</p><p&

52、gt;　　動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式。</p><p>　?、儆透浊皟A布置方案。當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。</p><p>　?、谟透缀髢A布置方案。當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升到上極限位置時(shí)，動臂油缸軸線向后方傾斜。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用動臂油缸前傾布置方案。<

53、;/p><p>　　2.5.2斗桿油缸的布置</p><p>　　確定斗桿油缸鉸點(diǎn)、行程及斗桿力臂比時(shí)應(yīng)該考慮下列因素。</p><p>　?。?）保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。</p><p>　?。?）保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取100°～130°。</p><p>　　2.5.3鏟斗

54、油缸的布置</p><p>　　確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)應(yīng)考慮以下因素。</p><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。</p><p>　　(2)保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°～160

55、76;，在特殊作業(yè)時(shí)可以大于180°，擺角位置可以按圖2.3布置。當(dāng)鏟斗油缸全縮時(shí)，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10°,常取15°～25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(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2.3），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)

56、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初始位置Ⅰ開始挖掘。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程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開始挖掘時(shí)就有一定的挖掘力。</p><p>　　圖2.3 鏟斗擺角范圍［7］</p>&l

57、t;p>　　3動臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p>　　3.1反鏟裝置總體方案的選擇</p><p>　　反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用的。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。</p><p>　　反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面：</p><p>

58、;　　（1）動臂及動臂液壓缸的布置</p><p>　　確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式或整體式動臂的形狀。確定動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臂，動臂液壓缸的布置為下置式。</p><p>　?。?）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

59、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)。</p><p>　　前面已確定采用整體式斗桿。</p><p>　?。?）確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù) 。</p><p>　　對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)＞2時(shí)，（有反鏟取＞3）稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng)＜1.5葉屬于短動臂長斗桿方案。在1.5～2之間稱為中間比例方案。

60、</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用中間比例方案,取＝1.5。</p><p>　?。?）根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比。考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動幅度等因素一般?。?.6～1.7，個(gè)別情況下因動臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取≤1.75，而?。?.6～1.7，＝1.6～1.7。［7］</p&g

61、t;<p>　　3.2機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)</p><p>　　圖3.1 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡圖</p><p>　　表3.1 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)表　</p><p>　　表3.2 反鏟工作液壓缸運(yùn)動參數(shù)</p><p>　　3.3斗形參數(shù)的選擇</p><p>　　3.3.1鏟斗主要參數(shù)的選擇&l

62、t;/p><p>　　斗容量、平均斗寬，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（這里令＝）是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。、及三者與之間有以下幾何關(guān)系。 </p><p><b>　　(式3.1)</b></p><p>　　其中：—0.2m3 (已知)，鏟斗斗容量；</p><p>　　—鏟斗挖掘半徑，單位

63、㎜；</p><p><b>　　—鏟斗斗寬，單位㎜</b></p><p>　　—鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般?。?0°～100°，取＝95°＝1.658rad</p><p><b>　?。ㄊ?.2）</b></p><p><b>　　取</b>&

64、lt;/p><p>　　把R、q、代入式(3.1)得：</p><p>　　解得：B＝0.827m </p><p>　　鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn)與的間距（圖3.1）太大將影響鏟斗傳動特性，太小則影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度，一般取特性=/=0.3～0.38,?。?.34＝/＝0.34，=0.855m,得出=0.273m。當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時(shí)取較小值，一般取=95°～115°，取

65、=108°。</p><p>　　3.3.2斗形尺寸計(jì)算</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3.2所示。圖中三角形為等腰三角形，段為直線，弧段為拋物線。點(diǎn)至直線的距離為，拋物線定點(diǎn)高度為，一般?。?。斗尖角取值范圍一般為20°～30°，斗側(cè)壁角為取30°～50°，包角取108°。常見鏟斗斗形參數(shù)參考

66、表3-1②。改變?nèi)切蔚男螤羁梢垣@得不同的形狀的斗形。</p><p>　　斗形尺寸根據(jù)比擬法B=0.827m(已知)、=0.855m(已知), 得出：</p><p>　　=0.294m;=0.534m;=0.87;</p><p>　　=0.7324m;=0.0706m;</p><p>　　=40°; =23°;

67、=108°</p><p><b>　?。?0.56m.</b></p><p>　　圖3.2反鏟斗計(jì)算尺寸 </p><p>　　3.3.3動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p>　　由于鏟斗容量，根據(jù)國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過類比法，選出參數(shù)機(jī)重＝5t。</p><

68、p>　　又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，參考機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表，線尺寸參數(shù): =m ［7］ （式3.3）</p><p>　　得出:最大挖掘半徑—=3.45×=5.899m；</p><p>　　最大挖掘深度—=2.4×=4.104m；</p><p>

69、　　最大卸載高度—＝1.6×=2.73m；</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑值一般與+ + 的和值很接近。因此由要求，已定的和可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選、：　　　　　 </p><p><b>　　（式3.4）</b></p><p>　　其中：=5.899m；＝1.5；</p>

70、<p>　　經(jīng)計(jì)算得出：=2.018m；</p><p>　　= =1.5×1.759=3.026m</p><p>　　在三角形CZF中，、和都可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選出：</p><p>　　其中：—?jiǎng)颖鄣膹澖?，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，但太小對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利，一般取120°～130°，?。?30°；&l

71、t;/p><p>　　—前面已算出為3.026m；</p><p>　　—?jiǎng)颖坜D(zhuǎn)折處的長度比，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn)B的位置來考慮，初步設(shè)計(jì)?。?.1～1.2，?。?.2；</p><p>　　圖3.4 動臂實(shí)際尺寸</p><p>　　因此根據(jù)公式：可以算出、、</p><p>　?。ㄊ?.5）

72、 </p><p>　　經(jīng)計(jì)算得出： = =1.516m； ==1.820m； =22.6°　 　　　　</p><p>　　動臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比按不同情況選取，專用反鏟可?。?.8；以反鏟為主的通用機(jī)，＝0.8～1.1；斗容量1m3左右的通用機(jī)，則可?。?。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中?。?.

73、9。</p><p>　　的取值對特性參數(shù)、最大挖掘深度和最大挖高有影響。</p><p>　　加大會使減小或使增大，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。［7］</p><p>　　本設(shè)計(jì)中?。?0°。</p><p>　　斗桿液壓缸全縮時(shí)=最大（圖3.5），常選=160°～180°.</p&

74、gt;<p>　　本設(shè)計(jì)中?。ǎ?70°。［7］</p><p>　　取決于液壓缸布置形式，（圖3.4），動臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能為零。動臂單液壓缸在動臂上的鉸點(diǎn)一般置于動臂下翼加耳座上.</p><p>　　圖3.5 最大卸載高度時(shí)動臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖</p><p>　　B在Z的下面。初定∠BCZ＝13°，根據(jù)已知∠CZ

75、F＝27.4°； </p><p>　　解得∠BCF＝14.4°。</p><p>　　由圖3.5得最大卸載高度的表達(dá)式為</p><p><b>　?。ㄊ?.6）</b></p><p>　　由圖3.6得最大挖掘深度絕對值的表達(dá)式為</p><p><b>　?。ㄊ?/p>

76、3.7）</b></p><p>　　將這兩式相加，消去，</p><p>　　并令＝＋，＝+-，得到：</p><p>　?。ㄊ?.8） </p><p><b>　　又特性參數(shù)：</b></p><p><b>　?。ㄊ?.

77、9）</b></p><p>　　圖3.6 最大挖掘深度時(shí)動臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖</p><p>　　因此　 　　　　　　　　　　 （式3.10） </p><p>　　將上式代入(式3.8）則得到一元函數(shù)f()=0。式中和已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)

78、公式計(jì)算法求出，</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得出：＝29.1°；＝91.96°</p><p>　　最后由式（式3.7）求為</p><p><b>　　（式3.11）</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　

79、＝0.608m</b></p><p>　?。ㄆ渲校?3.026m；＝2.018m；＝82.4°）</p><p>　　由于履帶總高＝0.4×＝0.684，近似取=0.70m）</p><p>　　然后，解下面的聯(lián)立方程，可求σ和ρ：</p><p>　　=arcos()=arc()</p>&l

80、t;p>　　=arcos()=arc() （式3.12）</p><p>　　于是：　 　 　 （式3.13） </p><p>　　經(jīng)計(jì)算得出：＝1.54；＝0.71

81、；=0.953m；λ=1.75；</p><p>　?。?.67m；=1.47m</p><p>　　得到的結(jié)果符合下列幾何條件：+=2.25≥；|- ︳=0.83≤1</p><p>　　3.3.4斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p>　　第一步計(jì)算斗桿挖掘阻力：</p><p>　　斗桿挖掘過程中，切削行程較長，切土

82、厚度在挖掘過程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角=50°～80°,?。?5°，在這轉(zhuǎn)角過程中，鏟斗被裝滿，這時(shí)半齒的實(shí)際行程為：</p><p>　　其中：—斗桿挖掘時(shí)的切削半徑，；</p><p>　　—斗桿挖掘轉(zhuǎn)角（為 為斗桿最大轉(zhuǎn)角 ）</p><p>　　?。剑?.018＋0.855＝2.873m</p>

83、<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　斗桿挖掘阻力為： 　 (式3.14)</p><p>　　式中—挖掘比阻力，由表1-7-5查得，＝20（Ⅲ級土壤以下）［7］</p><p>　　—土壤松散系數(shù)近似值取1.3。［7］</p><p>　　斗桿與鏟斗和之間

84、，為了滿足開挖和最后卸載及運(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>　?。ㄊ?.15）</b></p><p><b>　　0.866＝</b></p><p>　　計(jì)算得：＝＝1.347m</p><p>　　把、、、、代入式3.14得

85、</p><p><b>　?。?.014kN</b></p><p>　　第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。</p><p><b>　?。絤</b></p><p>　　其中：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法得出＝13.96kN ［7］</p><p>　　斗桿液壓缸初始力臂與最大力

86、臂之比是斗桿擺角的余弦函數(shù)。設(shè),則</p><p>　?。?（式3.16）</p><p>　　由圖3－13，取，求得</p><p><b>　　＝＝1.289m</b></p><p>　?。ㄆ渲卸窏U擺角范圍大致在120°～130°，?。?30

87、76;）</p><p><b>　　（式3.17）</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1.618m</b></p><p>　　3.3.5連桿、搖臂參數(shù)的選擇</p><p>　　從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置的角度

88、對鏟斗機(jī)構(gòu)的要求考慮，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在全行程中任一瞬間時(shí)都不會被破壞，即保證△、△及四邊形在任何瞬間皆成立。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：</p><p>　　0.27m；0.312m；0.310m</p><p>　　4挖掘機(jī)液壓缸作用力的確定</p><p>　　工作裝置各油缸作用力的分析和確定是液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容

89、之一。顯然，各油缸的作用力應(yīng)保證工作裝置在挖掘過程中，斗齒有足夠的挖掘力，以及保證在卸載時(shí)能把滿斗土壤舉升到最大幅度和高度所需的舉升力。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)工作裝置上設(shè)置的油缸主要有三種：鏟斗油缸、斗桿油缸和動臂油缸。這些油缸作用力的確定，則取決于工作裝置的形式和工作情況。</p><p>　　4.1鏟斗油缸作用力的確定</p><p>　　反鏟裝置在作

90、業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗油缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。初步設(shè)計(jì)時(shí)按額定斗容量及工作條件（土壤級別），參考有關(guān)資料可初選斗齒最大挖掘力，并按反鏟最主要的工作裝置—最大挖掘濃度深度時(shí)能保證最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的工作力。此時(shí)計(jì)算位置為動臂下放到最低位置，鏟斗油缸作用力對鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)有最大力臂。</p><p>　　為了簡單，可以忽略斗和土的質(zhì)量，并且忽略了各構(gòu)件質(zhì)量及連桿機(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)鏟斗油

91、缸作用力為：</p><p><b>　　（式4.1）</b></p><p>　　式中　　　—鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（此位置為搖臂長度），=0.3m；</p><p>　　—對鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的力臂，0.761m；</p><p>　　—最大鏟斗挖掘阻力，N；</p><p>　　最

92、大鏟斗挖掘阻力為：</p><p><b>　?。ㄊ?.2）</b></p><p>　　式中—土壤硬實(shí)密實(shí)計(jì)打擊次數(shù)，對Ⅲ級土壤，＝90～150，對Ⅳ級土壤，＝160～350；本設(shè)計(jì)?。?50。［7］</p><p>　　—鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)齒尖距離，即鏟斗的轉(zhuǎn)斗切削半徑，m；</p><p><b>　?。?.

93、855m.</b></p><p>　　—挖掘過程中總轉(zhuǎn)角的一半，即最大轉(zhuǎn)斗挖掘力位置，°；前面設(shè)計(jì)已得出＝47.5°。</p><p>　　—切削刃寬度影響系數(shù)，，為鏟斗平均寬度0.827m。</p><p><b>　　?！　?lt;/b></p><p>　　—切削角變化影響系數(shù)，?。?.

94、3；</p><p>　　—斗齒的影響系數(shù)，?。?.75（無齒時(shí)取＝1）；</p><p>　　—前邊斗齒對地面傾斜角度的影響系數(shù)，取＝1.15；</p><p>　　D—切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容大小在D=10000~17000N的范圍內(nèi)選取，斗容小于0.25m3 時(shí)，D應(yīng)小于10000N。取D=9999N。</p><p>　　得出：＝

95、103.80kN</p><p>　　因此把＝103.80KN、=0.30m、＝0.761m代入（式4.1）得：</p><p><b>　　=263.31kN</b></p><p>　　而這時(shí)斗桿及動臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力應(yīng)滿足</p><p><b>　　（式4.3）</b>&l

96、t;/p><p>　　式中　—斗桿油缸閉鎖力對斗桿與動臂鉸點(diǎn)的力臂，＝0.407m；</p><p>　　—對斗桿與動臂鉸點(diǎn)的力臂，＝2.2.873m；</p><p>　　—對斗桿與動臂鉸點(diǎn)的力臂，＝1.076m；</p><p>　　—挖掘阻力的法向分力，?。剑?.1～0.2）＝10.380～20.76kN</p><p&

97、gt;<b>　　?。?3kN；</b></p><p>　　因此1893.07kN</p><p>　　動臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足：</p><p><b>　?。ㄊ?.4）</b></p><p>　　式中　—?jiǎng)颖塾透组]鎖力對鉸點(diǎn)的力臂，＝0.608m；</p><p>　　—

98、對動臂下鉸點(diǎn)的力臂，＝7.464m；</p><p>　　—對鉸點(diǎn)的力臂，＝0.3m；</p><p>　　因此≥1280.7kN</p><p>　　4.2斗桿油缸作用力的確定</p><p>　　當(dāng)挖掘機(jī)以斗桿挖掘時(shí)，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計(jì)算位置為動臂下放到最低位置，斗桿油缸作用力對斗桿與動臂鉸點(diǎn)有最大力臂，

99、即對斗桿產(chǎn)生最大力矩，并使斗齒尖和鉸點(diǎn)在一條直線上。</p><p>　　與前面推導(dǎo)鏟斗油缸作用力一樣，忽略各構(gòu)件及斗中土壤質(zhì)量和連桿機(jī)構(gòu)效率的影響，此時(shí)斗桿油缸作用力為：</p><p>　?。健　　　　　　　　?(式4.5)</p><p>　　式中：　—對斗桿與動臂鉸點(diǎn)B的力臂，＝2.873m；</p><p

100、>　　—斗桿油缸閉鎖力對斗桿與動臂鉸點(diǎn)的力臂，＝0.38m；</p><p>　　得出：＝784.78kN</p><p>　　而此時(shí)鏟斗油缸及動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力應(yīng)滿足</p><p>　　≥ （式4.6)</p><p>　　式中：　—挖鏟的挖掘長

101、度，＝0.855m；</p><p>　　—鏟斗油缸閉鎖力對鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的力臂，＝0.3m；</p><p>　　得出：≥295.83kN</p><p>　　動臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足：</p><p>　　≥ (式4.7)</p><p>　　式中：　

102、—斗齒尖對動臂根鉸點(diǎn)的距離，＝3.94m；</p><p>　　—由CAD做圖得，可忽略不記；</p><p>　　—?jiǎng)颖鄹q點(diǎn)對動臂液壓缸根鉸點(diǎn)的距離，＝0.608m</p><p>　　得出：≥672.65kN</p><p>　　斗桿最大挖掘力也受到挖掘機(jī)穩(wěn)定性條件的限制。</p><p>　　4.3動臂油缸作用

103、力的確定</p><p>　　動臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，其計(jì)算簡圖4.1所示，此時(shí)動臂油缸作用力為：</p><p><b>　　(式4.8)</b></p><p>　　式中：　　—鏟斗及其裝載土壤的重力，N；</p><p>　　—斗桿所受重力，

104、N；</p><p>　　—?jiǎng)颖鬯苤亓?，N；</p><p>　　—鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點(diǎn)的水平距離，m；</p><p>　　—斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點(diǎn)的水平距離，m；</p><p>　　—?jiǎng)颖圪|(zhì)心到動臂下鉸點(diǎn)的水平距離，m；</p><p>　　由CAD做圖得 ＝1.355m；＝3.63m；＝4.82m；</

105、p><p>　　查表2.7［7］由比擬法得出: =2.23kN；＝1.79kN；</p><p>　?。?0＋0.86＝20.86kN [其中斗內(nèi)土重=20kN,鏟斗重=0.86kN]；</p><p>　　把、、、、、、0.45m代入上式得：</p><p><b>　　=244.59kN</b></p>&

106、lt;p>　　圖4.1動臂油缸作用力分析</p><p>　　5 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　小型履帶式液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)如下，根據(jù)不同形式的液壓泵和壓力進(jìn)行初步計(jì)算。</p><p>　　機(jī)械總重　　　　　　　　　　　　　5t</p><p>　　動臂液壓缸推力　　　　　　　　　　244.59kN</p>

107、<p>　　斗桿液壓缸推力　　　　　　　　　　784.78kN</p><p>　　鏟斗液壓缸推力　　　　　　　　　　263.31kN　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　</p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件包括：工作裝置、回轉(zhuǎn)平臺和底盤車架等。由于本次設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)在工作裝置，因此只對工作裝置這部分進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。</p><p><b

108、>　　5.1斗桿的計(jì)算</b></p><p>　　反鏟裝置的斗桿強(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斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來確定。根據(jù)斗桿工作情況的試驗(yàn)說明，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第一危險(xiǎn)工況（圖5.1），條件為：</p><p>　?。?/p>

109、1）動臂位于最低（動臂液壓缸全縮）；</p><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>　?。?）斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動臂鉸點(diǎn)連線的延長線上；</p><p>　?。?）側(cè)齒遇障礙作用有橫向力;</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

110、重，斗桿重和動臂重），作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力（包括切向力為，法向分力和側(cè)向力）。</p><p>　　鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗液壓缸工作力所能克服的切向阻力可取鏟斗為隔離體，按對鉸點(diǎn)的力矩平衡方程＝0求得</p><p><b>　　(式5.1)</b></p><p>　　式中：—由圖5.1畫圖得，＝0.855m；</p><p

111、>　　—由圖5.1畫圖得，＝0.3；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝0.427；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝0.278；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝0.242；</p><p>　　把、、、代入式5－1得：</p><p>　　求得：=59.90kN</p>

112、<p>　　圖5.1斗桿計(jì)算位置Ⅰ</p><p>　　法向阻力決定于動臂液壓缸的閉鎖力，可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點(diǎn)的力矩平衡方程＝0求得：</p><p><b>　　(式5.2)</b></p><p>　　式中：—?jiǎng)颖垡簤焊椎拈]鎖力，＝672.65kN；</p><p>　　—工作裝置各部

113、分重量對點(diǎn)的力矩之和，相應(yīng)的力臂值由圖5.1確定為：</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝1.380m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝1.926m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝0.427m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝0.527m；</p><p>　　—由圖5.1畫

114、圖得，＝3.026m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，＝1.694m；</p><p>　　把、、、、、代入（式5.2)得：</p><p><b>　　＝85.86kN</b></p><p>　　取斗桿（帶斗）為隔離體，列出對鉸點(diǎn)力矩平衡方程＝0，可求得斗桿液壓缸作用力（被動狀態(tài)）。一般情況下，此力與其閉鎖

115、力值（按該液壓缸閉鎖壓力決定）相近。</p><p><b>　?。ㄊ?.3）</b></p><p>　　式中： —由圖5.1畫圖得，=0.427m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，=2.018m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，=0.855m；</p><p>　　—由圖

116、5.1畫圖得，=1.975m；</p><p>　　—由圖5.1畫圖得，=0.48m；</p><p>　　把、、、、代入(式5.3)得：</p><p>　?。?.427[59.90(2.018+0.855)+0.86×1.975＋2.23×0.48] </p><p>　　得：＝74.67kN</p>

117、;<p>　　鏟斗邊齒遇障礙時(shí)，橫向挖掘阻力由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動器承受，此力的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺的制動力矩，其值為：</p><p><b>　?。ㄊ?.4）</b></p><p>　　式中：　—橫向阻力與回轉(zhuǎn)中心間的距離, 由CAD做圖得，=0.819m；</p><p>　　—回轉(zhuǎn)平臺制動器可承受的最大力矩，＝12824.81

118、N·m。</p><p>　　把、代入(式5.4）得：=15.65kN</p><p>　　計(jì)算位置Ⅱ（圖5.2），條件為：</p><p>　　(1)動臂位于動臂液壓缸對鉸點(diǎn)有最大作用力臂處；</p><p>　　(2)斗桿液壓缸作用力臂最大；</p><p>　　(3)鏟斗斗齒尖位于、兩鉸點(diǎn)連線的延長線上

119、，或鏟斗位于發(fā)揮最大挖掘力位置（圖5.2中Ⅱ′位置）；</p><p>　　(4)正常挖掘，即挖掘阻力對稱于鏟斗，無側(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及。</p><p>　　作用力的分析方法同上。</p><p>　　切向阻力：　　 (式5

120、.5)</p><p>　　法向阻力： (式5.6)</p><p>　　橫向挖掘阻力：　 (式5.7)</p><p>　　圖5.2 斗桿計(jì)算位置Ⅱ</p><p>　　—由圖5.2畫圖得，＝0.3m；</p><p>　　—由圖5.

121、2畫圖得，＝0.427m；</p><p>　　—由圖5.2畫圖得，＝0.28m；</p><p>　　—由圖5.2畫圖得，＝0.14m；</p><p>　　—由圖5.2畫圖得，＝1.13m；</p><p>　　—由圖5.2畫圖得，＝2.586m；</p><p>　　—由圖5.2畫圖得，＝2.071m；</