反铲式挖掘机的设计

1、键入公司名称机械设计原理大作业反铲挖掘机工作装置设计A键入作者姓名选取日期 专 业： 城轨一班姓 名： 王波 学 号： 20116531指导教师： 温亚莲 目录第一章:绪论11.1:设计题目及简介11.2：反铲式挖掘机简介2第二章：挖掘机机械原理32.1：计算挖掘机的自由度32.2：挖掘机工作原理32.3：几个特殊位置的确定4：最大挖掘深度5：最大挖掘高度5：最大卸载高度5：最大挖掘半径R62.4：工作装置参数的确定6：铲斗各参数的确定8：铲斗其他参数的确定92.5：动臂机构参数的确定9：与A点坐标的确定9：l1和l2的计算92.5.3:l41和l42的计算102.6:斗杆机构参数的计算102

2、.7：铲斗机构的参数选择11：转角范围11铲斗机构其它基本参数的计算11第三章133.1：心得体会13第一章:绪论1.1:设计题目及简介设计题目：反铲液压挖掘机工作装置设计A反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合 图1.1：挖掘机设计数据与要求题号铲斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半径卸载高度铲斗挖掘力A

3、0.8m³4.39m4.64m5.52m2.66m52KN设计任务1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图；2、根据所提供的工作参数，对挖掘机工作机构进行尺度综合，确定工作机构各个杆件的长度；3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。4、 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。1.2：反铲式挖掘机简介 挖掘机的动力臂、斗杆臂、

4、铲斗、液压缸等都是用铰链方式连接的。因为，铰链连接方式使被连接部件只具有一个“自由度”绕销轴中心旋转。首先，挖掘机的工作机构是利用“三角形稳定性”原则设计，根据杠杆原理进行力学计算，根据双作用液压缸的工作特性选型、安装而成。双作用液压缸：伸出力比较大、速度慢，收缩力比较小、速度快，工作平稳，操控比较精准。  工作臂：作为阻力臂进行计算，力矩为两销轴之间的距离。液压缸：作为动力臂进行计算，力矩为工作臂原点销至液压缸动点 销。力学计算：系统压力：是提供液压缸工作的最大工作动力。液压缸：活塞面积是动力大小的关键数据，F=P*A。活塞杆直径，是影响液压缸反工况力学参数的关

5、键数据。  D越小，反工况力越大，速度越慢，活塞杆刚度越低；  D越大，方工况力越小，速度越快，活塞杆刚度越高。  注意：液压缸安装位置与工作臂具有较大的夹角，这是为力提高液压缸工作力的效率，同时，尽可能降低液压缸行程，从而降低整机成本，实现工作机最大效能臂展长度、最大挖掘力、最大挖掘深度、最大挖掘速度等等性能参数。图1.2：挖掘机简图第二章：挖掘机机械原理2.1：计算挖掘机的自由度图：2.1 挖掘机工作装置简图自由度分析：可动构件11个，低副15个，有一个复绞2.2：挖掘机工作原理动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同

6、整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。 挖掘作业时，接通回转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。图2.2 反铲式挖掘机执行机构1-斗杆油缸；2- 动臂； 3-油管； 4-动臂油缸； 5-铲斗； 6-斗齿； 7-侧板；8-连杆；

7、 9-曲柄： 10-铲斗油缸； 11-斗杆2.3：几个特殊位置的确定图2.3：反铲挖掘机工作范围图：最大挖掘深度图2.4：最大挖掘深度示意图反铲最大挖掘深度是指动臂油缸全缩，FQV三点共线且垂直与基准面时，斗齿尖距基准面的垂直距离。：最大挖掘高度图2.5 最大挖掘高度示意图反铲最大挖掘高度是指动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩以及铲斗油缸全缩时斗齿尖距离基准地面的距离。：最大卸载高度图2.6、：最大挖掘深度计算图反铲挖掘机的最大卸载高度是指斗杆油缸全缩，动臂油缸全伸时，QV连线处于垂直状态时，斗齿尖距离停机面的垂直距离。：最大挖掘半径R图2.7：最大挖掘半径反铲最大挖掘半径是指斗杆油缸全缩，C、Q距离

8、最大且C、Q、V三点一线并平行于基准地面时斗齿尖距离回转中心线的最大距离，此时动臂油缸和铲斗油缸的长度不在极限长度上。2.4：工作装置参数的确定图2.8：工作装置图2.9 参数图：铲斗各参数的确定图2.10：铲斗液压挖掘机基本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。铲斗的主要结构参数有斗容量q、转角挖掘半径和平均斗容宽b，它们与铲斗装满转角之间存在如下的数学关系：式中为松散系数，与土的类别及其状态有关。参考文献，对三级土，其范围在之间，可选=。式（1）中挖掘装满转角2是指铲斗从开始接触土壤到挖掘过程结束并脱离土壤的转角，并非铲斗的整个转角范围。试验和统计

9、结果显示，该值一般在之间，选取2=。而为了满足挖掘，铲斗的总转角一般要达到左右。根据相关资料，当容量q=0.8m³时，斗宽一般选取1.010m。所以根据式（其中，）可得: 。：铲斗其他参数的确定在上述主参数确定的基础上，接下来就应考虑铲斗的结构形状和具体的结构参数，如铲斗的上两铰链点的距离，对于，其取值范围一般在,在此处取，则=0.4m。对于，则涉及铲斗的具体结构情况，一般在范围选取，在此选。2.5：动臂机构参数的确定：与A点坐标的确定初选动臂转角由经验统计和参考其它同斗容机型，初选特性参铰点A坐标的选择：由底盘和转台结构，并结合同斗容其它机型的测绘，初选：l1和l2的计算据统计，最

10、大挖掘半径值一般与的值很接近。因此要求，按下列近似经验公式初定和，即：其中： 且 R=5520mml2=(R-l3)/(1+K1)=(5520-1490)/(1+1.8)=1439.3mml1=K1*l2=2590.7mm2.5.3:l41和l42的计算在中已知、可得： 其中： 计算得 l41=1413.3 L42=1978.7 2.6:斗杆机构参数的计算图6.3斗杆机构摆角范围计算简图 图6.4斗杆参数基本参数计算简图取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂的表达式：其中为斗杆最大挖掘力，查阅有关资料，确定斗杆最大挖掘力F=52KN，根据同类挖掘机的受力情况取，可得。Emax=l9=3

11、80.225mm根据统计数据一般选取，由上图几何关系可得：其中，得。参考相关文献，斗杆油缸的最大伸长量与最短伸长量之比，可得。由几何关系可得： 可得：l8=1476.65mm 2.7：铲斗机构的参数选择：转角范围 由最大挖掘高度和最大卸载高度的分析，可以得到初始转角得 最大转角不易太大，太大会使斗齿平均挖掘力降低，初选。铲斗机构其它基本参数的计算在图4-2中，：摇臂的长度；：连杆的长度；：铲斗的长度；：斗杆的长度；：斗杆的下铰点；：铲斗油缸的下铰点；：摇臂与斗杆的铰接点；：铲斗的上铰点；：铲斗的下铰点。l12：摇臂的长度；l29：连杆的长度；l3：铲斗的长度；l2：斗杆的长度；F：斗杆的下铰点；G：铲斗油缸的下铰点；N：摇臂与斗杆的铰接点；K：铲斗的上铰点；Q：铲斗的下铰点.图6.5铲斗机构计算简图则有：铲斗的最大挖掘阻力 应该等于斗杆的最大挖掘力，即。粗略计算知斗杆挖掘平均阻力挖掘阻力所做的功由图4-3知，铲斗油缸推力所做的功 由功的守恒知 计算可得： 则通过经验公式和同斗容的其它机型的参考，初步