毕业设计（论文）-某20t多功能挖掘机工作装置设计

毕业设计（论文）任务书1.毕业设计(论文)题目：某20t多功能挖掘机工作装置设计2.题目背景和意义：本题目来自工程实践，具有很高的实用价值，涉及液压方面的知识，学生通过本毕业设计，能够将大学中学到的机械、液压方面的知识很好的用到实际工程中，培养学生进行实际工程设计的能力。3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标)：本题目的主要内容为多功能挖掘机的工作装置设计，包括工作装置的结构设计、驱动液压缸设计等。要求具有较强的三维和二维绘图能力，已知挖掘机最大挖掘重量为20t，液压系统工作压力20Mpa。4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点)：开题报告完成时间2018年12月25日前（完成内容：论文综述，方案确定，外文翻译，毕业设计工作管理手册及撰写规范），中期报告完成时间2019年4月5日前（完成内容：论文或设计内容完成的基础工作报告），论文答辩时间2019年5月25日前（完成内容：按要求完成所有应完成的工作），设计地点：学校。5.毕业设计(论文)的工作量要求：所写论文除满足学院论文的基本规定外，还需要达到以下要求：1、根据提技术要求设计工作装置总图1张2、根据总图绘出装置的零件图1套3、驱动液压缸选型设计1套4、毕业设计说明书1份（2万字以上）5、绘图量为3张（折合成A0号图纸计算）以上①实验（时数）或实习（天数）：②图纸（幅面和张数）：绘图量为3张（折合成A0号图纸计算）以上③其他要求：按照学校毕业设计进度和质量完成该毕业设计、完成三维建模并能作出爆炸图和运行原理动态图，最终形成二维工程图。指导教师签名：年月日学生签名：年月日系主任审批：年月日（4.24）（4.25）根据4.23、4.24及上面的式(4.25)。假定CF线在平行线的一侧则用的值需要加上负号。图4.4动臂提升机构计算示意图设起始力臂和终了力臂的比值为K，则（4.26）或（4.27）展开并整理后得到（4.28）可作如下分析：（1）表示在K、K和SUM之间存在一个常数依赖系统。如果其他数字不改变，则值越低，K值越低，从而有利于上部。如果K不改变，则减小值会增加和减少，这有利于挖掘高。所有这些值应小于反铲的值。但是，如果工作标准已经很高，那么较低的价格将对较低的挖掘不利，而且在较低的挖掘时也不能提及。另外，对于保持，K，需降低值和增加值，增加气缸行程，同时也影响气缸的稳定性。因此，在确定该值时，通常需要考虑预定值或反向铲的值[17]。西安工业大学北方信息工程学院（2）如果是k值不变，那么他们也就确定了位置。铲车通常需要负值，因为它们需要提高地下钻井性能。因此，我们需要将动臂弧度设计小一些，这样可以提升整个构件的刚性。另一方面，动臂不是像反铲那样弯曲度大的曲臂，而拐角主要是滚筒的活动铰链，不需要过度切割动臂的横截面，我切割了一台切片机。有时两臂（两侧）被切割得太深，所以角在右侧，但角不太大，所以阴影也不大。如果将这两个点结合起来，则应在初始阶段设置移动臂结构，设定初始参数，依照给出的参数确定基于标准的官方值。我推荐。在正常情况下，该值不会挣扎。（3）参数的值会改变整个液压缸的稳固，a=1.6至1.7。（4）大提速的K值在0.90～1.14选择，因为地面以上的土壤主要是开挖的，手臂无法完成。在设计中，有效的A、B、C三点的定位是着力考虑的。以下关系可以通过求和得到（图4.4）。（4.29）（4.30）代入得令，代人上式，解联立方程后得到如上所述，由于比例系数和值是根据臂旋转角度和k值的必要性确定的，因此只有获得其中一个参数，才能进一步计算其他参数。活动臂的液压缸是将斗从可台升到最高。在这个过程中，液压缸工作臂也接近最大值。另一方面，考虑到与其他气缸的通用性，除了系列选择外，气缸直径的选择空间大。扩孔器距离ac可以在气缸数和气缸直径预先确定的前提下选择（4.31）式中M——工作力矩，图4.4，即整个机构在这点的力矩和，其中包括动臂重、斗杆量、斗和物料的重量、连杆重以和液压量、等。这些参数根据理论推算的方法确定。s——液压缸工作输出力矩，s＝，其中、分别为液压缸数量和其直径；p是液压系统中油压大小；——机构工作效率，在这里选择为=0.85。通过将等式（4.29）和（4.30）的结果代入人类等式（4.31），可以获得剩余的参数值Δθ。还有一些特殊状态使我们要考虑在内的：1）液压缸在在整个运行过程中的稳定性;2）在操作时液压机构具有有的锁死能力（通过计算机模拟分析）[18]。4.6.2斗杆液压缸行程的确定在确定连杆在斗杆上的固定位置，并却对液压缸的选型设计。如图4.5所示，假设完全缩回和完全伸展时棍棒的长度为和，则F的相应力臂是和。比例因子图4.5确定提升机构的示意图图4.6斗杆机构计算示意图；；（4.32）则初始与终了力臂比K为K=(4.33)或最后得到(4.34)方程之和是DF和FC之间的角度以及EF和FQ之间的角度。假定CF或FQ处于整个机构的一边，则可以知道他们存在夹角。因此，在整个规划中，活动臂和臂的构造我们可以得到正确的连接模式，然后按照公式计算出其他数据，也可以为每个机构分开计算然后将他们合并起来值。在设计斗杆机构时，最后选择的是为0.9比1，在这时我们的到的值和实际是相同的[19]。实际上很多用1.5至1.7。类似地，通过并且可以列出联立方程（4.35）（4.36）令，，并将代人上式，解联立方程后得到还有是按照实际做工的理论方式来设计液压缸选型的办法。设斗杆油缸挖掘时需要克服的切向挖掘阻力为，那么（4.37）式中b——切削宽度(厘米)；h——为平均下挖距离(厘米)；——挖掘比阻力，查阅资料，取各个地方的平均数值。假设铲斗在行程L(厘米)中装满，那么在装斗过程中消耗到挖掘土壤上的功为（（4.38）式中q——斗容量()；、——铲斗在装满后的数值。显然这个功由斗杆油缸来完成，而在此期间斗杆油缸所作的功为（4.39）式中S——斗杆液压缸压力，，其中，是斗杆液压缸个数和直径，是系统工作压力；——液压缸的传功效率，在这里选择的是取=0.85；——液压缸工作行程。在这里铲斗需要斗杆液压缸60％的行程内完成动作，则=其中是斗杆液压缸运作行程。因此从作功出发可列出平衡方程式=（4.40）=确定斗杆油缸行程之后，不难求出其全缩和全伸时的长度，即（4.40）（4.41）使用式(4.39)、(4.40)和（4.41）所得，代入就可以计算到出的值。在液压缸及斗杆机构各项数据需按照液压缸所达到的最大力矩进行效验，环要保证铲斗液压缸具有的力矩大于其在实际工作时存在的阻力。4.7铲斗液压缸交点和行程的确定由于需要在设计中确保该机构具有一定的自锁性能。然而，由于其不是专用设计，因此在设计中换要考虑其他因素：（1）在开挖土层的工作时，铲斗机构应确保铲斗在铲斗行程的70-100％范围内充满土壤;（2）在含有石子的土层运作时，铲斗机构应确保液压油缸在运行中在特定时候具有自锁效能;（3）按照大多数工作机构的设计要求，使得挖斗的液压缸在打开时对齿的作用力大于其重量的两倍。按照上面的设计要求，可以使用挖掘做工的原理来选择液压缸的型号。（4.42）式中——挖斗液压缸工作行程与实际行程的比值，多数～1；——实际工作遇到的阻力，应当其满足大多数环境下的值；——铲斗油缸数量及缸径；——液压缸在其连接位置处的实际工作效率。多数=0.8～0.85。仍取油仅全伸和全缩时长度之比为～1.7），则铲斗油缸长度为（4.43）（4.44）液压缸的安装、连杆机构的结构特点及固定处在在规划时可参照市场上的多数机器进行设计，再按照设计的机构的特点及其与FQ的来逐渐优化使其达到可以在实际中使用的性能，满足设计的需求[20]。5工作装置受力分析和强度计算5工作装置受力分析和强度计算5.1铲斗和铲斗连杆机构（1）连杆铲斗液压缸是处于没有顶出时，连杆与铲斗形成的角较小，此时铲斗收到的截切力最大。如图5.1：图5.1铲斗油缸全缩状态铲斗液压缸的最大力为53.37吨。依照机械原理中四连杆的的特点可以计算出求得在这是受到为55.60吨。连杆受力为拉压，对其进行校正。工作系数n取3，在查阅相似资料得出16Mn的强度大小为［σs］=350MPa，所以为许用应力：（5.1）式中，S——连杆截面面积（米2）满足要求。（2）摇杆在挖斗液压缸打开后，连杆和铲斗之间的角度较小，此时受到的力最大。如图5.2所示：图5.2铲斗油缸全伸铲斗油缸最大工作力为53.37吨。求得连杆受到的力为55.60吨。连杆受到拉压力，而在不考虑弯曲的情况下，按照正应力进行校正。工作系数n取3，查阅相关系列得出16Mn的受力最大［σs］=350MPa，计算需用应力为：（5.2）式中，S——摇杆截面面积（米2）满足要求。（3）销轴销轴受到剪切力，。在液压缸张开后，轴所受横向作用力Q=32.03吨。工作系数取n=2，查阅资料知材料45钢的屈服极限［σs］=294MPa，计算出的许用应力（5.3）式中，S——销子截面面积（米2）满足要求。5.2斗杆及斗杆机构分析反铲挖掘机斗杆与所受力矩。选择像个特殊的点位对该机构强度检查。如果他们满足则整个机构是合格的。如图5.3所示：（1）当活动臂处于最低点；（2）斗杆油缸作用力臂最大；（3）斗齿尖在的延长线中；（4）侧齿受到横向作用力。图5.3动臂位置最低状态斗杆油缸闭锁是Pg’决定了横向的挖掘力W1’将连杆设置隔离，根据力矩平衡知：（5.4）其中，，——指的是斗杆和铲斗的质量；l2,ld——杆长和挖斗的大小（米）；r3——指的是重力到活动臂与斗杆固定位置处的距离；r4——指的是铲斗重力到动臂与斗杆固定点的距离。铲斗间隔，根据力矩平衡可值铲斗受到的工作力：（5.5）在上式中，r2——指的是铲斗到铲斗与斗杆连接点。r5——指的是连杆到铲斗与斗杆铰点的距离r6——指的是连杆到斗杆与斗杆连接。r7——摇杆的长度（米）。或动臂液压缸PB’影响到阻力，可以取整体隔断，根据力矩平衡可值：（5.6）在上式中，r0——指的是正向阻力到动臂下连接点的力臂；r1——指的是法向阻力到动臂下连接点的力臂；rB——或动臂液压缸到动臂固定位置的距离（米）；——指的是工作装置构件在活动臂出的力矩之和。当铲斗边齿受到作用力时候，回转平台的力矩MT决受到的横向阻力Wk：（5.7）在上式中，r——指的是横向阻力与交接点的距离。采用图解法，计算出斗杆的受到的外力，斗杆与铲斗固定处存在Wk和W2以及Mc:（5.8）式中，b——铲斗宽（米）。横向阻力W1作用在齿尖上，是斗杆受到MKP：（5.9）依照上面的解析，作出斗杆的受力图，其中存在力N，在横向作用力Qx和纵向压力Mx，在斗杆形成的面内力Qy和力矩My，和转矩T[18]，体现在图5.4。图5.4斗杆内力图在受力最大处进行，形成截面如图5.5：图5.5斗杆断面图可以得出断面面积为：S=m断面转动惯量：IZ=IY=断面处压应力为：=24.4113MP斗杆平面内剪应力为：=34.3500MP斗杆平面内弯曲正应力为：=64.8042MP斗杆平面外剪应力为：=4.7497MP斗杆平面外弯曲正应力为：=59.0218MP查阅资料可得为：25.5553MP式中，——截面中心线所围面积m225.5553MP式中，——截面中心线所围面积m2——最小壁厚m因为存在额外受力，斗杆工作常数选择2，查阅资料得16Mn的受力最大为，所以有：许用应力MPa最大压应力X方向最大剪应力59.9053MPY方向最大剪应力故，强度满足要求。b.工况二如图5.6所示：（1）活动臂在活动臂液压缸完全伸长处[15]；（2）斗杆油缸作用力臂最大；（3）挖斗尖，动臂和斗杆形成的固定点，斗杆和挖斗形成的连接点共线时；（4）很多时候是阻力对称铲斗，没有其他外力。图5.6动臂位于最大力臂处斗杆受力分析同工况一。斗杆液压缸的闭锁Pg’决定了切向最大横向力W1,将斗杆设计分开，按照力矩平衡计算：（5.10）在上式中，，——指的是斗杆和铲斗受到的重力；l2,ld——铲斗大小和连杆长度（m）；r3——指的是斗杆重力据动臂与斗杆固定点的距离；r4——指的是铲斗重力到动臂与斗杆固定处的距离。取铲斗为间隔，可以得到液压缸受到的力为：（5.11）在其中，r2——指的是挖斗到铲斗与斗杆连接处的长度。r5——指的是连杆到铲斗与斗杆铰点的距离。r6——指的是连杆到斗杆杆与斗杆连接点的距离。r7——摇杆的长度（米）。动臂油缸的力PB’决取力，将整个装置看做隔断，根据力矩平衡可知：T（5.12）根据的出中，r0——指的是受到切向压力到固定处的距离；r1——指的是法向阻力到动臂下连接点的力臂；rB——动臂液压缸作用力到动臂下连接点的距离；——指的是工作构建的各个零件在固定处的力矩和。根据图解法可以计算出斗杆所受的作用力。然后可以画出图形，包括径向受力N，斗杆受到的法向Q和重力M，据图5.7所示。图5.7斗杆内力图在其中按受力不同处校正得，如图5.8所示：图5.8斗杆断面图受力分析同上。断面处压应力为：=24.4113MP斗杆平面内剪应力为：=34.3500MP斗杆平面受到的正应力：=68.2856MP此时斗杆受到挖斗作用力，斗杆常量选择为2.5，经查阅相关资料可知16Mn的所能承载的为，可得：许用应力MPa最大压应力最大剪应力故，强度满足要求。5.3活动臂机构分析反铲的活动臂的受力是根据工作中动臂中出现的最大力矩来设计计算[9]。工况一如图5.9所示：（1）工作装置处于最低位置；（2）正常工作，没有横向力。图5.9工作装置位于最大挖掘深度处斗杆液压缸的位置Pg’决影响最大挖掘力W1,单独考虑斗杆来看，有受力平衡可知：（吨）（5.13）在上式中，，——指的是杆和斗在负载时质量；l2,ld——活动臂长度和铲斗的容积（m）；r3——指的是重力到动臂与斗杆连接处的力臂；r4——指的是斗重力到动臂链接点的力臂。动臂液压缸的力PB’法影响向阻力，以整个机构考虑，按照受力平衡关系知：T在上式中，r0——指的是切向受到的阻力到活动臂下的力臂大小；r1——指的是正向阻力到后动臂间的力臂；rB——动臂液压缸作用力到固定位置处的距离（m）；——指的是各部分对于力臂的扭矩和。在取隔断处，可以计算的到所有。然后根据动臂隔开，就可以求得交接点的和。根据如上分析，作出受力分析图，作用力N，动臂横向作用力Q，轴受到力矩M。如图5.10。图5.10动臂内力图在构件受力最大处验证，受力如图5.11：图5.11动臂断面图截面面积为：S=355x10-4m2截面转动惯量：IZ=选择力臂的有效数据为2，根据查阅资料可知16Mn的受力［σs］=350MPa，经过计算为：MPa断面处压应力为：MPa剪应力为：MPa弯曲正应力：MPa此处按曲梁进行验算，则且，，故，强度满足。b.工况二如图5.12所示：（1）铲斗处于最大半径（2）正常工作没有横向作用力。图5.12工作装置位于最大挖掘半径处斗杆液压缸的锁合能力Pg决取了受到的最大工作力W1,取斗杆为隔离体[19]，可以得到：T在上式中，，——是斗杆和铲斗的质量；l2,ld——为连杆和挖斗的大小（m）；r3——指的是斗杆重力到活动臂和斗杆连接点的力臂；r4——指的是铲斗重力和活动臂和斗杆连接点力臂。活动臂液压缸的闭合力PB’决铲斗受到的阻力，这里工作装置为隔开，由此可得：T在上式中，r0——指的是切向阻力到或动臂下结合点的力臂；r1——指的是法向阻力活动臂下连接点的力臂；rB——动臂液压缸的推力到活动臂固定处的距离（m）；——指的是工作装置各组件在铰接点的力矩之和。根据分析的出，作出受力分析图，经过计算得出，如图5.13致谢图5.13动臂内力图在机构受力出分析，横切面如图5.14所示：图5.14动臂内力图截面面面积为：S=m2断面转动惯量：IZ=将或动臂的常数设置2，通过查阅资料得出16Mn的受力分布［σs］=350MPa，得出为：MPa断面处压应力为：MPa剪应力为：MPa弯曲正应力：MPa且，，所以强度合格，因此设计满足要求。6结论6结论本次设计是以实际的液压挖掘机的工作机构为基础，通过查阅资料等方法，为20t的挖掘机设计一个工作机构，在这次设计中主要做了如下工作：（1）在查阅资料的基础完成工作装置的整体设计，在计算机上使用三维软件进行了运动学分析。（2）完成了个零件的尺寸参数确定，和液压缸的选型。（3）绘制斗杆和动臂的受力分析图和弯矩图，并在危险截面进行强度校核。挖掘机工作机构是整个挖掘机的核心件部件之一，其结构不复杂但涉及到受力分析就变得复杂起来，通过这次设计加深了自身对工程设计的认识，也为以后在实际工作打下基础。参考文献参考文献[1]曹善华,余涵.单斗液压挖掘机.北京：中国建筑工业出版社，1980(3):37-38.[2]孔德文,赵克利.液压挖掘机.北京：化学工业出版社，2007,34(12):1908-1913.[3]高衡,张全根.液压挖掘机.北京：中国建筑工业出版社，1981,27(11):4-6.[4]阎书文.机械式液压挖掘机.北京：机械工业出版社，1982(10):296-297.[5]天津工程机械研究所.单斗液压挖掘机.北京：中国建筑工业出版社，1976(03):34-36.[6]何存兴.液压传动与气压传动.华中科技大学出版社，2000,54(01):56-59.[7]张铁.液压挖掘机结构、原理及使用.东营：石油大学出版社，2002(22):57.[8]黄宗益，王康.液压挖掘节能控制.建筑机械，1997(25):70-71.[9]王伯平.互换性与测量计术基础[M].机械工业出版社.2000.55～82.[10]唐大放,冯晓宁,杨现卿.机械设计工程学.中国矿业大学出版社，2001(04):114-120.[11]李壮云.中国机械设计大典.江西科学技术出版社，2001(02):52-58.[12]唐经世,高车安.工程机械.北京：中国铁道出版社，1996(02):52-58.[13]周士昌.液压系统设计图集.北京：机械工业出版社，2003(10):199-201.[14]杜迪生,张永惠.挖掘机电气传动与故障诊断.北京：冶金工业出版社，1994(35):191-192.[15]张玉川.进口液压挖掘机国产化改造.成都：西南交通大学出版社，1999[16]张铁主编.液压挖掘机结构、原理及使用，石油大学出版社，2002，12[17]Nease,A.D.;Alexander,E.F,AirForceconstructionautomation/robotics.InProc.10thInternationalSymposiumonAutomationandRoboticsinConstruction(ISARC);Houston,May1993.[18]R.N.Hancox,HydraulicSystemforExcamator,U.S.Patent3406850.OCT.22,1968BošnjakS,