正铲液压挖掘机

1、机械原理课程设计,第五组 组长 宁维宁 组员 彭丹 陈冬,课题一正铲液压挖掘机工作装置设置,机构简介 正铲挖掘机工作装置运动简图如图1-1所示，由动臂1，斗杆2，铲斗3，铲斗油缸4，动臂油缸6，斗杆油缸5,等组成。在机构的运动过程中，要求铲斗在其工作空间实现挖掘抬起、倾倒等各种各样的位置。铲斗做水平面运动，有三个自由度，铲斗运动靠铲斗油缸通过连杆机构实现。铲斗油缸4的一端与斗杆在G点铰接，另一端与三角架NHM在M点铰接。铲斗油缸伸缩时，三角架NHM绕斗杆上N点转动，借以完成破碎、装斗、调整切削角、卸载等动作。动臂和动臂油港在转台上的铰接点分别为C和A，他们的位置用直角坐标表示如图1-2所示。D

2、、E分别为斗杆油缸与动臂和斗杆的铰接点。,设计内容一： 铲斗运动机构设计,1铲斗运动机构设计 （1）分析提示：铲斗运动机构可视为六杆机构，斗杆可被视为机架，油缸、三角架MHN、连杆HK及铲斗为活动构件。试确定三角架MHN和连杆HK的尺寸，使铲斗在油缸带动下能转动120（以FQ为始边逆时针方向度量，使FQV能在145265范围内变化）。另外还要保证两个传动角1和2（1=GMN, 2=HKQ）的最小值不小于40。（图中N点也可不在FQ连线上）。,设计过程简述,铲斗油缸的实际长度|GM|应该不超出它的全伸和全缩的长度范围， 即满足1400mm|GM|2320mm，如图2-1所示，GM应该落在圆 r1

3、和r2所形成的环形区域内,结果： MN=600mm, MH=300mm, NH=530mm, HK=680mm, NQ=300mm,为了确定计算初始的标准，参考资料数据，将NQ的尺寸设定为NQ=300mm。 在FQV=145时，作角H1K1Q=40，作NH1K1H1；在GN连线上取GM2=1400mm(即铲斗油缸全缩长度)；量取NH1和H1K1的长度为半径，分别以N点和K2点作圆确定焦点H2，得到M2H2的长度；量取NM2和NH1的长度为半径，分别以N和H1点为圆心画弧，得到交点M1,2-5,M1落到要求范围内，M2在范围边界上，GM1N=50.2,H1K1Q=40理论上这样的尺寸是 可行的，

4、但是由于GM2落在了边界上，所以需要对数据进行修改和优化。,设计内容二：工作装置运动分析,选定斗杆油缸的某一伸缩长度（由教师指定给每个学生），分析在铲斗油缸全伸的情况下，动臂油缸从全伸到全缩时斗尖的位移、速度和加速度。动臂的角机构、角速度和角加速度等。假设油缸伸缩量变化规律如下： S=H/2(1-cost/2) 式中，H为动臂油缸的总行程，t为时间，其值为0 2s，即动臂油缸从全伸到全缩所用时 间为2s。 设计要求：将铲斗尖V的x、y方向运动线图绘制在机构运动简图图纸上。,对比运动规律,编,斗杆油缸处于全缩状态,斗杆油缸处于半伸状态,斗杆油缸处于全伸状态,红色轨迹为斗尖运动规律,分析动臂运动规

5、律： 动臂CF的位置由动臂油缸AB的长度L1决定，斗杆油缸DE为定长，铲斗油缸GM为全伸状态，因此，AB不断伸长，其他构件无相对运动，整体绕C点转动。动臂水平倾角（FCx,x为水平线）与L1之间的关系可用下式表示 L12=CA2 CB22CACBcos(FCBACx) 参考单斗液压挖掘机P90 整理上式可得出 =cos-1 (CA2CB2L12) 2CACB FCBACx （2-3） 式中，CA为定长（CA=1089mm），CB为定长（CB=2116mm），FCB为固定角度，用作图法可量取FCB（FCB=3）,ACx（ACx=33）。 已知动臂油缸伸缩量 S=H/2(1-cost/2) 其中，

6、H为动臂油缸总行程（即动臂油缸从全缩到全伸的总行程，H=1080mm）。设动臂油缸全缩长度为L，则L=1588mm, L1=L+S 即 L1=1580+540（1cost/2） （2-4） 将式（2-4）代入式（2-3）中可得出如下表达式 =cos-1 (CA2CB21580+540（1cost/2）2) 2CACB FCBACx 整理数据得出结果为,分析斗尖V的运动规律： 下图2-10为斗杆油缸全伸，铲斗油缸全伸，动臂油缸从全缩到全伸过程中整个机构的运动情况。 由运动规律图可以得出，斗尖运动也是绕C点做圆周运动，并且C点相对于F点无相对运动，因此，V点和F点具有相同的角速度及角加速度表达式如

7、式(2-6)、(2-7)。V点绕C点运动半径通过作图法可量取r2=6818mm。 由以上分析可得出V点线速度为 v=wr2 (2-9) 通过以上对F点、V点的运动规律我们可以看出，整个运动过程动臂油缸长度是唯一变量，动臂油缸的伸缩使得其他杆件均绕C点转动，并且角速度，角加速度相等,设计内容三：工作装置受力分析,列力学平衡方程式：,FcxFA cosFW Fcy FA Sin MF(C)=0 对C点取矩： MF(C)=0 可得出： FAe1FW l1,e1,CACB,L1,Sin cos-1,CA2CB2L12,2CACB,式中，,参考单斗液压挖掘机,l1 =CPcos,=FCP,FA,5959

8、0000 cos cos-1,566337715805401cost/22,4608648,2304324,15805401cost/2,Sin cos-1,566337715805401cost/22,4608648,66.7,FcxFWFA cos Fcy FA Sin,整体分析,局部分析,列出力学平衡方程式：,FFyFE SinFW FFxFE cos MF(F)=0 ,对F点取矩： FE e2FWl20 其中 e2(FDFESinDFC)/DE 参考单斗液压挖掘机P94 E点和F点无相对运动，所以，e2 为定长，通过作图法或者解析法都可求出其长度为 e2636mm。 L2CPcosCFcos,FE10000,5959 cos cos-1,566337715805401cost/22,4608648,66.7,636,3818 cos cos-1,566337715805401cost/22,4608648,30,636,FFxFE cos FFyFE SinFW,动臂油缸受力随时间变化,斗杆油缸受力随时间变化,压力变化曲线图,验算结果：,验算过程为作图法取值，动臂油缸处于某一长度时，其他构件相对位置固定，因此，取不同动臂油缸长度，每个长度之间差值相等，这样比较均