wy6反铲液压挖掘机工作装置设计毕业正文

洛阳理工学院(论文)PAGEIWY6反铲液压挖掘机工作装置设计摘要液压挖掘机是土方和石方工程的主要施工机械，广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。液压挖掘机利用工作装置进行土方和石方挖掘，工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志。本设计对液压挖掘机的典型工况进行了分析，根据液压挖掘机的工作特点，从几何尺寸、动力特性、结构强度、经济性等方面讨论了液压挖掘机工作装置的设计要求，提出了液压挖掘机工作装置的设计原则。通过分析挖掘机工作装置铰点的失效机理，提出了铰点销轴和轴套最小间隙的计算公式和最大间隙的限制条件。同时以某挖掘机工作装置为例，进行了工作装置的优化设计。对比优化设计和原设计尺寸，比较了主要作业参数，得出经过优化设计的铲斗缸的挖掘力得到了充分发挥。关键词液压反铲挖掘机；工作装置；大臂运动分析；铲斗DESIGNOFWORINGDEVICEOFBACKHOEHYDRAULICEXCAVATORAbstractHydraulicexcavatoristhemajorconstructionmachineintheearthmoving,excavationandengineeringfield,anditiswidelyusedinthemechanizedconstructionofenergy,transportation,waterconservancy,urbanconstructionandmodernizedmilitaryengineeringfield.Workingmechanismisthemainpartforearthexcavation,sotheperformanceandreliabilityofworkingmechanismbecomeThisdesignofworkingmechanismisthemaincomponentofhydraulicexcavatoranditsperformancedirectlydeterminestheperformanceofthewholehydraulicexcavator,whichbringshighdemandsforworkingmechanismdesign.Firstacomprehensiveanalysisisperformedforhydraulicworkingconditions.Onthebasisofworkcharacters,thedesignofworkingmechanismisstudiedtomeettherequirementsforgeometry,dynamiccharacteristics,structurestrength,econ-omicandotheraspectsofhydraulicexcavator.Anddesignprincipleisdiscussed.Alloftheresearchworkhasimportantguidingsignificance.Throughanalyzedtheexcavatorworkinstallmentarticulationfailuremechanism,proposedthearticulationspotsellstheaxisandtheaxlesleevesmallestgapformulaandthebiggestgaplimitingcondition.Meanwhiletakesomeexcavatorworkinstallmentastheexample,hascarriedontheworkinstallmentoptimizationdesign.Thecontrastoptimizationdesignandtheoriginaldesignsize,comparedwiththemainjobparameter,haveobtainedaftertheoptimizationdesignscoopcylinder'sexcavationstrengthobtainedthefulldisplay.Keywords：hydraulicexcavators;workingdevice;thebigarmmotionanalysis;bucket洛阳理工学院毕业设计(论文)PAGE53目录第1章绪论 11.1 液压挖掘机在现代化建设中的作用 11.2液压挖掘机的工作特点与基本类型 21.2.1液压挖掘机的主要优缺点 21.2.2 液压挖掘机的基本类型及主要特点 31.3 国内外液压挖掘机研究现状及发展趋势 61.3.1 研究现状 61.3.2 发展趋势 61.4 课题设计的目的和意义 7第2章总体方案设计 82.1履带式液压挖掘机的组成 82.2设计依据 92.2.1 履带式行走装置主要特 92.3 总体设原则 92.4 动力装置的比较与选型 102.5 工作装置的比较与选择 122.5.1 反铲工作装置 132.5.2 正铲工作装置 16第3章工作装置的分析 183.1 工作装置的设计原则 183.2液压挖掘机的工况分析 193.2.1挖掘工况分析 203.2.2满斗举升回转工况分析 223.2.3卸载工况分析 233.2.4空斗返回工况分析 233.3液压挖掘机工作装置的设计要求 243.3.1 几何尺寸要求 243.3.2各功能运动的动力特性要求 253.3.3结构强度要求 26第4章工作装置设计 284.1工作装置基本参数 284.2大臂运动分析 294.3运动臂计算分析 3143.1铲斗的几何参数及运动分析 314.3.2铲斗连杆机构的传动比i 324.3.3铲斗相对斗杆的摆动角度φ3 334.3.4斗齿尖运动分析 33结论 35谢辞 36参考文献 37外文翻译 38附录PAGE16第1章绪论液压挖掘机在现代化建设中的作用液压挖掘机，又叫做挖掘设备，它是从事上方开挖的—种施工机械器械。液压挖掘机工作过程时，以铲斗的切削刃切削土壤，挖掘高于或者低于承机面的土壤。铲斗装满以后提升，回转至卸载地方并装入运输车辆或卸至堆料场，卸空后的铲斗再回转并下降到挖掘的位开始下一次的工作。液压挖掘机挖完一堆土以后，机械移动一定的距离，以便继续工作。所以，液压液压挖掘机是一种周期重复的自行式工作的土方机械设备。它的挖掘的物料主要是泥、土壤、泥沙以及经过预松后的岩石与土壤。液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的一种机械,是一种广泛用在建筑、铁路、高速公路、等建设项目的工程机械设备，它是土方石施工中必不可缺的挖掘设备。在建筑施工施工中，用来挖掘基坑、下水道，扒掉建筑，平整土地。当然还可以利用不同的工作装置进行装卸、吊装、打地基；在水利施工中，可用来开挖大型水库、运河、沟道，疏松与挖深河道；在交通运输工程中，可以用来挖掘土方、平整路面与挖路侧边排水道；在开矿工程中，用来采掘各种矿石或煤资源，钻孔等等。根据相关的专家学者估算，全世界各种施工作业场之中约有55%至60%的土石方工程都是由挖掘机搞定的。反铲挖掘机是一种全能型工程机械，现在已经无可怀疑地成为工程机械的第一大机种，在世界工程机械市场上己占据不可撼动的地位，而且仍在发展壮大。液压挖掘机的发展主要以液压技术的应用为前提，其液压系统已成为工程机械液压系统的主要形式。根据相关部门的计算统计，一台斗容量为1.0的液压挖掘机挖掘Ⅰ-Ⅳ级土壤时，每班生产率大约等于350-450个工人一天的工作总量。所以，扶持发展液压挖掘机，对提升劳动生产率和加快我国的经济快速发展有着特殊意义。1.2液压挖掘机的工作特点与基本类型1.2.1液压挖掘机的主要优缺点液压挖掘机是由于在动力装置与工作装置之间采用容积式液压传动，靠的是液体的压力能量进行运转，它相对机械传动具有以下很多优点:(1)由于液压传动是油管连接，因此，靠油管的连接可以灵活的传动分配机构，这是比机械传动优秀的地方。比如，在井下抽取石油的液压泵要采用液压传动来驱动，用来减小长驱动轴效率低的不足。因为液压缸的推力比较大，而且极易分配，在挖掘机等重型工程机械上，已快要取代原来的机械传动，不但操作比较方便，而外形好看。(2)液压的传动装置重量轻、构造紧密、惯性比较小。比如，相同功率的液压马达体积是电动机的13%～15%。液压泵和液压马达单位功率的重量标准，现在为发电机与电动机的八分之一左右，液压泵与液压马达可到0.0030N/W(牛/瓦d)的极小值,发电机与电动机则大约是0.04N/W。(3)可以在广阔的范围内完成无级变速。(4)传递动作均匀稳定，载荷变化的时候速度平稳。(5)液压装置会完成过载保护——借助于设置溢流阀等，而且液压件能自行润滑所以，使用寿命比较长。(6)液压传动可以实现自动化——借助于各种控制阀，尤其是采用液压控制和电气控制结合使用的时候，很容易的实现复杂的自动工作循环，并且可以实现遥控。(7)液压元件已经完成了标准化、系列化和通用化，三化。基于液压传动的上述优点，液压挖掘机和机械传动挖掘机比较，具有以下主要特点：（1）能实现无级调速并且调速范围广（最高与最低速度之比可达1200：1）；能得到较低的稳定转速（采用柱塞式油马达，稳定转速可低到1转/分）；快速工作时，液压元件产生的惯性比较小，而且可作高速反转（电动机回转部分的起动力矩比其工作力矩大50%，而油马达则不大于5%）。加速中等功率电动机需1秒钟到数秒钟，而加速油马达只需0.1秒；传动稳定，结构紧凑；（2）极度改善了挖掘机的基本性能，传动平稳，工作效率高，结构合理。液压挖掘机与同级的机械传动挖掘机比较，挖掘力大约35%，比如1.0的液压挖掘机铲斗挖掘力为130-180kN，而同级机械传动挖掘机大约只有100kN。挖掘机工作时最多的是回转和工作装置的循环来回动作，速度不高，但是需要很大的力，并且要求在短时间内完成很多难的动作。机械传动挖掘机完成这些动作需要通过摩擦离合器、减速器、制动器、逆转机构、提升和推压机构等配合来实现。所以，机械传动挖掘机不但结构复杂，而且还要产生很大的惯性力。但是，液压挖掘机则不需要这么庞大和复杂的中间传动，很大程度简化了结构，也减少了磨损。所以，液压挖掘机的质量大约比同斗容量的机械传动挖掘机轻35%，节省了钢材的同时也降低了接地的比压概率。（3）安全可靠，操作简便、灵活方便，司机的工作条件得到质的改变。更换工作装置容易，而且不牵连转台上部的其他机构。（4）易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。方便与组织大规模专业化生产，而且提高质量、生产率。单斗液压挖掘机很大程度上改观了液压挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大、机器重量轻、传动平稳、作业效率高。综上所述，液压挖掘机慢慢代替机械式挖掘机是必然的形势。液压挖掘机的基本类型及主要特点液压挖掘机有很多类型，下面以不同的角度对其进行划分分类。（1）根据斗杆和动臂刚性连接的方式来划分根据斗杆和动臂刚性连接的方式的不同，可以将液压挖掘机分为正铲、反铲、刨铲、拉铲、抓铲（也称抓斗）等。

正铲挖掘机的铲斗铰装于斗杆端部，由动臂支持，它的挖掘动作是由下向上的，斗齿尖轨迹常常呈弧线，适合开挖停机面以上的物料。

反铲挖掘机的铲斗也是和斗杆铰接，其挖掘动作通常由上向下，斗齿轨迹呈圆弧线，适合开挖停机面以下的物料。

刨铲挖掘机的铲斗沿动臂下缘移动，当动臂置于固定位置时，斗齿尖轨迹往往直线型,所以可获得平直的挖掘表面,适于开挖斜坡面、边沟和下水道。

拉铲挖掘机的铲斗为畚箕形，斗底前缘装斗齿。工作的时候,将铲斗向外抛掷于挖掘面上,然后由牵引索拉曳铲斗挖土，挖满后在由提升索将斗拉起，转台旋转向卸土点，铲斗翻转就实现卸土。

抓铲挖掘机的铲斗由两个或者几个颚瓣铰接而成的,颚瓣张开的时候,掷于挖掘面时，瓣的刃口切入土中,利用钢索或者液压缸收拢颚瓣,挖抓物料，松开颚瓣即可以完成卸土，用于水坑或者水下挖掘时，挖掘深度深，也可用于装载颗粒物料，它是土方工程中常用的中小型挖掘机，其工作装置可以拆换，换装上不同铲斗，可进行不同作业，还可改装成起重机、打桩机等机械设备，所以叫做多功能液压挖掘机。

（2）根据液压挖掘机主要机构传动方式划分根据液压挖掘机主要机构能否全部利用液压传动的方式，可以将其划分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作都是液压传动。（3）根据液压挖掘机行走机构类型来划分根据液压挖掘机行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式和拖式挖掘机。履带式液压挖掘机应用最为广泛，它的支撑面积大，接地比压小适用在松软或者泥泞场地进行工作，下陷度小，滚动阻力也小，通过性能较棒。履带上有履齿，不容易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥出较大的牵引力。履带不怕扎、割等机械损伤。履带销子、销套等运动副在使用中要磨损，要有张紧装置来调节履带的松紧程度，起到一定的缓冲作用。但履带式行走装置昂贵，运行速度低，运行和转向时功率消耗大，而且零件磨损也很快，所以，挖掘机长距离运行时要依靠于其他运输设备。轮胎式液压挖掘机具有行走速度快，机动性能好，在多种路面上行走且不损伤路面的优点。因而在城市建设中普遍，缺点是接地比压大，爬坡能力比较弱，挖掘工作时需要用专门支腿支撑，来保证挖掘机的稳定性和安全性。这种挖掘机一般都是四支点，但也有三支点的，与后轮形成三点支承，这种形式不需要再前轴上采用平衡悬挂装置，优化了前桥的结构，而且减小了机械的转弯半径，提高了挖掘机的机动性能。（4）根据工作装置的结构划分根据工作装置结构的不同，可将它分为铰链式和伸缩臂式，铰链式工作装置应用比较普遍。这种挖掘机的工作装置靠各构件的绕铰点转动来完成工作。伸缩臂是挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可以在主臂之内进行伸缩，还完成变幅。国内外液压挖掘机研究现状及发展趋势研究现状截止到20世纪90年代末，我国挖掘机生产厂已有40多家，生产机型达50余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容有0.1～2.5m³等12个等级、20多种型号。但总体来说，我国挖掘机生产的批量小、不集中，生产工艺及产品质量与国际先进水平相比，有比较明显的差距。1978年改革开放以来，我国积极引进、消化、吸收国外先进技术，来加快我国挖掘机行业的蓬勃发展。我国以外挖掘机的发展现状：自从20世纪后期以来，国际上挖掘机的生产趋向与大型化、微型化、多功能化。开发多品种、多功能、高质量及高效率的液压挖掘机，重视采用新技术、新的生产工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化的发展速度，更新设计理论，提高性能，延长使用时间，提高对驾驶员的劳动保护，改善司机的工作条件，迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。中国的挖掘机市场95%左右被外国企业长期垄断，而我国一直处于薄弱地位，大型的液压挖掘机几乎全部要依赖从外国进口。发展趋势欧美发达国家的液压挖掘机产业发展比较早，技术成熟，产品齐全。尤其以德国、美国和日本为突出代表，这几个国家的液压挖掘机产品具有很高的市场占有份额。液压挖掘机的发展趋势为：从现在国际上液压挖掘机的生产和产品规格说，在稳定和完善主力机型的基础上趋向于大型化、微型化；从功能上看，在实现基本功能的基础上，趋向于多功能化、专用化；从产品性能上分析，向高效节能环保化、自动一体化、信息化、智能化并能够完成半自动操作的方向发展。课题设计的目的和意义通过这次的毕业设计强化我对基本概念和基本技能的理解和吸收,培养我收集资料和调查研究的能力,通过一定的方案比较、论证的能力和一定的理论分析与设计运算能力，很多程度地提高我应用计算机绘图的熟练程度和编写编制能力，而且还可巩固、加深我所学的基础理论知识。并且对专业知识的掌握也熟练了，使之系统化、综合化。此外还可使我们掌握资料的收集和分析能力。另外还可培养提高可我独立思考和解决问题的能力。第2章总体方案设计2.1履带式液压挖掘机的组成液压反铲挖掘机的组成和机械式挖掘机同样的部分是发动机、工作装置、回转装置和行走装置，它所特有的部分为液压系统和电气控制系统，液压系统的主要组成部分有液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、邮箱。电气控制系统的主要组成部分有发动机控制系统、泵控制系统、传感器等。如图2-1所示。图2-1液压挖掘机1-铲斗油缸；2-斗杆油缸；3-动臂油缸；4-回转油马达；5-冷却器；6-滤油器；7-磁性滤油器；8-液压油箱；9-油泵；10-背压阀；11-后四路组合阀；12-前四路组合阀；13-中央回转接头；14-回转制动阀；15-限速阀；16行走油马达2.2设计依据履带式行走装置的主要特点（1）支撑面积大，接地比压小，适合在松软或者泥泞场地进行工作，下陷程度小，滚动阻力也小，通过性能比较好，转弯半径小，机动灵活。（2）履带上带有履齿，不容易打滑，牵引附着性能好，能发挥出较大的牵引力(通常每条履带的牵引力可达机重的35-40%)。液压挖掘机的行走牵引力与机重之比很多程度上高于机械挖掘机，这使得它的行速和爬坡能力都大大的提升。而且液压挖掘机的2条履带分别由各自的液压马达单独驱动，可以逾越沟渠等障碍物或者是实现就地旋转，使之通过能力大大提高。（3）履带不怕扎、割等机械伤害。履带销子、销套等运动副在使用中要被磨损，要用张紧装置来调节履带的松紧程度，兼起一定的缓冲功能。（4）传动性能改善，工作平稳可靠、安全可行。采用液压传动后，可以实现无极调速且调速范围比较大（最高和最低速度之比可达1200:1）；还能得到较低的稳定转速（采用柱塞式液压马达，稳定转速可低到1转/分）；液压元件的运动惯性较小并可做高速反转运动。总体设计原则因为行走装置同时拥有液压挖掘机的支撑和运行两大基本功能，所以液压挖掘机行走装置应尽量满足以下要求：（1）应有较大的驱动力，使挖掘机在湿软或高低不平的地面上行走时具有良好的通过性能、爬坡性能和转向性能。（2）在不增加行走装置高度的前提下使挖掘机具有较大的离地间隙，来提高它不平地面上的越野功能。（3）行走装置有较大的支撑面积或者较小的接地比压，以提高挖掘机的稳定性能。（4）挖掘机在斜坡下行时不会发生下滑和超速溜坡现象，以提高挖掘机的安全性能。（5）行走装置的外形尺寸应符合道路运输的要求。动力装置的比较与选型频繁用在履带式液压挖掘机的动力源形式主要有以下3种：电动机，柴油机，蒸汽机。它们分别有各自不同的特点：电动机电动机有直流和交流电动机两大类。直流电动机的优点是调速、启动、制动性能好，控制器简单，短时过载能力强。在重负载条件下，还可以实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较广。可是其结构较较为复杂，价格昂贵，换向器与电刷处有火花放电，需定期进行维护，且需要使用直流电源。而交流电动机的优点是使用简便，结构简单，价格实惠，结构牢固不需维护。可是有功率因数比较低，调速、启动、制动性能差等缺点，如果要性能好，则控制器复杂。其中的三相异步电动机如图2-2所示。图2-2三相异步电动机（2）柴油机柴油机是一种动力机械设备，它是以柴油为燃料，将柴油燃烧而产生的热能转化为机械能的一种设备。柴油的发动机热效率高、燃油经济性较好，它的压缩比大，采用压缩空气的方法来提高空气的温度，使空气中的温度超过柴油的自燃燃点，所以无需点火。并且它的扭矩大，工作可靠稳定，寿命长，比汽油机更节约能源、而且环保。柴油机的缺点是冒很多黑烟、噪声大、天气冷的时候启动难度大。但是它已经借助于高压直喷、可变几何增压、可变涡流比进废气后处理装置的应用而成为了过去。其发展方向是研究使用轻质燃油和降低摩擦损失。图2-3柴油机纵剖视图（3）蒸汽机把蒸汽中的动能转换为功的热机叫做蒸汽机。火车头和轮船等交通工具都曾使用蒸汽机来驱动。蒸汽机从根本上改变人类生产和生活情况.从此人类进入了"蒸汽时代"。蒸汽机的缺点是：离不开既笨重又庞大的烧锅炉；蒸汽的压力和温度都不能太高，排气压力不能过低，它的热效利用率很低（仅为25%左右）；它是一种往复式的机器，工作过程是间断的，惯性力限制了其转速的提高；功率也比较低。往后，内燃机最终以其重量轻，体积小、热效率高和操作灵活等优点，在轮船和机车上逐渐代替了蒸汽机。汽轮机则以其热效率高、单机功率大、转速高、单位功率重量轻和运行平稳等优点，将蒸汽机淘汰出了电站。工作装置的比较与选择工作装置是直接完成挖掘任务工作的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。液压挖掘机工作装置的主要运动有动臂升降、斗杆伸缩和铲斗转动（如图2-4），都用往复式双作用液压缸控制。图2-4液压挖掘机的主要运动动臂升降；2-斗杆伸缩；3-铲斗转动（挖、卸）；4-整机回转；5-行走与转弯为了适应和满足各种不同施工作业的工况和要求，液压挖掘机可以更换、配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业工作装置（如图2-5）。图2-5液压挖掘机的多种作业工作装置液压挖掘机的作业工作装置的功用是进行挖掘作业，根据斗杆和动臂刚性连接的方式可将其分为正铲和反铲两种挖掘机。反铲工作装置反铲工作装置的特点是先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上，然后使斗杆油缸或铲斗油缸绕铰点转动，完成整个挖掘过程；在动臂油缸大腔通入压力油后，使动臂提升并回转到卸料地点，翻转铲斗使斗口朝下完成卸料。空斗返回时，应加快行程，以提高效率。反铲最适宜挖掘停机面以下的工作面，如基坑、沟槽等。铰接式反铲反铲最常用的结构形式，动臂、斗杆和铲斗等部件彼此铰接（如图2-6），由液压缸的带动各部件绕铰接点实现摆动，完成工作的全套动作。图2-6反铲1—斗杆油缸；2—动臂；3—油管；4—动臂油缸；5—铲斗；6—斗齿；7—侧齿；8—连杆；9—摇杆；10—铲斗油缸；11—斗杆（1）反铲的主要部件是动臂，它的结构有整体式与组合式两种。1）整体式动臂。优点为构造简单，质量轻、刚度好。缺点是可替换的工作装置少，通用性不好。往往用于长时间工作条件类似的挖掘机中。整体式动臂又能划分成直动臂与变动臂两种。当中的直动臂构造简单、重量轻、制造维修方便，一般用于悬挂式的液压挖掘机中，但是它不应用于通用挖掘机中；弯动臂是现在应用比较多的动臂，可以保证挖掘机具有较深的挖掘深度，刚好符合也有挖掘机反铲工作的性能要求。2）组合式动臂。如图2-7所示，组合式动臂用辅助的连杆或者液压缸3或螺栓连接的。上面与下面动臂之间的夹角能用辅助连杆或者液压缸来实现。图2-7组合式动臂1—下动臂；2—上动臂；3—连杆或液压缸反铲斗反铲铲斗的形式，尺寸和它的工作对象相关。在同一部挖掘机上可以配装多种构造形式的铲斗，如图2-8为反铲铲斗的常见形式。铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺栓连接式，如图2-9所示。图2-8反铲铲斗的常用结构

1—齿座；2—斗齿；3—橡胶卡销；4—卡销；5、6、7—斗齿板图2-9斗齿安装形式

（a）螺栓连接；（b）橡胶卡销连接

1—卡销；2—橡胶卡销；3—齿座；4—斗齿正铲工作装置用正铲工作时，先将铲斗下放到工作底部，然后在铲斗自下而上作提升运动的同时，使斗杆向外推出，在工作面上挖出一个弧形地带后，斗内装满土，完成一次挖掘作业，然后再回转，目的在于准确卸料。液压挖掘机正铲斗的卸料方式有翻转式与底卸式两种。前者通过铲斗油缸转动铲斗实现卸料，后者则通过开斗油缸，打开颚形斗底实现卸料。单斗液压挖掘机正铲形式如图2-10所示，主要由动臂2、动臂油缸1、铲斗5、斗底油缸4等构成的。图2-10正铲1-动臂油缸；2-动臂；3-加长臂；4-斗底油缸；5-铲斗；6-斗杆；7-斗杆油缸；8-液压软管利用液压缸来实现铲斗的斗底的开启，斗杆6是铰接在动臂的顶部的，由双作用的斗杆油缸7使其旋转。斗杆的油缸一面铰接在动臂之上，另一面铰接在斗杆上。它的铰接形式有两种：一种是在斗杆的前端铰接；另外一种是在斗杆的尾部铰接。

动臂都是单杆形式，是叉形的，可以方便与斗杆铰接。动臂有单节的与双节的2种类型。单节的动臂有长短两2种类型，可根据要求进行替换。双节的动臂则自上而下两节拼装形成的，根据拼装点的不同，动臂的作业长度也一样。总体上讲，正铲挖掘机主要适用于挖掘停机地面以上的土石方，也可以适用于挖掘停机地面以下不深的地方。而反铲挖掘机最适用于开挖停机面以下的土方，如基坑、渠道、管沟的土方，但也可开挖停机面以上的土方。反铲挖掘机的作业方式可用于路堑挖掘、填筑路堤、平面挖掘、建筑物基础的挖掘和沟槽挖掘等工程施工。挖掘机反铲的功能更强，更普遍和常用。此次设计中选择反铲，又根据上文中两种动臂结构的优缺点比较，根据组合式动臂的优点：可随意调节挖掘机的工作尺寸和挖掘力，调整方便而且快速，互换工作装置多，通用性好，更加符合本次设计通用挖掘机的要求，因此最终选择组合式动臂反铲装置作为此次设计的工作装置。第3章工作装置的分析工作装置是液压挖掘机的三大组成部分之一。它的主要任务是完成挖掘、提升、卸载和收斗等动作。工作装置设计是否合理，直接关系都挖掘机的作业范围、挖掘机和生产率等。要了解和设计液压挖掘机的工作装置，首先要分析液压挖掘机的工作过程及其作业要求，掌握传统的挖掘机工作装置设计方法。工作装置的设计原则设计合理的工作装置应该满足下列要求:1.主要工作尺寸及作业范围能满足使用要求。在设计通用反铲装置时要考虑与同类型、同等级机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，考虑到运动参数受结构碰撞限制等的可能性。2.整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并具一定的先进性。3.功率利用情况尽可能好，理论工作循环时间尽可能短。4.确定铰点布置，结构形式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利。在保证强度、刚度、和连接刚性的条件下尽可能减轻结构自重。5.作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次。在满足使用要求的前提下替换构件种类少，结构简单，换装方便。6.运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好。保证安全可靠，并尽可能使液压缸卸载或减载。7.工作装置液压缸设计应考虑三化(标准化、统一化、合理化)，采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件的种类。8.工作装置的结构形式和布置要便于装拆和维修，尤其应便于易损件的更换。3.2液压挖掘机的工况分析液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作（如图3-1所示）：动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作（例如整机转向等）不需全功率驱动以外．其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。图3-1液压挖掘机的工作运动1—动臂升降；2—斗杆收放；3—铲斗卸载；4—转台回转；5—整机行挖掘机的典型作业流程：．整机移动至合适的工作位置．回转平台，使用工作装置处于挖掘位置．动臂下降，并调整斗杆、铲斗至合适位置．斗杆、铲斗挖掘作业．动臂升起回转工作装置至卸载位置．操纵斗杆、铲斗卸载由于液压挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求：①实现各种主要动作时，阻力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化；②为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作（例如挖掘与动臂、提升与回转）同时进行复合动作。液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括：（1）挖掘：通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者两者配合进行挖掘．因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作．必要时，配以动臂动作。（2）满斗举升回转：挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起。满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。（3）卸载：转到卸土点时．转台制动．用斗杆液从缸调节卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合动作，间以动臂动作。（4）空斗返回：卸载结束，转台反向回转，动臂液压虹和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。（5）整机移动工况：将整机移动至合适的工作位置。（6）姿态调整与保持工况：满足停放、运输、检修等需要。（7）其他辅助作业工况：辅助工作装置作业工况。3.2.1挖掘工况分析典型挖掘工况：◆铲斗挖掘工况：由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况。采用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在一般土方工程挖掘中（Ⅲ级以下土壤的挖掘）铲斗挖掘最常用。◆斗杆挖掘工况：由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况。在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘◆联合挖掘工况：由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况，必要时还需配以动臂液压缸的动作，主要用于需要轨迹控制的情况。当单独采用铲斗液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以铲斗与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定于铲斗液压缸的行程。以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，为了能够装满铲斗，需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，所以一般挖掘机的斗尖最大挖掘力都在采用铲斗液压缸挖掘时实现。当单独采用斗杆液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以动臂与斗杆的铰点为中心。当动臂液压缸位于最小长度并以斗杆液压缸进行挖掘时，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。图3-2斗尖沿直线挖掘a—水平地面的挖削；b—斜坡地面的挖削在实际挖掘工作中，往往需要采用各液压缸的复合工作。如在平整土地或切削斜坡时，需要同时操纵动臂和斗杆，以使斗尖能沿直线运动，见图3-2所示。此时斗杆收回，相互之间无干扰。如果需要铲斗保持一定切削角度并按照一定的轨迹进行切削时，或者需要用铲斗斗底压整地面时，就需要铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作，见图3-3所示。图3-3地面的切削和压整a—水平地面的切削和压整；b—斜坡地面的切削和压整单独采用斗杆挖掘时，为了提高掘削速度，一般采用双泵合流，个别也有采用三泵合流。单独采用铲斗挖掘时，也有采用双泵合流的情况。当动臂、斗杆和铲斗复合运动时，为了防止同一油泵向多个液压作用元件供油时动作的相互干扰，一般三泵系统中，每个油泵单独对一个液压作用元件供油较好。对于双泵系统，其复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰的可能性大，因此需要采用节流等措施进行流量分配，其流量分配要求和三泵系统相同。挖掘过程中还有可能碰到石块、树根等坚硬障碍物，往往由于挖不动而需要短时间增大挖掘力，希望液压系统能暂时增压，能提高主压力阀的压力。3.2.2满斗举升回转工况分析满斗举升回转的运动约占整个作业循环时间上网50%～70%，能量消耗占25%～40%，回转液压回路的发热量占液压系统总发热量的30%～40%，因此要求尽可能地缩短转台的回转时间。挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时主要是动臂和回转马达的复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到合适的卸载高度。由于卸载所需的回转角度不同，随液压挖掘机相对卸载的位置而变，因此动臂提升速度和回转马达的回转速度的相对关系应该是可调整的。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂的提升速度慢些。回转起动时，由于惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流的油供给动臂。在回转和动臂提升的同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达、动臂、斗杆和铲斗进行复合动作。3.2.3卸载工况分析回转至卸载位置时，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，间以动臂动作。3.2.4空斗返回工况分析当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。此工况是回转马达、动臂和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用，压力低、变量泵流量大、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为一个油泵的全部流量供回转马达，另一油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆。整机移动工况分析只在工地范围行走，作业时用来调整整机位置。基本要求：左右轮可独立操从，可调速，具有直线行走功能，具有一定的行走速度和爬坡能力（30度左右），具有制动能力。在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件（如回转机构、动臂、斗杆和铲斗）进行调整。在双泵系统中，一个油泵为左行走马达供油、另一个油泵为右行走马达供油，此时如果某一液压元件动作，使某一油泵分流供油，就会造成一侧行走速度降低，影响直线行驶性，特别是当挖掘机进行装车运输或上下卡车行走时，行驶偏斜会造成事故。为了保证挖掘机的直线行驶性，在三泵供油系统中，左右行走马达分别由一个油泵单独供油，另一个油泵向其它液压作用元件（如动臂、斗杆、铲斗和回转）供油。对于双泵系统，目前采用以下供油方式，一个油泵并联向左、右行走马达供油，另一个油泵向其他液压作用元件供油，其多余的油液通过单向阀向行走马达供油。3.3液压挖掘机工作装置的设计要求液压挖掘机工作装置由动臂机构、斗杆机构、铲斗机构三部分组成，是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常启动、制动、换向，外负载变化很大，工作条件恶劣，冲击和振动多，因此挖掘机对工作装置提出了较高的设计要求。根据液压挖掘机的工作特点，其工作装置的设计需要满足以下要求：几何尺寸要求挖掘机工作装置的几何尺寸要求满足一定的作业范围和合适的运输尺寸，挖掘机作业范围如图3-4所示，几何尺寸之间要求不要干扰。图3-4挖掘机作业范围主要挖掘区域—最大挖掘半径—最大挖掘深度—轮距—停机面最大挖掘半径工作装置的几何尺寸要求满足合理的挖掘力分布特性，在整个作业范围内的任何位置都要求实现最大挖掘力不经济，要求挖掘机在主要挖掘区内能实现最大挖掘力。主要挖掘区是指用最合理最经常的挖掘方式，最经常进行挖掘的区域。对液压挖掘机来说最合理最经常的挖掘方式是指挖掘地面以下，由下向上，向机身运动的挖掘方式．用这种方式挖掘充斗效率高，循环时间短，也便于卸土，装车，司机视野无阻，因此生产率商而又安全．最经常的挖掘区域大致为图2-2的灰色部分。作业范围图（图2.2）有部分区间深入到挖掘机停机点地下，这一范甩的土壤虽能挖掘，但可能引起土坡的崩塌而影响挖掘机的稳定和安全工作，除有条件的挖沟作业以外一般不使用。工作装置的几何尺寸要求满足停放和行走时的整机稳定性．3.3.2各功能运动的动力特性要求液压挖掘机的功能运动特性要求和常见复合运动要求，如表3-1和3-2所示：表3-1各功能运动的动力特性要求一览表功能运动名称应用工况功率需求变速要求制动及锁定要求铲斗正转挖掘、姿态调整大不大铲斗反转挖掘、姿态调整不大不大最好有锁定斗杆正转挖掘、姿态调整大高最好有锁定斗杆反转姿态调整不大较高最好有锁定动臂举升举升、姿态调整较大高动臂下降姿态调整、辅助一般较高必须有锁定功能回转运动挖掘与卸载为高高必须有制动和锁行走运动场内转位高高行走制动、停车制动表3-2常见复合运动要求一览表复合运动应用工况特点与要求说明铲斗正转+斗杆正转复合挖掘功率需求变大、变速要求高铲斗反转+斗杆反转卸载功率需求较小斗杆正转+动臂举升平整土地要求操作特性好动臂举升+回转运动挖掘与卸载转位功率需求大、变速要求高动臂下降+回转运动返回要挖掘处两者载荷差别大、速度要求高3.3.3结构强度要求液压挖掘机结构强度是工作装置设计的关键之一，工作装置的结构和所承受的载荷是十分复杂的。要求正确地反映受力情况下，工作装置各部分的应力分布规律，保证工作装置的强度和刚度特性。在设计液压挖掘机的工作装置时，要求尽可能减少焊缝和变形，这不仅增加构件强度，而且缩短制造周期降低成本。要求动臂下支点及动臂油缸支承在平台主梁的整块钢板上，这不仅增加构件强度而且减少焊接，防止焊接变形。斗杆要求采取整块钢板下料。为了减少焊接变形及焊接应力，要求采用型钢及压型等结构。在结构件设计中为求等强度，要求采取局部加强的措施。动臂、斗杆要求改为焊铸结构，在应力较高的部位以铸代焊，这样大大提高结构件的冲击和疲劳强度。为确保焊接强度，要求所有铰接部均采用铸钢件。结构件的破坏主要是由于冲击疲劳，因此实际破坏时常不在负荷最大部位，而是应力集中部位。为减少应力集中，应使焊缝与应力集中部位错开，在主要受力铰接支承处采用铸钢件。3.3.4经济型要求液压挖掘机经济性价指标有能量指标、作业循环时间减小、机重轻、延长维修周期和挖掘机寿命周期、加快维修进度和降低维修费用、司机操作的舒适性等。能容指标（即消耗于单位土方的能量）虽不宜作为评价土方机械技术经济效率的通用准则，但由于工作装置单位重量和价格相对整机而言都较小，常用能容指标来表征工作装置结构现代化的程度，这种符合能容指标的工作装置应能完全满足技术与使用要求，且足够可靠。从能容指标角度来看，要求液压挖掘机的挖掘力大，工作装置的重量轻，挖掘速度高。决定挖掘机生产率的基本因素是工作循环时间包括挖掘时间、向卸载点运行时间、卸载时间、向工作面返回时间。挖掘时间取决于挖掘速度的高低（合理值约为0.75m/s)，过高的挖掘速度将增加操作人员的紧张和疲劳程度。为减少运行时间和返回时间应在允许的情况下尽量减小回转角。回转角的合理范围一般为到。最佳角度为。回转角度过小时，由于达不到最大回转速度，不能充分利用发动机的功率，从而增加运行和返回时间。卸载时间主要取决与铲斗的结构和土壤性质。第4章工作装置设计当挖掘作业时，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，使动臂下降到铲斗触地后再操纵斗杆缸或者铲斗缸，液压缸大腔进油从而伸长，使铲斗进行挖掘与装载工作。铲斗装满后，铲斗缸与斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，同时接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或者斗杆缸回缩，使铲斗翻转完成卸土。工作装置再一次转至挖掘位置进行第二次挖掘循环在实际挖掘作业中，因为土质情况、挖掘面条件和挖掘机液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是各种各样的。但是上述过程仅为一般的理想过程。挖掘机工作装置的大臂和斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成的。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，完全可以对工作装置进行适当简化处理。4.1工作装置基本参数名称尺寸外形（长×宽×高）5945×1920×2600（mm）标准铲斗容量0.18-0.21m³发动机形式四缸，直立，水冷4冲程发动机发动机功率康明斯B303液压主泵工作压力22MPa最大爬坡30°回转半径1548挖掘最大力25KN最大挖掘半径6100mm4.2大臂运动分析图4-1动臂摆角范围图φ1是L1的函数。动臂上任意一点在任一时刻也都是L1的函数。动臂油缸的最小长度；动臂油缸的伸出的最大长度；动臂油缸两铰点各自与动臂下铰点连线夹角的极小值；动臂油缸两铰点各自与动臂下铰点连线夹角的极大值；A：动臂油缸下铰点；B：动臂油缸上铰点；C：动臂下铰点。则有：在三角形ABC中：1[（l72+l52-L12）/2×l7×l5在三角形BCF中：图4-2由图4-2所示的几何关系，可得到α21的表达式：当F点在水平线CU之下时α21为负，否则为正。F点的坐标为C点的坐标为动臂油缸的力臂e1显然动臂油缸的最大作用力臂e1max=l5，又令ρ=l1min/l5,δ=l7/l5。这时L1=Sqr（l72-l52）=l5×Sqr（δ2-1）θ1=cos-11/δ4.3运动臂计算分析由计算公式知，D点为斗杆油缸与动臂的铰点点，F点为动臂与斗杆的铰点，E点为斗杆油缸与斗杆的铰点。斗杆的位置参数是l2，这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑L2的影响。在三角形DEF中由上图的几何关系知φ2max=θ2max-θ2min则斗杆的作用力臂显然斗杆的最大作用力臂e2max=l9，此时，L2=sqr（l82-l92）43.1铲斗的几何参数及运动分析铲斗相对于XOY坐标系的运动是L1、L2、L3的函数，现在讨论铲斗相对斗杆的移动，如图4-3所示，铲斗油缸和斗杆的铰点为G点，斗杆和动臂的铰点为F点，铲斗与斗杆的铰点为Q点，铲斗的斗齿尖点为V点，连杆与铲斗的饺点是K点，曲柄与斗杆的铰点为N点，铲斗油缸和曲柄的铰点为M点，H点是曲柄和连杆的铰点图4-34.3.2铲斗连杆机构的传动比i利用三角关系，可以知道求得以下的参数：在三角形HGN中α32=∠GMNπ-∠MNG-∠MGN=π-α22-α30在三角形HNQ中

∠HNQ=[（l212+l142-l272）/2×l21×l14]在三角形QHK中在四边形KHQN中∠NHK=∠NHQ+∠QHK铲斗油缸对N点的作用力臂r1r1=l13×α32连杆HK对N点的作用力臂r2r2=l13×∠NHK而由r3=l24，r4=l3有[3]连杆机构的总传动比i=（r1×r3）/（r2×r4）显然可知，i是铲斗油缸总长L3的函数，用L3min代入可得初传动比i0，L3max代入可得最终传动比iz。4.3.3铲斗相对斗杆的摆动角度φ3铲斗的瞬间位置转动角度为φ3=α7+α24+α26+α10其中，在三角形NFQ中α7=∠NQF=[（l212+l22-l162）/2×l21×l2]α10暂时未定，其在后面的设计中可以得到。当铲斗油缸总长L3分别取L3max和L3min时，可各自求得铲斗的最大与最小转角θ3max和θ3min，于是得铲斗的瞬间转动角度:φ3=θ3-θ3min铲斗的摆角范围:φ3=θ3max-θ3min4.3.4斗齿尖运动分析斗齿尖V点的坐标值XV和YV，是L1、L2、L3的函数如果能够计算出XV和YV的函数表达式，整机工作范围就可以确定，现推导如下:由F点知：α32=∠CFQ=π–α3-α4-α6-θ2在三角形CDF中：∠DCF由后面的设计确定，在∠DCF确定后则有：l82=l62+l12-2×COS∠DCF×l1×l6l62=l82+l12-2×COSα3×l1×l8α3=（l82+l12–l62）/2×l1×l8在三角形DEF中L22=l82+l92-2×2×l8×l9则可以得斗杆瞬间转角θ2θ2=[（l82+l92-L22）/2×l8×l9]α4、α6在设计中确定。由三角形CFN知：l28=Sqr（l162+l12-2α32×l16×l1）由三角形CFQ知：l23=Sqr（l22+l12-2×α32×l2×l1）由Q点知：α35=∠CQV=2π–α33-α24-α10在三角形CFQ中：l12=l232+l32-2××l23×l3α33=[（l232+l32-l12）/2×l23×l3]在三角形NHQ中：l132=l272+l212-2×COSα24×l27×l21α24=∠NQH=[l272+l212-l132）/2×l27×l21]在三角形HKQ中：l292=l272+l242-2×α26×l27×l24α26=∠HQK=[l272+l242–l292）/2×l27×l24]在四边形HNQK：∠NQH=α24+α26α20=∠KQV，其在后面的设计中确定。在列出以上的各线段的长度和角度之间的关系后，利用矢量坐标我们就可以得到各坐标点的值。结论自2005年以后，对挖掘机工作部分的分析大多集中在模型上的研究。考虑到其规则的运动技术的移植性不完善，并且需要很多的验证才能获得准确的规则，移植到其他的机器上所需条件困难，所以考虑到模型的挖掘机工作部分运动控制变成当今该项研究的核心。考虑到外国液压挖掘机工作部分的运动控制的分析可以下结论：控制精度要求不高，相当多的在100mm之内，而·且不和其它领域机器人一样，运动控制要求到10mm之内，甚至更高。挖掘机本体的尺寸往往都大；而且挖掘机进行施工的精度和很多工业加工比，要低很多，相对于较低精度仍然能够实现挖掘机在实际工作中的需要。很多研究者在实现以上控制精度时，铲斗末端速度比较低，而这个重要参数直接决定到挖掘机的作业效率，因此，控制精度能够保证的的情况下来提升铲斗低端速度是必须解决的难题之一。挖掘机工作装置作为一种典型的工程机械复杂机电液系统，由于其自身的特点，该项研究是比较困难的工作。主要在于：在机构运动过程中，惯性力负载的多变性；电液比例系统数学模型中的参数多与机构的姿态有关，属于时变参数，准确地得到每个参数的值非常困难；整个系统存在大量不确定量（不确定参数及不确定的非线性模型）。以上各类不确定量都将对系统控制的稳定性和动态特性产生极大的影响。本文综述了液压挖掘机的发展概况及工作装置国内外研究现状，分析、归纳了目前国内外挖掘机工作装置的发展趋势和研究现状，对液压挖掘机的工况进行了全面分析，总结了挖掘机工作装置性能要求和设计原则，为液压挖掘机工作装置的设计提供了依据。谢辞我在本课题的选题以及设计过程中得杨老师的耐心指导。杨老师每星期为我们进行答疑，检查我们的设计进程和研究程度。并为我们指点迷津，帮助我们理清设计思路并且拓设计的思路。他谆谆善诱，诲人不倦，精心点拨、为人和善。杨老师一丝不苟，兢兢业业的工作作风，实事求是、精益求精的教学态度，实实在在的精神，深深地感染了我们。杨老师不但授我们以技巧、方法和能力，并且在为人处世方面也教会了我很多很多，而这些无形的财富，让我受益匪浅，也让我深深地感受到了我和老师存在着很大的差距，我认识到自己的不足。我会更加努力，以杨老师为榜样，不断提高自己各方面的能力，成为一个有用的人才。感谢老师，在此，向他致以最诚挚的感谢！当我遇到挫折的时候，是杨老师开导我，给予我继续奋斗的精神力量；当我遇到开心快乐的事情也是你们和我一起分享的。虽然就快要毕业了，但我真的不舍不得和你们分开，大学里的美好回忆我会永远记住，那是我在大学得到的一笔宝贵的财富！虽然今后我们可能天各一方，但我们的心永远同在，让我们带着彼此最美好的祝福奔向幸福的未来，为我们所期待与追求的梦想继续努力加油吧！所有关心、帮助过我的朋友，谢谢你们，我会永远记得你们的。谢谢你们长期的理解与支持。参考文献[1]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2008.[2]孙桓,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2008.[3]赵克利,孔德文.底盘结构[M].北京:化学工业出版社,2007.[4]唐经世.工程机械[M].北京:中国铁道出版社,2004.[5]成大先.机械设计手册[K].北京:化学工业出版社,2004.[6]周元康,张海乓.机械设计课程设计[M].重庆大学出版社,2007.[7]华楚生.机械制造基础[M].重庆,重庆重庆大学出版社,2007.[8]吴永平,姚怀新.工程机械设计[M].北京:人民交通出版社,2005.[9]靳同红.工程机械构造设计[M].北京:化学工业出版社,2009.[10]张光裕,工程机械底盘设计[M].北京:机械工业出版社,1985.[11]吴庆鸣,何小新.工程机械设计[M].武汉:武汉大学出版社,2006.[12]同济大学.机械底盘构造[M].北京:中国建筑工业出版社,1980.[13]同济大学.单斗挖掘机[M].北京:中国建筑工业出版社,1980.[14]刘明玉.挖掘机履带张紧机构的改进[J].工程机械.2004.[15]中华人民共和国建设部.JG/T57-1999液压挖掘机[S].1999.[16]中华人民共和国建设部.JG/T58-1999液压挖掘机[S].1999.[17]中华人民共和国建设部.JG/T59-1999液压挖掘重轮[S].1999.[18]孔德文,赵克利.液压挖掘机[M].北京:化学工业出版社,2007.外文翻译提高精密直线镗削的加工精度摘要：对于提高加工精度，这是一个不断增长的需求。获得更高的精度和表面加工质量，是生产的产品质量和保证其性能的关键因素。机床的加工操作，在一般情况下，精度误差与不同原因引起的不同级别的振动有关。结果是通常的机械加工的功能大小偏离了其所需的标称值。误差源的识别方式，测量技术（开/关线），以及高效率策略可以对它们做出补偿，这些也可以尽量减少所需的步骤，并且，在某些情况下消除过程中出现的错误。本文重点介绍加工操作中的几何误差建模以及补偿具体的直线镗削方法。这是重点攻关项目设计和开发的一部分，并且是一个灵活高效加工长孔的直线镗削配置的开发。简单介绍概述几何误差的来源和它们的组成后，其计算方法是引进的。就这一点而言，误差方程可导出新阿拉斯机床的影响刀尖几何误差。这些方程已经表明可以进一步简化，没有显著影响计算结果的准确性。这使得此方法对实际应用时间有更多吸引力。从机器的原型获得的一组实验数据，被应用于研究所提议的方法的实效性，并且结论已经报道。本文的结论通过讨论和陈述不同的方法和实用的工具，对这些实时的错误进行补偿。关键词：加工误差，数控机床，加工工艺，精密加工，几何误差，误差补偿前言技术的日新月异和经济的全球化，以竞争性市场（国家的和国际的）为特征创建了一个新的制造业的大环境。制造生产企业在生产高品质产品的响应速度（快速/市场经济高效的反应需求）是他们未来成功的关键（Jaikumar,1993;Mehrabietal.,1997).这种竞争在汽车行业里更为强烈，我们可以观察到厂家要为愈演愈烈的客户的迫切需求提供高质量的产品。在汽车行业中制造工艺的一个主要部分基于机械加工，因此，产品的最终质量精度在很大程度上取决于机械加工工具和它们的生产流程。在众多的生产汽车零部件的加工工艺中，精密直线镗削（用于生产发动机的缸盖和引擎盖），对于同时要求质量和生产效率的是一个必须的装置。同时它也被认为是最重要的和最难的机械加工之一，主要用于制造凸轮和曲轴颈（参见图1）；孔的长度大，直径小，在零部件上与曲轴颈之间的距离造成这种类型的机械加工的困难。图1.顶置凸轮轴汽缸盖（a）和曲轴轴颈的发动机嵌段（b）的直线镗削事实上，加工过程是非常复杂的，而且有许多参数会影响加工过程和生产零件的精度。结果就是，一旦零件开始加工，加工零件的实际大小尺寸与说明需要的设计尺寸不同。尽管并不是可以完全消除尺寸的变化，但是保持在一定范围内的设定公差是必要的。机床加工误差通常分为加工误差和系统误差。随机误差是由于机床的装配组合误差引起的（例如，轴承，间隙等），以及操作人员的失误造成的；结果是这些有加工误差的零件，它们的大小变化遵循一贯的gausian分布。在另一方面，某一个方向的飘移导致系统的误差发生。结果是，工件尺寸的平均值以系统的方式偏离（YandayanandBurdekin,1997;Ni,1997）。这种类型的误差是受到耐磨工具，机床结构的热膨胀，机床工具挠度（在机械加工中），以及夹具/固定装置/设备工具在切割过程中的动作。机床工具的几何误差归属于第二类。它们引起的系统误差影响零件被加工维度。它们本质上是依赖于（轴定位机）的轴运动的功能和机械的结构。因此，它们表现出其刀尖直接影响加工部分的精度。资料调查表明，有些开展的研究重点放在机床生产加工中的某一个特定方面。Rivin，Kang(1987)和Tlusty(1971)曾经报道了在镗杆设计上的问题。他们纷纷推出了不同的方法，以提高其动态刚度，来保持几何加工的孔的表面精度。通过努力，更好地了解了加工工艺和所涉及的参数，建模工具和重要过程，都成为研究课题。与上述相关，Iwata和Moriwaki(1981),Araki(1985)和Kashani等人(1993)，已经开发出不同型号的工具和不同的机床加工过程，用来研究热和机床扭曲变形的工具和机械设备的影响，研究切削力，温度和振动对加工零件的质量影响。在一项关于机械加工技术相关的研究中，Kashani等(1993),Rasmussen等(1992)和Crawly等人(1990)，提出了各种方法，以尽量减少刀具的振动对表面质量的影响。资料调查同时还表明，有一些研究报告相关的二维测量技术，工件的精度，并且还有建模在机械加工中的几何误差。(Ni,1997;Ferreira和Liu,1991;Donmez等人.,1986;Schultschik,1977;Yandayan和Burdekin,1996)Schultschik(1977),French和Humphries(1967)和Leete(1961)考虑加工中的体积误差，并且对精密的机械加工工具开发出对系统评估的模式。Ferreira和Liu(1991)的一份报告中，建立了用于估计几何误差热加工的模型；机床结构的热影响同时被考虑在内。在他们的结论中，将误差分类为加工准静态误差（刀具和工件随着时间变化的误差）和动态误差。前者例如是热引起的误差和机械的结构错误。而另一方面，动态误差，是由于主轴的误差运动，振动的信息源，机床结构（例如个体诱导和强迫的），可变载荷作用下的的投影；这些误差很早之前已经见报。同报道相符，准静态误差是很重要的，同时解释了由于机床工具引起的误差占到70%。我们可能会注意到，虽然在加工中的误差来源是不同的，然而在任何有目的的实际生产中，其净效应应看做是刀头。几何误差按照相同的规则，以及它们的整体影响应该是考虑工具±工件借口。本文在下面的章节中，简要说明几何误差及其来源，并且也会对常用专业术语进行解释。数学模型可以对代表刀头的误差进行推导。这些方程式还可以进一步简化，且表明不会明显影响结果。这种情况下，使得这对实时应用程序具有更大吸引力。从机械原型中得到的一组数据用来研究所提议方法的效益，结果已经报道。本文的结论通过讨论和陈述不同的方法和实用的工具，对这些实时的错误进行补偿。几何误差（定义和符号）机械工具引起的几何误差有七种类型包括角误差（横滚，俯仰和滚转），直线度误差，直线位移误差和垂直度误差的机械结构（Kim等人,1987）。图2所示阐释了一个以Z轴做单一运动6个误差项。图2.轴6个基本误差（i）中，偏航误差（ii）及它们对Z轴的合成运动（iii）的例子一个完整的机械的误差数据图是一个漫长而又繁琐的过程。对于一台三个轴的机器，存在有21个误差（每个轴有6个，再加上3个方形的XY平面，XZ平面和YZ平面）（Kim.,1987;Ferreira和Liu,1991;Szuba,1998;Mehrabi,1998;LambTechnicon,1998)，如果有足够多可用的自由度，可以减少或消除所有的误差。然而，通常补偿的自由度是有限的，误差能够得到补偿，只是在行程方向轴。误差方程的发展一个机械加工操作的主要目的是确保一些重要的几何属性，加工过程要保持在一定的公差范围内，公差范围随着机械加工的不同而变化。几何学的属性同时也是直线镗削的特点(Szuba,1998;Mehrabi,1998;LambTechnicon,1998):圆度：在某种程度上的所有的表面和一个平面的交点垂直于旋转轴的等距离的轴；同心度：在某种程度上，任何两种或更多的零件特征，如有共同的轴的圆柱面的圆形孔；圆柱度：在某种程度上，所有的点如在同一个面上的点，或者是旋转的点例如圆桶上绕同一旋转轴运动的等距离的点；垂直度：在某种程度上，某部分零件上所有点的特征，例如一个表面，距离参考面等距的线或者轴，线或者不同的轴；表面粗糙度：表面不规则在生产过程中是固有的，例如，切削刀具加工的细槽。这些属性的准确性主要受刀具在XY平面的安装位置和工具所处的工作环境。因此，在X轴方向和Y轴方向的误差补偿是非常