毕业设计（论文）-6t液压挖掘机的设计（含全套CAD图纸）

河南科技大学毕业设计（论文） 1 全套设计，联系全套设计，联系 153893706153893706 第一章第一章 绪论绪论 1.1 液压挖掘机的工作特点和基本类型 液压挖掘机是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分 组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电 气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 其工作特点是：定转矩控制，能维持液压泵驱动转矩不变，载断控制，可以减少 作业时间的卸荷损失；油量控制，可减少空挡和微调控制时液压泵的输出流量， 减少功率损失。 根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、 全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。 1.1.1 液压挖掘机的主要优点 液压挖掘机是重要的工程机械，具有作业灵活方便、适应范围广等优点，具 有多项功能,又具有运输、能耗、灵活性、适应性等方面优势,而且价格低、重量 河南科技大学毕业设计（论文） 2 轻、保养维修方便等优点得到了广泛的应用。 1.2 液压挖掘机的发展概况 1.2.1 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容 量 3.5-4.0m单斗液压挖掘机的主要生产国，从 20 世纪 80 年代开始生产特大型挖 掘机1。例如，美国马利昂公司生产的斗容量 50-150m剥离用挖掘机，斗容量 132m的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量 168.2m 的步行式拉铲挖掘机，斗容量 107m的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖 掘机。 从 20 世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用 化和自动化的方向发展。 一、开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田 建设的需要，国外发展了斗容量在 0.25m以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在 0.01m。另外，数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装 置除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、 麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉 铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比 压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。 二、迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠 杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电 子计算机综合程序控制2。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计 算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有 这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好的前提。 三、重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速 度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使 河南科技大学毕业设计（论文） 3 挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新 C 系列 LS- 5800 型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功 率的浪费。还安装了 CAPS（计算机辅助功率系统） ，提高挖掘机的作业功率，更 好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的 FJ 系列五种新型号挖掘机配有 与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、 发动机功率和液压功率的消耗，并处长了零部件的使用寿命；德国奥加凯（O 铲斗及土重总和, 其重心距回转中心线(Z 坐标)的距离 Y8NG 2 . 43518 为 3508mm; 铲斗油缸重量, 其重心距回转中心线(Z 坐标)的距离 Y9为NG4 .9609 4169mm; 图示位置挖掘力, 其距回转中心线(Z 坐标)的距离 Yw为NW 6 . 330941 2960mm. 平台及平台上部各部分的重量总和： 98765421GGGGGGGGG上 =2352+22540+2940+1234.8+1724.8+1176+4351.2+960.4 =37279.2N 平台及平台上部各力对回转中心水平轴的力矩(包括挖掘力)： Nmm YG YGYWYGYGYGYGYGYG YGM w ii 48.11197701 )8902254014842352(296046.33094169 4 . 9603508 2 . 435131881763913 8 . 17241404 8 . 123420642940( ) ( 22 111998877665544 上 河南科技大学毕业设计（论文） 33 设平台及平台上部合力作用点的位置为 M 点（包括挖掘力） ，则： rWGM）（上上1 cmmm WGMr 12.159 2 . 1591 ) 6 . 33094 2 . 37279/( 8 . 111977014 )/( 111 r平台及平台上部合力作用点到机器回转中心的水平距离. 本底座计算中的单位规定如下： 图形中的长度单位： mm 力的单位： N 质量的单位： kg 力矩的单位： Nm 3.2 底盘强度计算 一、底盘车架的尺寸如图 3-2 所示 A、B、C、D 为底盘在履带架上分支承点。即底盘横梁中心线和履带架中心 线的交点。 A1、B1、C1、D1 为驱动轮、导向轮在地面的支承点，A1、B1、C1、D1 分 别在单条履带的中心线上。 AK 和 A1K1分别为 B C、B1 C1的垂线 AK= A B sinA B C= A B sin() AB AC arctan = 655 sin()=601.5mm 655 1520 arctan 河南科技大学毕业设计（论文） 34 A1K1= A1B1sinA1B1C1= A1B1sin() 11 11 arctan BA CA =1990 sin() 1990 1520 arctan =1208 mm 图 3-2 底盘车架 (单位:mm) 河南科技大学毕业设计（论文） 35 图 3-3 截面 (单位:mm) 二、底架强度计算20： 取 M 作用于 A 的一边 270 mm 处是最大受力工况。按 A、B、C、三点支承 受力平面进行计算。 AKMGRA/4/ 上上 =22540/4+111977014.8/601.5 =191798N 计算取图 3-3 中的截面和截面为危险截面。NN NN 截面的计算 （尺寸如图 3-3 所示）： NN x WM / mmY952/190 4 33 33.31129687 )172149190165( 12 1 mm Ix 3 68.327 95/33.31129687/ cm yIW xx 27 A RM 河南科技大学毕业设计（论文） 36 =19179827/327.68 =15803.7N/cm2 截面的计算（尺寸如图 3-4 所示）：NN AAyY/ 图 3-4 截面 (单位:mm) 3 1296888)5180101135 .13(16 5 . 28 )518010113 5 . 28(394)51801011315(3099 )55180( 5 . 8710)5 2 11310180 ()11310180(10 mm yA ii 河南科技大学毕业设计（论文） 37 2 804127163949930 5 . 8710)11310180(1018810mmAi cmmmAyAY iii 1284.16284.1618041/1296888/ 4 2 _32 32 32 323 2 9 . 123283757 )284.161 518010113 5 . 13(27162716 12 1 )284.216518010 113 5 . 28(394394 12 1 )284.16151801011315( 30993099 12 1 )5 2 11310180 284.161)(11310180( 10)11310180(10 12 1 284.1611881010188 12 1 )( mm AaII iixix 3 389.764284.161/ 9 . 123283757/cmYIWx x 图 3-2 中的点为（）合力作用点的位置, 660 为滚盘座螺孔中MGW 上 1 心的分布直径, 1520 为两条履带中心线的距离21。即底座横梁按简支梁计算的长 度，则截面螺孔中心所受的力为： NN 2 .82/ ) 2 2 .82 )( 11 rWGWGRN 上上 660/ ) 2 660 2 . 1591)(6 .3309422540( 6 . 3309422540 N263.161947 1520 4 1 NN RM 1520263.161947 4 1 =6153995.994N.cmmmN 94.61539959 / XNN WM 389.764/994.6153995 河南科技大学毕业设计（论文） 38 2 /869.8050cmN 3.3 许用应力的选取 根据单斗液压挖掘机底架计算，其许用应力按动载荷选用。板厚 16mm 时的容许应力为 17150N/cm2。很明显，通过对挖掘底座的计算，各部 分的应力均小于所选取的许用应力值，所以机器各部分 16Mn 板材所受的力均能 满足强度要求，且有足够的安全系数。 3.4 小结 本章主要设计液压挖掘机的底盘，主要计算了底盘的强度，研究了底盘的支 撑力，从而提高机器的安全系数，在实际生产中根据需要选择适合的板材，满足 生产需要。 河南科技大学毕业设计（论文） 39 河南科技大学毕业设计（论文） 40 第四章 履带行走装置的计算 4.1 压马达的输出扭矩和转速 （马达扭矩）i PV mng 1000 59 . 1 Mg （马达转速） g v V Q n 1000 Q流量 Q =55L/min 几何排量 =VgVgrml / 7 . 22/ 7 . 43 压差， 取 pp205bar 容积效率， v 96 . 0 v 机械效率， mn mn 93 . 0 i传动比 i =53.706 一档工况： 706.53 100 93 . 0 205 7 . 4359 . 1 1 g M mN.7114 7 . 43 96 . 0 100055 1 n min/1208r 二档工况： 706.53 100 93. 0205 7 . 2259 . 1 2 g M mN.3696 河南科技大学毕业设计（论文） 41 7 . 22 96 . 0 100055 1 n min/2326r 图 4-1 履带行走装置 1、导向轮 2、组合行走架 3、张紧装置 4、中护轨板 5、托带轮 6、 履带 7、支重轮 8、驱动轮 4.2 挖掘机的行走速度和牵引力 行走马达选用 JA3D3000B 型 排量：43.7/22.7ml/r 中央末端传动比 i=53.706/1=53.706 一、行走速度为： i ztn V 1000 60 驱 t链轨节距 t=135mm z驱动轮有效节数 z =12 驱动轮转速： min/497.22 706.530437 . 0 96 . 0 55 1 rn 河南科技大学毕业设计（论文） 42 min/ 3 . 43 706.530227 . 0 96 . 0 55 2 rn 行走速度： hkmv/186 . 2 10 12135497.2260 6 1 hkmv/21 . 4 10 12135 3 . 4360 6 2 二、履带牵引力： 驱动轮半径： mm z t r80.260 12 180 sin2 135 180 sin2 一挡工况： 马达的输出转矩： Nm V pT mn g 4.132 93.05.122159 1000 159 1000 7.43 1 驱动装置输出转矩： mN M .67.7110 706.534.132 1 单边牵引力： NF84.2726426080.067.7110 1 一挡牵引力： kNNF53.5468.5452984.2726422 1 取地面附着力： 河南科技大学毕业设计（论文） 43 F附=5600x9.8x0.75=41.16kN 二挡工况： 马达的输出转矩： mN V pT mn g .81.68 93.05.122159 1000 159 1000 7.22 2 驱动装置的输出转矩： mNM.5.3695706.5381.68 2 单边牵引力： NF86.1416926080.05.3695 2 二挡牵引力： kNNF34.2872.2833986.1416922 2 4.3 挖掘机爬坡度计算 一、 挖掘机在坡度上行走时(硬路面),其牵引力需要克服: 运动阻力； 坡度阻力（下滑力） ； 内部阻力； 根据牵引力的计算，我们知道挖掘机的牵引力大于地面附着力，故计算时 以地面附着力为准，另外发动机有足够的动力克服内部阻力，故计算时不考虑内 部阻力的影响。 Gcos+Gsin=Gcos 地面阻力系数： = 0 地面附着系数： = 0.8 代入得：=arctg（0.8-0.1）=35 二、实际爬坡能力由发动机爬坡允许倾角的限制, 按照柴油机的使用要求, 最大 允许倾角为 35 ,所以本机最大爬坡度为 35 河南科技大学毕业设计（论文） 44 4.4 行走、下坡制动力计算 挖掘机下 30坡时全速（二挡）行驶计算制动力，风从后面吹来，其驱 动轮的主动力有下滑力、制动惯性力、风的合力。 下滑力： W15600 （Sin300.035Cos30）2630.26kgf 制动惯性力： W2（5600 V2）/t=5600 4.03 1000/3600）3.5 1791.1 kgf（制动时间 t=3.5 秒） 风力： W350 kgf WW1W2W34471.2=22235.6 kgf 每条履带上主动力为 2235.6 kgf 履带效率为 0.85 P2235.60.851900.2 kgf 驱动轮上需制动转矩为： M1900.20.260800.9053.7068.30kg.m 行走装置的制动转矩为： 451/53.706=8.4 kgm 制动力矩够。 4.5 弹簧张紧装置计算： 一、已知：履带节距 t=135mm , 单边履带牵引力 F单=27.264kN 取： 弹簧直径 D=120mm , 弹簧钢丝直径 d=30mm 二、弹簧张紧力计算： 河南科技大学毕业设计（论文） 45 P1=1.5F 单=1.5x25.844=40.897 kN 压缩后弹簧力计算： P2=3x F 单=3x25.844=81.795 kN 弹簧的工作行程： ht/4=135/4=33.75mm 取 48mmm 三、计算参数如下 P1=40.897kN,P2=81.795kN, h=H1-H2=48mm, D=120mm d=30mm, 弹簧材料 60SiCrVA=950N/mm2,经喷丸及热处理后强度提高取 =1150N/mm2 四、弹簧指数计算： C=D/d=120/30=4 五、弹簧刚度系数： K=（4c-1）/（4c-4） ）+0.615/c=（4x4-1）/（4x4-4） ） +0.615/4=1.25+0.154=1.404 六、弹簧钢丝直径校核： mmCkPd978.311150/4404. 1817956 . 1/6 . 1 2 取钢丝直径 d=30mm 七、弹簧工作极限负荷计算 kNkDdp34.72120404 . 1 8/11503014 . 3 8/ 33 1 八、单圈弹簧刚度 pd=Gd4/8D3=80000 304/8 1203=4687.5N/mm 式中：G材料剪切弹性模数 G=80kN/mm2 九、最大工作负荷 P1 、P2作用下单圈弹簧的变形 f1= P1/Pd=38766/4687.5=8.27mm f2=P2/Pd=77532/4687.5=16.54mm fW = f2- f1=16.54-8.27=8.27mm 河南科技大学毕业设计（论文） 46 十、弹簧有效工作圈数及总圈数 n=h/fW =48/8.27=5.804 取 n=6 n0=n+2=6+2=8 圈 十一、弹簧刚度 Pd= pd/n=4687.5/6=781.25N/mm 十二、在 P2和 P1作用下的变形 f2和 f1 f2= f2n=16.533 6=99.198mm f1= f1n=8.256 6=49.536mm 十三、弹簧自由长度、压并长度及节距长度 取钢丝间隙： =0.05d=1.5mm 节距长度： T=d+f2/n+=30+99.198/6+1.5=48.03348mm 自由长度： H0=n T+1.5d=6 48+1.5 30=333mm 压并长度： Hb=（n+1.5） d=（6+1.5） 30=225mm 十四、在 P2和 P1作用下的弹簧长度 H2和 H1 H2=H0-P2/Pd=333-77532/781.25=233.76mm H1=H0-P1/Pd=333-38750/781.25=283.4mm 4.6 小结 本章主要设计了履带行走装置，履带行走装置主要由导向轮、组合行走架、 张紧装置等组成，它主要根据挖掘机的行走速度和牵引力决定，履带行走装置要 满足不同的路的情况，故它的设计至关重要。 河南科技大学毕业设计（论文） 48 结结 论论 本设计主要针对液压挖掘机整机设计。包括整机参数的计算，整机稳定性计 算，整机重心计算，底盘的设计以及履带行走装置的设计等，设计的液压挖掘机 解决了液压挖掘机的稳定性，主要是上、下坡时，误操作时挖掘机的稳定性等问 题，对实际使用有着重要的意义，但是与已有结果相比较也还存在着一些问题。 对工作装置的自由度计算没有涉及，使得工作装置在实际操作中可能会出现不稳 定性，在以后的研究中可以进一步深入研究。 河南科技大学毕业设计（论文） 49 参考文献 1 1工程机械研究所工程机械研究所. .单斗液压挖掘机单斗液压挖掘机. .天津：中国建筑工业版社，天津：中国建筑工业版社，19771977：25-2825-28 2陈冬生等.液压传动和液力传动.北京：水利电力出版社，1991：30-32 3官忠范主编.液压传动系统.北京：机械工业出版社，1997：21-23 4李福义.液压伺服系统. 哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992：55- 59 5上海煤矿机械研究所. 液压传动设计手册.上海：上海人民出版社， 1976：48-50 6 6何存兴主编何存兴主编. .液压元件液压元件. .北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，19821982：45-4645-46 7 7杨培元杨培元, ,朱富元主编朱富元主编. .液压系统设计简明手册液压系统设计简明手册. .北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社， 20022002：55-5655-56 8 8张铁张铁. .液压挖掘机结构原理及使用液压挖掘机结构原理及使用. .武汉：石油大学出版社，武汉：石油大学出版社，19981998：30-3230-32 9 9周士昌主编周士昌主编. .液压系统的设计图集液压系统的设计图集. 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