挖掘机手臂设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 挖掘机手臂设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1102 班 学生姓名： 王卓 指导教师： 赵艳春 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 毕业设计（论文）任务书 机械设计制造及其自动化专业 1102 班 学生：王卓 毕业设计（论文）题目： 挖掘机手臂设计 毕业设计（论文）内容： 纸一套（包括总装图、零件图 ） 少于 3000字） 毕业设计（论文）专题部分： 挖掘机手臂结构 起止时间： 2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日 指导教师： 签字 2015 年 3 月 6 日 摘要 单斗挖掘机采用单斗来挖泥土或矿石自行开采由回转工作台和行走装置，斗臂斗杆完全放电尖端放电后的土壤，空桶面临落后于业务的周期。在建筑施工，道路工程，水电工程，农田改造，以及军事工程和露天，开放式存储和挖掘，到工作装置广泛使用，点反铲，铲挖，把握铲（也叫抢）和斗杆与其他铰链，由动臂支撑，从下往上，斗齿尖轨迹往 往采用弧线行动，停止适用于开挖面以上的土壤机器。反铲挖掘机铲斗和斗杆铰链，挖掘行动通常是由斗齿向下的轨迹呈圆弧线，适用于向下跌破铲挖掘机铲斗下，动臂沿着边缘移动，可移动的土壤挖掘手臂在固定位置，在一条直线上斗齿轨，从而能够获得直采工作面，适用于开挖边坡，沟渠，或平挖掘机铲斗簸箕形，罐底部前端装入桶，在铸造采掘工作面向外桶，重切斗齿借到土壤中，然后通过牵引拖铲挖，用绳子升斗升降，转台期满后挖转身卸土，挑流鼻坎能向下挖掘表面以下的土壤卸土，也为水下开采，大范围的挖 掘，开采，但精度铲挖掘机铲斗的两个或两个以上 的下巴盘铰链，下颚打开阀门组成，扔在采掘工作面，叶片瓣切成土壤，使用钢丝绳或液压缸轮，挖钳口阀可以卸载基坑或水下采矿，挖 掘 也可用于装载颗粒中常用小型和中型挖掘机 ,其工作装置可左右移动，更换不同的铲斗，可以不同也被转换成一台起重机 ,打桩机，篡改，故称一般（ 地雷司机一般只配备了工作装置，单操作 ,因此使用单斗挖掘机。 关键词： 单斗挖掘机 ; 矿业机构 ; 创造性思维 ; 多用的功 a or by at of in in to of by to of on in a in a or is at in by by of to of is of or in of of or in be or be in be be be a or a 目 录 绪论 . 1 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 . 2 第二章 挖掘机手臂的工作设置 . 4 臂的结构形式： . 4 合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点 . 4 定 斗杆的安装形式和铲斗的结构形式 . 4 齿安装方式 : . 5 斗的结构形式 : . 5 计步骤及参数选择： . 6 型设计 . 7 斗参数设计 ： . 7 型计算 . 7 臂的参数选择： . 8 杆参数计算： . 11 杆连杆参数设计： . 13 第三章 液压元件的选择及系统的计算 . 14 要参数的设定： . 14 斗油缸作用力的确定： . 14 杆油缸作用力的确定 . 16 臂油缸作用力计算 . 17 压系统计算 . 17 压传动计算 . 18 第四章 强度校核计算 . 20 设计结论 . 25 结论 . 26 参考文献 . 27 致 谢 . 29 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 绪论 1 绪论 液压挖掘机开发的机械工作过程的基础上，是一种尖端切割土壤和铲斗装满提升，转向卸土的位置，清空铲斗挖掘位置和下后再次启动，液压后，挖掘机是一种土方机械的运行周期。 液压挖掘机的机械传动，工业与民用建筑，交通，水利建设，露天开采和军队现代化建设，在工程广泛的应用，并且是不可缺少的各种建设条件是一个重要的机械设备。在建项目，可用于苦坑，排水沟，拆除的旧建筑，平坦的地方，在使用工作装置中，可卸 可装 ，安装，打地基，脱出其根源。在水利建设，水库，运河，水坝可用于基坑，排水和灌溉沟渠，疏浚和深挖原有的渠道，等开挖在铁路，公路，土石方，路基建设，平整场地，用来挖掘道路开挖水渠的建设。 在石油，电力，通信基础设施和市政建设，电缆和管道等的挖掘采矿在 开放领域，可用于剥离矿石或煤炭，也可用于队旗，装载和钻井作业。在军事工程，或用于道路建设，挖战壕和掩体，建有各类军事结构。因此，液压挖掘机品种的工程机械是最重要的一条，减少繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快建设进度，推进工程建设的发展，起着很大的施工部门统计，一 方米液压挖掘机挖斗容量 埋在土壤中，每类相当于生产率工作。因此每天约 300 300名工人，发展液压挖掘机，以提高劳动生产率加快国民经济的发展具有十分重要的意义。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 2 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 图中为反铲工作装置为单臂挖掘机时 的一种主要工作 结构 ， 单臂反铲工作装置是由 1动臂、 2动臂液压缸、 3斗杆液压缸、 4斗杆、 5铲斗液压缸、 6 铲斗、 7连杆和 8摇杆组成。单臂挖掘机特点是因为各构件之间都运用的是铰接连接，并通过改变各液压的运动缸运行周期来改变工作过程中的各个动作。动臂 1通过 动 臂 液压缸 2的支撑 将下铰点 与 回转平台铰接 ，动臂 的升降是由动臂的倾角大小决定的， 只有改变动臂液压缸的运动周期即可改变动臂倾角。动臂的上端和斗杆 4铰接于，斗杆绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸 5控制，当斗杆液压缸运作时，斗杆通过绕动臂的上铰点转动来 改变转角 。斗杆 4的末端与铲斗 6铰接，因此铲斗绕铰点转动是由铲斗液压缸 5 的伸缩来控制。为了便于增大铲斗的转角，铲斗液压缸一般由连杆7和摇杆 8连接再与铲斗连接。液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如基坑等，其挖掘轨迹是由各液压缸的运动及其组合来控制。然而反铲液压挖掘机的工作过程，则是先将动臂放置至挖掘位置，然后转动斗杆连接铲斗，当挖掘至装满铲斗时，便提起动臂使铲斗离开土壤，边回转边提升至卸载位置，使转斗卸出土壤，然后再回周而复始转至工作装置开始下一次作业。动臂液压缸主要作用是调整工作装置的挖掘位置，一般 不可单独挖掘土壤；而斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，使挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗，需要较图 1 1 整 体 式 弯 动 臂沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 单臂挖掘机反铲工作装置介绍 3 大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。工作效率 因采矿和开采的行程很短，所以转向挖掘可用于消除障碍或提高实践，熟练运用的液压挖掘机的人员可根据实际情况，从而合理的控制液压缸，准确运用所有的液压缸液压气缸，以达到最有效的挖掘。沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 4 第二章 挖掘机手臂的工作设置 井架是在工作单元的主要成分，所述斗杆的结构通常依赖于可动臂的分 为两类，积分和模块化的结构。简单的直动臂结构，重量轻，紧凑的布局，它主要用于悬挂挖掘机，挖土装置整体的可动臂的常见的形式是有用的，以获得更大的采矿转动可动臂在弯曲结构的形状和强度，值得指出的是，有时采用臂的三个变化是有益的，以减少弯曲的应力集中。积分斗臂结构简单，价格优廉，相同的结构结合可动臂是光缺点是替代能力低，差为了扩大其机械通用性，增加其需要配几套普通工作装置，用于类似于长期的操作是更合适的积分可动臂结构。 合并的可动臂通常用于弯曲所述臂是两种的结合，有辅助连杆（或液压缸）连接，另一种抽苔。 合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点 定斗杆的安装形式和铲斗的结构形式 将合并的可动臂的主要优点是： 0分钟，通过液压缸连接时可以调节来调整。 后简单地解决的主要更换设备的统一的问题越多，更换也一般情况下，动臂装置要求能适应各种作业，也不需要改变。 由于上述优点，结合可动臂的结构比和对可动臂理解 的 更复杂性，但它已被越来越广泛地在小型和中型一般的液压挖掘机的操作条件时，使 用组合的可动臂是比较合适的。 设计操作条件是单一的，因此选择整体动臂。臂也具有整体的和模块化二，大部分的沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 5 挖掘机采取和，当需要调整或杠杆臂长度改变斗杆被使用，或在斗杆上设置 2 4为调整时，提供选择和可动臂孔端利用反铲结合斗杆。 齿安装方式 : 至今为止挖掘机安装的方式有两类，第一种 就是 大多采用螺栓连接 q二种使用橡胶卡销结构 q 由于本次设计斗容量 q=0.2 此斗齿安装方式为螺栓连接 斗的结构形式 : 合理选择的桶 参数和结构形状在挖掘机操作效果是非常铲斗操作目标是多方面的，不同的操作条件下，采用一个水桶，以适应任何困难的工作对象和为了满足具体的情况，尽可能提高了工作效率，一般挖土设备配备甚至十个不同桶的容量，桶的不同结构的形式。 至今为止，对于斗结构形式的研究尚处于现场试验，模型试验在实验室测试或阶段，没有建立例如某人的一次系统 表 不以反映的桶设计的合理性敏感，所以两种页岩的测试结果操作效果是不同的，切 割前中间稍微突起的桶中的一个，与没有横向齿，横向臂微凹，这些因素使得页岩开采电阻桶是相反。 对于各种桶结构中的一个统一的要求的形状是： 以不应该被铲斗内设置臂水平凸缘，如边缘与桶的底部的纵剖面形状应当适合于各种材料的运动。 此延长运转周期，减少使用铲斗容量如此有效地在国外已经被迫卸土泥桶。 宽度和材料的比例颗粒直径应大于 4： 1。当这个比例大于 50： 1不考虑的影响粒径，作为均质材料。 利于增加，以切断或损坏的阻力是很大的挖硬土或砾石从齿耙料出来的水桶和材料刚刚接触线挖掘的压力，形状，结构和安装尺寸参数是值得研究的，其主要的要求是采矿，阻力小，耐磨损，更换方便。 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 6 表 2 作业条件 铲斗 编号 铲斗充满时间 （ s） 生产率 （ 10KN/h） 效率 （ %） 在页岩中 作 业 铲斗 1 铲斗 2 00 砂中 作 业 铲斗 1 铲斗 2 00 反铲装置总体方案包括以下几个方面： 确定与组合式或整体可动臂，并且可动臂的模块化组合或积分可动臂液压缸布置悬挂或类型下方的形状。 在所识别的积分可动臂，为下一个可动臂式液压缸装置的前面。 确保整体的或组合使用的斗杆，和合并的斗杆组合或独石斗杆是否可变转折点确定的积分杆。 设有参数 对于具有一定规模的工作中，动臂臂长比之间有很多时 2（ 3）已呼吁反铲长动臂短臂，当 2的比例。本设计采用了中型解决方案，取= 桶的容量及主要参数，并考虑铲斗连杆传动比调整的需要与否。 量，系统循环注射方式，条件和达到制造诸如以确定液压缸，气缸，气缸的直径，总延伸率和的总收缩率的数量的要求结构尺寸，运动津贴，稳定性和因素如成分的运动的幅度一般取 = 别情况下为可动臂摆动角度和铰链点 置要求可以取 1 取 2 3 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 7 型设计 斗参数设计： 铲斗容量 q 、转斗挖掘半径 R ，斗宽 B 和转斗挖掘装满转角 2 （令 是铲斗的四个主要参数。 R 、 B 及 2 三者与 q 之间有以下几何关系 q =2s 1 2 (2 2) 其中： R 铲斗挖掘半径，单位 m； q 中： q =知 )，铲斗斗容量； B 铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范 围，查表 2 6 ，取 B 2 铲斗挖掘装满转角，一般取 2 90 100，取 2 95 q 、 B 、 2 代入式 (3 1)得： 1 2R R 斗型计算 通过计算斗形尺寸来确定铲斗主要参数，常见铲斗斗形参数参考表 3。不同的形状的斗形是通过改变三角形 形状来 改变的 。 根据 比拟法得出斗形尺寸b =知 )、 知 ), 得到 ： 1x =2x =x=R =m = =40; =23; =108 H L = 斗齿几何形状 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 8 挖掘比阻力达到最小值是通过 改变 铲斗的几何形状。铲斗切削时的主要参数，如图 3中长度 L、铲斗容量 q、高度 H、宽度 B、切削角、刃角和后角等参数的选择都对挖掘比阻力有直接影响。 为使斗侧壁不参与切削， 铲斗应装有侧齿。 齿宽 b q = (2齿长 l q 齿距为： a =(3.5)b =(m,取 a =前臂与切削面的间隙取 f =由于铲斗宽度 B=宽与齿距之和为 因此铲斗装有 3个齿。 切削角 对切削阻力影响也很大。通常，挖 级土时，斗切削角为 20 35（较大值适用于硬土，小值适用于一般土），常用切削角为 30，本次设计取 30，后角 不应小于 5，切刃角取 25。 臂的参数选择： 铲斗容量 q 据单臂液压挖掘机的有关设计标准，通过类比法，选出参数机重 G 5吨。也可根据经验公式计算法，参考表 1，线尺寸参数 : 最大挖掘半径 R 1 =5 = (2最大挖掘深度 5 = (2 最大卸载高度 5 = (2据统计，最大挖掘半径 R 1 值一般与 l 1 + l 2 + 此由要求 R 1 ，已定的3K 可按下列经验公式初选 l 1、 l 2 ： 311 （ 2 l 1 =K l 2 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 9 其中： R 1 =1K 经 计算得出： l 2 = l 1 = 1K l 2 = (2在三角形 1 、 l 1和3 其中： 1 动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但降低了卸载高度，但太小对结构的强度不利，一般取 120 140，取 1 140； l 1前面已算出为 3K 动臂转折处的长度比 一般根据结构和液压缸铰点 步设计取3K 3K 因此根据公式：可以算出 41l 、 42l 、3913231c o （ 2 39= 42241212422 ) 经计算得出： 1l = 42l = 39= 斗杆液压缸全缩时 =832 最大（图 3 12），常选 （832 ）160 180 32 ）170。 取决于液压缸布置形式，（图 3动臂液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。单臂挖掘机 动臂液压缸 其铰点一般置于动臂下翼加耳座上， B 在 定 5，根据已知 ，解得 由图 3） 211m a a x3 s i n (s i 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 10 32118m a a 180s i n ( （ 2 由图 3深度绝对值的表达式为 1152m i a x1 s i n)s i n ( （ 2 将这两式相加，消去5l， 并令 A 11 2 ， B A +8得到： H l 1 )- A) +2l )=0 式 （ 2 又特性参数： 4K （ 2 因此 14K 2124m K ) （ 2 将上式代入式（ 3得到一元函数 f(=0。式中 经计算得出： 最后由式 （ 355l11m a i s s （ 2 70s 7s 其中： 1l =2l A 由于履带总高 35 似取 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 11 然后，解下面的联立方程，可求和：=72 )=2122 ) 72 )=2222 ) （ 2 于是： 5 x （ 2 1L = 经计算得出： l=上述结果联系实际 的到下列几何公式 ： + = ； | - =1 杆参数计算： 斗杆挖掘过程中，切削行程较长，对于土 的切削能力 在挖掘过程中视为常数，通常取斗杆在挖掘过程中总转角g=50 80 ,在本次设计g 65，这时半齿的运行行程为：中：6r 斗杆挖掘时的切削半径，6r 取2 杆挖掘时的切土厚度 001 01 (2沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 12 式中0K 挖掘比阻力，由表 0 10 查得，0K 20（级土壤以下） 土壤松散系数近似值取 斗杆 2l 与铲斗3l和 间，为了满足下铲和最终卸载及运输状态的要求，铲斗的总转角往往要达到 150 180， 322m os (2 0 0 0K、 q 、g、 3m a 232m a a (P ）（ m 其中：根据公式计算得出 2P 杆液压缸初始力臂20余弦函数。设20 ,则 9m a a c 2 (2由图 3 13，取20 ，求得 12s a 其中斗杆摆角范围大致在 105 125，取 105） 沈阳化工大学科 亚学院学士学位论文 第二章 挖掘机手臂的工作设置 13 )2co s (2 m a i i = ）2105c o s (2 =杆连杆参数设计： 通过对几何要求和结构分布的角度要求考虑，重要是保证铲斗六连杆机构在3保证 四边形 任何情况皆成立。根据铲斗六连杆机构的要求，凭借外界有力因素选出可行的方案： 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 14 第三章 液压元件的选择及系统的计算 要参数的设定： 系统的工作压力，流速，以及两者的乘积，即液压动力的系统是液压系统设计的主要参数，常常选定的工作压力，同时根据所叙述的移动速度执行元件，来确定其流率。 由于本设计结构简单质量较轻所以选液压功率小于 40作压力取 p 16000 斗油缸作用力的确定： 为了容易观看 如图 4 1 所示 ，忽略土和斗的质量，同时忽略所有机构质量及器之间的工作效率影响因素，对铲斗油缸作用力为： l 3铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为摇臂长度）， cl 的力臂， m； 大铲斗挖掘阻力， N； 最大铲斗挖掘阻力为： 1 7 0 0 0)c o 012 a xm a (3式中 C 土壤硬实密实计打击次数，对级土壤， C 9 15， 对级土壤， C 16 35；本设计取 C 15。 铲斗与斗杆铰点齿尖距离，即铲斗的转斗切削半径， m； 挖掘过程中总转角的一半，即最大转斗挖掘力位置，已得出 k 切削刃宽度影响系数， 1 b 为铲斗宽度 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 15 切削角变化影响系数，取 斗齿的影响系数，取 齿时取 1）； 前边斗齿对地面倾斜角度的影响系数，取 得出： 因此把入式 4 1 得： N 而 此 时动臂油缸及斗杆均处于 关闭封锁 状态， 得出 斗杆油缸 的 闭锁力 gFl 2式中 斗杆油缸闭锁力 考图 4 1 由 的力臂，由 l 2F 对斗杆与动臂铰点 B 的力臂，由 2F 挖掘阻力的法向分力，取 2F （ 0.2） 2F 因此 臂油缸闭锁力应满足： 25l A 式中 5l 动臂油缸闭锁力 的力臂，5l 的力臂， 2F 对铰点 A 的力臂， 因此 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 16 杆油缸作用力的确定 如图所示忽略所有机构 的重量 和连杆机构效率的影响，斗杆油缸作用力 gF式中： 由 由 图得， 得出：此时铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁 状态，所以铲斗油缸闭锁力 dF 由 l 由 得出： 臂油缸闭锁力 2l A 式中 : 由 图得， 由 图得， 忽略不记； 5l 由 图得，5l 出： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 17 臂油缸作用力计算 运动过程中中最大提升力，是由动臂油缸的作用力决定的，同时可以提高铲斗装满土壤时 的位置 至最佳卸载位置进行卸载，其计算简图 4 3所示，此时动臂油缸作用力为： )(15 (3式中 :铲斗及其装载土壤的重力， N； 斗杆所受重力， N； 动臂所受重力， N； 铲斗质心到动臂下铰点 A 的水平距离， m； 斗杆质心到动臂下铰点 A 的水平距离 ， m； 动臂质心到动臂下铰点 A 的水平距离 ， m； 20 其中 斗内土重 =20斗重 = 把bG、gG、入上式得： ） 压系统计算 单斗液压挖掘机的主要参数如下，由此根据不同样式的液压泵和压力进行初步计算。 机械总重 5t 动臂液压缸推力 杆液压缸推力 斗液压缸推力 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压元件的选择及系统的计算 18 压 传动计算 使用定量泵，根据液压缸推力来决定系统工作压力 16000p 作液压缸缸径，假使液压油缸的压力损失 1p 500压缸回油背压 1p 1000压缸大小腔作用面积之比为02 A 为大腔作用面积，0根据公式 021 (3 16000 500） A 10000A 1500A 求得：动臂液压缸：50041