液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置設(shè)計(jì) 系 別 航空工程系 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào) 078105222 學(xué)生姓名 盧越 指導(dǎo)教師 邢普 二 O 一一 年 5 月 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 摘 要 本次設(shè)計(jì)的題目是液壓挖掘機(jī)反鏟裝置機(jī)構(gòu)。與其它類型的挖掘機(jī)相比，這種類型的挖掘機(jī)因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用 加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置的主要特點(diǎn)為：反鏟是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置。液壓挖掘機(jī)的反鏟裝置由動(dòng)臂，斗桿鏟斗，以及動(dòng)臂油缸，斗桿油缸，鏟斗油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各部件之間的連接全部采用鉸接，通過油缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)挖掘工作中的各種動(dòng)作。動(dòng)臂的小鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂油缸來支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過動(dòng)臂油缸的伸縮可使動(dòng)臂繞小鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而升降。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，斗桿與動(dòng)臂的相對位置由斗桿油缸來控制，當(dāng)斗桿油缸伸縮時(shí)，斗桿便可繞動(dòng)臂上焦鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)的主要參 數(shù)是斗容量 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。 在設(shè)計(jì)中，采用了輪胎式行走裝置，來滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺(tái)是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個(gè)更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動(dòng)控制而使整機(jī)性能得以改善。與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，其挖掘力提高到 2 3倍，整機(jī)質(zhì)量約為 5噸，挖掘力約為 30大卸載高度約為 大挖掘深度 大挖掘半徑約為 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。另外，還對挖掘機(jī)的工作裝置 提出基于結(jié)構(gòu) 推理的機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法 。 關(guān)鍵詞 ： 液壓挖掘機(jī) ；反鏟機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì) 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 is of to as as to or is by of is ll by to to il on y to be is it is to s In to is it in a to to 3 0to is is to on 文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 目 錄 1 緒論 . 1 壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 . 1 壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) . 1 壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) . 2 鏟裝置的工作原理 . 2 2 總體設(shè)計(jì)方案 . 4 作裝置設(shè)計(jì)方案原則 . 4 壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體） . 4 液壓系統(tǒng)作業(yè)動(dòng)作要求 . 4 液壓系統(tǒng)基本的要求 . 5 3 挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) .定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 .臂、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 . 反鏟裝置總體方案的選擇 鏟斗參數(shù)的選擇 . 7 臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 . 8 4 液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真 . 13 型建立 .件運(yùn)動(dòng)配裝 . 15 件運(yùn)動(dòng)仿真 17 結(jié)論 21 致謝 22 參考文獻(xiàn) 23 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 1 1 緒論 液壓挖掘機(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。 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，可用來挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，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、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)。 所以，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(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)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)斗容量 級(jí)土 壤埋，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(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。 壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)在動(dòng)力裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，即靠液體的壓力能進(jìn)行工作。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。 能無級(jí)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。 能得到較低的穩(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/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，并可作調(diào)整反轉(zhuǎn)。例如電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩比其平穩(wěn)盍?xí)r的驅(qū)動(dòng)力矩大 50%，而液壓馬達(dá)則不大于 5%，加速中等功率電動(dòng)機(jī)需 1加速液壓馬達(dá)只需 傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，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。 基于液壓傳動(dòng)的上述優(yōu)點(diǎn)，液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比，具有下列主要特點(diǎn)。 大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機(jī)器重量，傳動(dòng)平穩(wěn)，作用效買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 2率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比，挖掘力約高 30%，例如 壓挖掘機(jī)鏟斗挖掘力 120 150同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)只有 100 挖掘機(jī)在工作時(shí)的主要?jiǎng)幼靼ㄐ凶?、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動(dòng)作，其中動(dòng)作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種入選運(yùn)動(dòng)一般速度不高，而所需作用力卻很大，要求在短時(shí)間內(nèi)通過變速或換向來完成各種復(fù)雜動(dòng)作。機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)完成上述運(yùn)動(dòng)需通過磨擦離合器、減速器、制動(dòng)器、逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升和推壓機(jī)構(gòu)等配合來完成。因此，機(jī)械傳動(dòng)挖掘力不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而 液壓挖掘機(jī)則不需要龐大和復(fù)雜的蹭傳動(dòng)，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機(jī)的質(zhì)量大約比相同斗容量的機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)輕 30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機(jī)上的各種液壓元件可相對獨(dú)立布置，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時(shí)也易于改進(jìn)或變型。 液壓挖掘機(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(dòng)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(tái)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。 由于液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)普遍采用了以微處理器國核心的電子控制單元（ 使發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)整機(jī)狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，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。 壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) 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。 根據(jù)液壓挖掘機(jī)種類主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)類型劃分。 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(dòng)，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓（或稱半液壓）傳動(dòng)兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則為全液壓挖掘機(jī)。若液壓挖掘機(jī)中的某一個(gè)機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機(jī)。一般說來，這種 區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機(jī)構(gòu)上。對液壓挖掘機(jī)來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須是液壓傳動(dòng)，只有行走機(jī)構(gòu)有的為液壓傳動(dòng)，有的為機(jī)械傳動(dòng)。 （ 2）根據(jù)工作裝置劃分 根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)來完成作業(yè)動(dòng)作。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。 鏟裝置的工作原理 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 3反鏟工作裝置是液壓挖掘機(jī)的一種主要工作裝置，如圖 1 1所示。 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，并通過改變各液壓缸行程來實(shí)現(xiàn)挖掘過程中的各種動(dòng)作。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 來支承動(dòng)臂，通過改 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)臂的相對轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸 5 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，通過鏟斗液壓缸 5 的伸縮來使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機(jī)構(gòu)（即連桿 7 和搖桿 8）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(dòng)及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過程為，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 至裝滿鏟斗時(shí)，提升動(dòng)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(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)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時(shí)裝滿鏟斗，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轉(zhuǎn)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。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，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調(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。 圖 1 1 整 體 式 彎 動(dòng) 臂買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 42 總體設(shè)計(jì)方案 作裝置設(shè)計(jì)方案原則 設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求： 主要工作尺寸及作業(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(jí)機(jī)器相比的先進(jìn)性?？紤]國家標(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。 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。 功率利用情況盡可能好，理論工作時(shí)間盡可能短。 確定鉸點(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。 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。 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。 工作裝置液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。 工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置使于裝拆和維修，尤其是易損 件的更換。 要采取合理措施來滿足特殊使用要求。 壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體） 按照挖掘機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和裝置的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)連接起來的組合體叫做挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。 液壓系統(tǒng)作業(yè)動(dòng)作要求 液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動(dòng)頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地理?xiàng)l件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn) 和環(huán)境特點(diǎn)，對其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的作業(yè)動(dòng)作要求如下。 保證液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 保證工作裝置的動(dòng)作與回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作既能單獨(dú)動(dòng)作，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高液壓挖掘機(jī)的作業(yè)效率。 履帶式液壓挖掘機(jī)的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高 挖掘機(jī)的機(jī)動(dòng)性。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 5保證液壓挖掘機(jī)工作安全可靠，對各機(jī)構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護(hù)措施。例如，對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有 可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而下降過快；防止機(jī)器下坡行駛時(shí)超速溜坡等。 液壓系統(tǒng)基本的要求 根據(jù)液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動(dòng)作和環(huán)境特點(diǎn)，對液壓系統(tǒng)提出如下要求。 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 液壓系統(tǒng) 和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動(dòng)沖擊作用下，應(yīng)具有足夠的可靠性。 選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。 由于液壓挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和 防塵裝置。 在必要時(shí)采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機(jī)操作的舒適性，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 在液壓系統(tǒng)中采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，提高液壓挖掘機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，使液壓挖掘機(jī)具有節(jié)能、高效和自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化的特點(diǎn)。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 63 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 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。 直動(dòng)臂構(gòu)造簡單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī) ,如圖 3 1 所示。 采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式。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。 整體式變動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉，風(fēng)度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(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，長期用于作業(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。 組合式動(dòng)臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。 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。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)是： 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)行無級(jí)調(diào)節(jié)。 2較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。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。 圖 3 1 整 體 式 直 動(dòng) 臂買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 73裝車運(yùn)輸比較方便。 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。 本次設(shè)計(jì)作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動(dòng)臂。 臂、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 鏟裝置總體方案的選擇 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。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時(shí)照顧其它條件下性能。 反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面： 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。 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。 特性參數(shù) 1K =21 對于一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng) 1K 2時(shí)，（有反鏟取 1K 3）稱為長動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng) 1K 屬于短動(dòng)臂長斗桿方案。 1K 2之間稱為中間比例方案。 要求適用性較強(qiáng)而又無配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的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)對象明確的條件下采用整體式動(dòng)臂和斗桿固定鉸接， 1K 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， 1K 愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看 1K 大宜用于斗桿挖掘?yàn)橹?，因其剛度較易保證。而 1K 值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鳌?本設(shè)計(jì)采用中間比例方案 ,取 1K 3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 ?？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 別情況下因動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取 1 取 2 斗主要參數(shù)的選擇 斗容量 q 、平均斗寬 B ，轉(zhuǎn)斗 挖掘半徑 R 和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角 2 （這里令 是買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 8鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。 R 、 B 及 2 三者與 q 之間有以下幾何關(guān)系 q = 21 2 式 (3 1) 其中： q 中： q =知 )，鏟斗斗容量； R 鏟斗挖掘半徑，單位 m； 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，取 B 2 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取 2 90 100，取 2 95 q 、 B 、 2 代入式 (3 1)得： 1 2R （ R 鏟工作液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù)表 表 3 2 液壓缸種類 參 數(shù) 意 義 瞬時(shí)力臂瞬時(shí)長度全縮力臂全縮長度全縮力臂全伸長度特性參數(shù) 參 數(shù) 符 號(hào) 動(dòng)臂液壓缸 112233臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 由于鏟斗容量 q 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)買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 9重 G 5噸。 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) :出 :最大挖掘半徑 R 1 =35 = 最大挖掘深度 35 = 最大卸載高度 35 = 據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑 R 1 值一般與 l 1+ l 2 + 此 由要求 R 1 ，已定的3K 可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選 l 1、 l 2 ： 311 式（ 3 l 1=K l 2 其中： R 1 =1K 經(jīng)計(jì)算得出： l 2 = 1K l 2 =三角形 1 、 l 1和3 其中： 1 動(dòng)臂的彎角，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度， 取 1 140； 3K 動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長度比 一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn) 步設(shè)計(jì) 取3K 3K 因此根據(jù)公式：可以算出 41l 、 42l 、395 40圖 3 1 動(dòng) 臂 實(shí) 際 尺 寸買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 10 13231 式（ 3 39= 42241212422 ) 經(jīng)計(jì)算得出： 1l = 42l = 39= 如圖 3 1所示。 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 用反鏟可取 4K 反鏟為主的通用機(jī)，斗容量 1設(shè)計(jì)中取 4K 1。 加大11會(huì)使減小或使 下符合反鏟作業(yè)要求， 因此基本用作反鏟的小型機(jī)取11 60。本設(shè)計(jì)中取11 70。 斗桿液壓缸全縮時(shí) =832 最大（圖 3 12），本設(shè)計(jì)中?。?32 ）170 。 取決于液壓缸布置形式，（圖 3 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)1 11 2 32 8 2 最 大 卸 載 高 度 時(shí) 動(dòng) 臂 機(jī) 構(gòu) 計(jì) 算 簡 圖買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 11 臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼加耳座上， 的下面。初定 5，根據(jù)已知 ，解得 由圖 3） 211m a a x3 s s 32118m a a 1 8 0s 式（ 3 由圖 3 1152m i a x1 s in)s 式（ 3 將這兩式相加，消去5l，并令 A 11 2 ， B A +8得到： H l 1 )- A) +2l )0 式（ 3 又特性參數(shù)： 4K 式（ 3 因此 14K2124 K ) 式（ 3 將上式代入式（ 3得到一元函數(shù) f(=0。式中 經(jīng)計(jì)算得出： 圖 3 1 3 最 大 挖 掘 深 度 時(shí) 動(dòng) 臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖 11 2 11 1買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 12 最后由式 （ 355l11m a i s s 式（ 3 70s 0 7s 1 6 后，可通過反函數(shù)，可求和： 經(jīng)計(jì)算得出： l=到的結(jié)果符合下列幾何條件： + = ； | - =1 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 13 4 液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真 型的建立 ： 在 以在建立柱塞泵泵體的時(shí)需要建立相關(guān)特征， 一般在建立特征的時(shí)候都要進(jìn)行草繪，然后根據(jù)草繪的圖元再轉(zhuǎn)化為三維圖形，例如挖掘機(jī)動(dòng)臂的造型設(shè)計(jì)。 （ 1）【新建】名為 b 的【零件】文件。單擊【插入】 /【掃描】 /【伸出項(xiàng)】，草繪，雙向拉伸 260 得到如圖 圖 2）繼續(xù)上一步驟，【掃描】 /【伸出項(xiàng)】后繪制如圖 繪，雙向拉伸 160 實(shí)體。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 14 圖 圖 3）單擊【插入】 /【掃描】 /【切口】，選擇 上一步驟的外形輪廓線進(jìn)行切剪，雙向切剪 120后得到圖 圖 4）單擊基準(zhǔn)軸工具 ，在圖 兩個(gè)圓心處建立兩個(gè)基準(zhǔn)軸。繼續(xù)單擊【切剪】草繪如圖 80，得到圖 動(dòng)臂前端。 圖 圖 5）繼續(xù)【掃描】 /【伸出項(xiàng)】后繪制如圖 繪，雙向拉伸 260得到圖 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 15 圖 圖 6）單擊【插入 】 /【掃描】 /【切口】，繪制如圖 向切剪 104后得到圖 圖 圖 7）單擊【孔工具】 ，在動(dòng)臂的兩端創(chuàng)建兩個(gè)通孔 圖 到動(dòng)臂的總體造型。 圖 件運(yùn)動(dòng)配裝： 用 行裝配能夠發(fā)現(xiàn)很多實(shí)際中很難發(fā)現(xiàn)的問題，我們還可以用 行干涉分析，為了合理的確定鏟斗關(guān)系，用 行仿真是再好不過的一種方法了，這樣即經(jīng)濟(jì)又迅速。當(dāng) 發(fā)現(xiàn)裝配中出現(xiàn)了問題時(shí)，只要回過去修改零件就可以了， 自動(dòng)更新修改后的裝配關(guān)系。例如： 挖掘機(jī)鏟斗的連接。 （ 1）繼續(xù)單擊【添加組件】 ，導(dǎo)入鏟斗零件 h，約束類型選擇【銷釘】，選擇【軸對齊】為兩零件 e、 平移】為零件 文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 16 如圖 4 （ 2）繼續(xù)單擊【添加組件】 ，導(dǎo)入連桿零件 j，約束類型選擇【銷釘】，選擇【軸對齊】為兩零件 j、 h 端部通孔的中心軸，【平移】為零件 j 端部孔內(nèi)側(cè)和零件 h 下部孔外側(cè)，如圖 4 圖 4 圖 4 3）單擊【添加組件】 ，導(dǎo)入鏟斗油缸零件 i，如 3）所示完成約束。再次單擊【添加組件】 ，導(dǎo)入鏟斗油缸活塞零件 l，如 4）所示【軸對齊】為兩零件 l、j 端部通孔的中心軸，【平移】為零件 成約束。如圖 4 4 圖 4 圖 4 4）繼續(xù)單 擊【添加組件】 ，導(dǎo)入搖桿零件 k，約束類型選擇【銷釘】，選擇【軸對齊】為兩零件 j、 k 端部通孔的中心軸，【平移】為零件 k 端部孔內(nèi)側(cè)和零件 j 孔外側(cè)，新建約束【圓柱】，選擇【軸對齊】為零件 圖4 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 17 圖 4 5）重復(fù)第（ 2）、（ 4）步驟，在另外一邊繼續(xù)導(dǎo)入連桿和搖桿。 在部分仿真都已經(jīng)結(jié)束后，可以連接成整體的仿真如圖 圖 圖 件運(yùn)動(dòng)仿真 挖掘機(jī)鏟斗斗尖軌跡的包絡(luò)圖 ,即 挖掘機(jī)在任一正常工作位置時(shí)所控制到的工作范圍。它是挖掘機(jī)后來進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)分析的前提和基礎(chǔ)。 機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組合而成的，其中每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式至少與一個(gè)構(gòu)件相連接，這種連接既使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又使兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 18 定的相對運(yùn)動(dòng)。 目前包絡(luò)線圖的繪制方法多采用繪圖法即當(dāng)反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸己定時(shí) (包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗尺寸、鉸點(diǎn)位置 ,相對的允許轉(zhuǎn)角或各油缸的行程等 ) ,用作圖法求得挖掘機(jī)挖掘軌跡的包絡(luò)圖?；虿捎镁仃嚪椒锤鶕?jù)相鄰兩桿件的平移、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系 ,為關(guān)節(jié)鏈中的每一個(gè)桿件建立附加坐標(biāo)系。在桿機(jī)構(gòu)的分析中 利用坐標(biāo)變換 ,求出不同位置的節(jié)點(diǎn)力與位移的關(guān)系 ,然后在計(jì)算機(jī)上用 C + + 程序編程。這兩種方法復(fù)雜、工作量大而且不直觀 ,而采用 E 的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模塊 ,可以通過限制挖掘機(jī)的極限位置而得到挖掘機(jī)的鏟斗斗尖運(yùn)動(dòng)軌跡即挖掘機(jī)包絡(luò)線圖 ,這大大節(jié)省了運(yùn)動(dòng)分析的時(shí)間 ,并提高分析的質(zhì)量。挖掘機(jī)在工作中有幾個(gè)典型的工況位置。 1） 鏟斗最高位置處的姿態(tài)。鏟斗最高位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全伸 ,斗桿油缸和鏟斗油缸全縮時(shí)。 (2)最高卸載高度處的姿態(tài)。工作裝置處于最高卸載高度處 ,動(dòng)臂油缸全伸 ,斗桿油缸全縮 ,鏟斗處在 垂直工作地面向下的位置 ,該位置挖掘機(jī)工作裝置先滿斗上升 ,到卸載位置處開始卸載 ,其目標(biāo)是使裝載車達(dá)到盡可能多的物料裝載。其中涉及的運(yùn)動(dòng)包括 :上升過程的加速與減速 ,卸載過程的抖動(dòng)卸料及卸載完后的加速下降。 (3)最大挖掘半徑的姿態(tài)。挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范中 ,最大挖掘半徑是評(píng)價(jià)挖掘能力的主要標(biāo)準(zhǔn)之一 ,它決定著挖掘機(jī)的挖掘范圍。該位置出現(xiàn)在斗桿油缸全縮 ,鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)這 3 點(diǎn)處于同一直線上 ,且動(dòng)臂油缸縮進(jìn)使鏟斗齒尖處于地面上。在該位置處 ,工作裝置下落時(shí) ,挖掘機(jī)將會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力 ,在挖掘 的過程中也將受到很大的土壤阻力。 (4)最深挖掘位置處的姿態(tài)。此位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮 ,斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直于挖掘面。該位置處 ,鏟斗中物料較多 ,土壤挖掘阻力較大 ,大臂、斗桿與鏟斗的受力都很大 ,同時(shí)該位置也是用于計(jì)算斗桿與鏟斗的危險(xiǎn)情況的典型受力工況位置。了解挖掘機(jī)各個(gè)典型位置后 ,以保證挖掘機(jī)具有良好的綜合性能為原則 ,包括能夠得到較大的挖掘深度和挖掘半徑等較大的挖掘范圍 ;鏟斗滿斗時(shí)土壤不會(huì)外卸 ,卸載時(shí)土壤能夠卸除干凈 ;并且考慮到反鏟裝置的強(qiáng)度等原則來確定動(dòng)臂與斗桿 之間、斗桿與鏟斗之間的最大夾角和最小轉(zhuǎn)角。然后使用 的 連接軸設(shè)置 ,分別對動(dòng)臂、斗桿、和鏟斗的運(yùn)動(dòng)范圍加以限制。接下來可以通過 拖動(dòng) 功能拖動(dòng)動(dòng)臂得到動(dòng)臂的極限位置 ;再固定旋轉(zhuǎn)支撐和動(dòng)臂拖動(dòng)斗桿得到斗桿的極限位置 ;最后固定動(dòng)臂和斗桿 ,拖動(dòng)鏟斗以得到鏟斗的極限位置。整個(gè)挖掘機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)極限位置分析后 ,就可以創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)器。 挖掘機(jī)具有多個(gè)自由度 ,且各個(gè)自由度之間形成一個(gè)完整的閉環(huán)結(jié)構(gòu) ,因此它的機(jī)構(gòu)仿真屬于多驅(qū)動(dòng)器開環(huán)機(jī)構(gòu)仿真。創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)器 , 選擇 的 伺服電動(dòng)機(jī) 分別在回轉(zhuǎn)裝置與動(dòng)臂、動(dòng)臂與斗桿、斗桿與鏟斗的連接軸處創(chuàng)建 3 個(gè)伺服電機(jī) ,在 規(guī)范 處選擇 位置 ,在 模 處選擇 表 ,根據(jù)各零件的運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置時(shí)間和位置 ,以確定不同時(shí)間電機(jī)的相對轉(zhuǎn)角。然后進(jìn)行運(yùn)行分析 ,選擇 的 運(yùn)行 ,新建分析定義 ,設(shè)置好開始和結(jié)束時(shí)間 ,按照各個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)順序添加電機(jī) ,并設(shè)置好每個(gè)電機(jī)的開始和結(jié)束時(shí)間。這樣 , 挖掘機(jī)就會(huì)在要求的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。選擇 的 運(yùn)動(dòng)軌跡 ,選擇鏟斗末端一點(diǎn) ,就可以得到挖掘機(jī)鏟斗的包絡(luò)線圖 ,如圖 掘機(jī)各極限位置如買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 19 圖 示 圖 挖掘機(jī)包絡(luò) (a) (b) (c) (d) (e) (f) 圖 挖掘機(jī)工作裝置各極限位置 (a) 鏟斗和斗桿油缸全縮、動(dòng)臂油缸全伸 ; (b) 斗桿油缸全縮 ,鏟斗和動(dòng)臂油缸全伸 ; (c) 鏟斗、斗桿和動(dòng)臂油缸全伸 ;(d) 鏟斗油缸全縮 ,斗桿和動(dòng)臂油缸全伸 ; (e) 鏟斗 、動(dòng)臂油缸全縮、斗桿油缸全伸 ; (f) 鏟斗、斗桿和動(dòng)臂油缸全縮運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果可以以動(dòng)畫的形式表現(xiàn) ,也可以以參數(shù)的形式輸出。啟動(dòng) 的 測量 選擇鏟斗末端的一點(diǎn) ,可得到這一點(diǎn)隨時(shí)間變化的 X 和 如圖 4 所示。從圖