機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、1 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論文）說(shuō)計(jì)（論文）說(shuō) 明明 書(shū)書(shū) 課題課題： 中、小型液壓挖掘機(jī)中、小型液壓挖掘機(jī) 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 班班 級(jí)級(jí) 機(jī)械機(jī)械 05320532 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 1010 姓姓 名名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 2 完成日期：完成日期： 20102010 年年 3 3 月至月至 20102010 年年 6 6 月月 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系 3 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總成績(jī)單畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

2、文）總成績(jī)單 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 與制造與制造 班班 級(jí)級(jí) 機(jī)械機(jī)械 05320532 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 1010 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 序號(hào)序號(hào)項(xiàng)項(xiàng) 目目 名名 稱稱成績(jī)成績(jī)比例（比例（% %）簽簽 名名 1 1 指導(dǎo)教師評(píng)定指導(dǎo)教師評(píng)定 5050 2 2 答辯委員會(huì)評(píng)定答辯委員會(huì)評(píng)定 5050 總總 成成 績(jī)績(jī) 系系（部部 ）審審核核 （蓋章）（蓋章） 年年 月月 日日 4 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 指導(dǎo)教師意見(jiàn)書(shū)指導(dǎo)教師意見(jiàn)書(shū) 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名

3、 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 與制造與制造 班級(jí)班級(jí) 機(jī)械機(jī)械 05320532 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 1010 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 題題 目目 中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽名）（簽名） 5 年年 月月 日日 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)與 制造制造 班班 級(jí)級(jí) 機(jī)械機(jī)械 05320532 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 1010 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 要求

4、完成的主要工作量要求完成的主要工作量 1:1:收集收集, ,消化有關(guān)專業(yè)方面的資料消化有關(guān)專業(yè)方面的資料, ,了解專題設(shè)計(jì)內(nèi)容了解專題設(shè)計(jì)內(nèi)容. . 2:2:手工畫(huà)圖手工畫(huà)圖 6 6 張張 A0A0 裝配圖一張裝配圖一張( (挖掘機(jī)圖紙挖掘機(jī)圖紙)A1)A1 一張（動(dòng)臂圖紙）一張（動(dòng)臂圖紙）A2A2 一張（動(dòng)臂一張（動(dòng)臂 鉸接裝置）鉸接裝置）A3A3 兩張（滑動(dòng)座、上鉸接支承）兩張（滑動(dòng)座、上鉸接支承）A4A4 一張（動(dòng)缸耳）一張（動(dòng)缸耳）. . 3:CAD3:CAD 繪圖繪圖 6 6 張張 A0A0 裝配圖一張裝配圖一張( (挖掘機(jī)圖紙挖掘機(jī)圖紙)A1)A1 一張（動(dòng)臂圖紙）一張（動(dòng)臂圖紙）

5、A2A2 一張（動(dòng)臂一張（動(dòng)臂 鉸接裝置）鉸接裝置）A3A3 兩張（滑動(dòng)座、上鉸接支承）兩張（滑動(dòng)座、上鉸接支承）A4A4 一張（動(dòng)缸耳）一張（動(dòng)缸耳）. . 4:4: 中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一本中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一本. . 6 20102010 年年 3 3 月月 3 3 日至日至 20102010 年年 0606 月月 1515 日日 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 ( (簽簽 名名) ) 教研室主教研室主 任任( (簽簽 名名) ) 系（部）審核：系（部）審核： （蓋章）（蓋章） 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯表畢業(yè)設(shè)計(jì)（

6、論文）答辯表 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 盧鵬盧鵬專業(yè)專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 與制造與制造 班級(jí)班級(jí)機(jī)械機(jī)械 05320532 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 1010 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目題目 中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 主答辯主答辯 委員委員 答辯答辯 時(shí)間時(shí)間 年年 月月 日日( (上、下午上、下午) ) 7 向?qū)W生提出的主要問(wèn)題向?qū)W生提出的主要問(wèn)題 摘要 在搜集了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷 史，并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。論文對(duì)挖掘機(jī)的各種工況進(jìn)行 了分析，系統(tǒng)總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 本次

7、畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是中、小型液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，小型挖掘機(jī)由多 個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng) 機(jī)安裝等。本課題選擇了國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能都接近設(shè)計(jì)要求的 68t 挖掘機(jī)作為基型， 并在此基礎(chǔ)上研究了國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型，設(shè)計(jì)出我們挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)方按圖，總體裝配圖 以及相應(yīng)的部件圖和零件圖。圖紙基本采用 Auto CAD 二維軟件。 本次的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)小型液壓挖掘機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)主要 介紹了小型挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和有關(guān)計(jì)算。首先介紹了小型挖掘機(jī)的 工作概況及性能參數(shù)的設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)性能參數(shù)來(lái)選擇主要的

8、工作元件。接著介紹了挖 掘機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析工作裝置受力方面問(wèn)題。最后，根據(jù)工作裝置的工作狀態(tài)，確定配 8 重，轉(zhuǎn)臺(tái)重，進(jìn)行整機(jī)平衡驗(yàn)算分析了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的狀態(tài)及自身穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，平衡計(jì)算 ABSTRACT In collecting and hydraulic pressure system, on the basis of the relevant information about the history of the development of hydraulic pressure system, and the development of technolo

9、gy of hydraulic pressure system dynamic is summarized. The thesis excavator working conditions were analyzed systematically summarized, hydraulic pressure system design requirements。 The graduation design topic is medium and small hydraulic excavator actuator system optimization design of mini excav

10、ators, composed by multiple systems, including hydraulic system and transmission system, control system, device, chassis and engine installation, tank, channel. This topic selection of quality and the domestic technical performance are close to the requirement of design 6 8t excavator as base, and b

11、ased on this study introduces foreign advanced type, design of hydraulic system we excavator, general assembly to party and relevant parts and components. Using Auto CAD drawings basic 2d software. The design is mainly devoted to the analysis and design of small hydraulic excavator execution system

12、optimization design. This design mainly introduces the hydraulic system of mini excavators of actuators optimization design and relevant calculation. Firstly introduces the general 9 situation of mini excavators and performance parameters of the design requirements, and according to the performance

13、parameters of the main components of work to choose. Then introduces the design and analysis of excavator working stress aspects. The device, Finally, according to the working status, work unit, the turntable determine the balance, the balance weight when checking analyzed the status and the excavat

14、or stability itself. Keywords: miniature hydraulic crawler excavator, hydraulic system, bucket, AutoCAD 前言 液壓挖掘機(jī)是一種多功能的機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用與水利工程，交通運(yùn)輸， 電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕的勞力體力勞動(dòng)，保證了工作質(zhì) 量，加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖 掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了大施工作業(yè)單 位的青睞。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密的聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為

15、基礎(chǔ)。 其結(jié)構(gòu)主要是發(fā)動(dòng)機(jī)，液壓系統(tǒng)，工作裝置，行走裝置和電器控制等部分組成， 由于發(fā)掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此， 對(duì)挖掘機(jī)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中最為重要的一環(huán)。 所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體 10 力勞動(dòng)，提高機(jī)械水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的 作用，因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展具有重大的意義。 目 錄 摘 要6 ABSTRACT.7 第一章 緒論 10 1.1 . 液壓挖掘機(jī)

16、的用途 10 1.2 . 液壓挖掘機(jī)的概況 10 1.2.1 國(guó)外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢(shì) 10 1.2.2 國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 13 1.3 . 液壓挖掘機(jī)的基本類型和主要特點(diǎn) 13 1.4 . 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 11 14 第二章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)的選定 15 2.1 . 挖掘機(jī)選型 15 2.2 . 挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 17 2.2.1執(zhí)行參數(shù)的選定 17 2.2.2. 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 21 2.2.3 斗桿液壓缸的作用力 28 2.2.4 鏟斗連桿設(shè)計(jì) 29 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與受力分析 31 3.1 . 斗桿的受力分析 31 3.2 . 動(dòng)臂的受力分析 33 3.3 .

17、 計(jì)算 34 第四章 整機(jī)平衡驗(yàn)算36 4.1 . 確定配重和轉(zhuǎn)臺(tái)重 36 4.2 . 卸載時(shí)挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算 37 4.3 . 作業(yè)穩(wěn)定性 38 4.3.1 挖掘失穩(wěn)狀態(tài)39 4.3.2 卸載失穩(wěn)狀態(tài)42 4.4 . 自身穩(wěn)定性 46 4.5 . 行走穩(wěn)定性 47 第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 52 第六章 參考文獻(xiàn) 53 第一章 緒論 1.1 液壓挖掘機(jī)的用途 12 液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它的工作過(guò)程是以鏟斗的切削刃切 削土壤，鏟斗裝滿后提升，回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開(kāi)始下一次 的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。 液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)

18、挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑，交通運(yùn)輸，水利施工，露天 采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要的 機(jī)械設(shè)備。 在建筑工業(yè)中，可用來(lái)挖掘基坑，排水溝，拆除舊有建筑物，平整場(chǎng)地等。更換工作 裝置后，可進(jìn)行裝卸，安裝，打樁和拔除樹(shù)根等作業(yè)。 在水利施工中，可用來(lái)開(kāi)挖水庫(kù)，運(yùn)河，水電站堤壩的基坑，排水或灌溉的溝渠，疏 浚和挖深原有河道等。 在鐵路，公路建設(shè)中，用來(lái)挖掘土方，建筑路基，平整地面和開(kāi)挖路旁排水溝等。 在石油，電力，通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來(lái)挖掘電纜溝和管道溝等。 在軍事工程中，可用來(lái)筑路，挖壕溝和掩體，建造各種軍事建筑。 在露天采礦場(chǎng)上，可用來(lái)

19、剝離表土，采掘礦石或煤，也可用來(lái)進(jìn)行堆棄，裝載和鉆孔 等作業(yè)。 所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提 高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建 筑施工部門(mén)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)容量為 1.0 立方米的液壓挖掘機(jī)挖掘 1-4 級(jí)土壤時(shí)，每班生產(chǎn)率大 約相當(dāng)于 300-400 個(gè)工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn) 率和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要的意義。 1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 挖掘機(jī)械的最早雛形，主要用于河道，港口的疏浚工作，第一臺(tái)有確切記載的挖掘機(jī) 械是 1976 年英國(guó)人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟” 。而能夠

20、模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸 汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”于 1835 年在美國(guó)誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn) 代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有 170 多年的歷史。1950 年，德國(guó)研制出世界上第一臺(tái)全液壓挖 掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)，新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是 電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率，可靠性。安全性和操作舒適性以 及節(jié)能，環(huán)保等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用， 成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。 1.2.1 國(guó)外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。

21、美國(guó)，德國(guó)和日本是 液壓挖掘機(jī)的主要產(chǎn)國(guó)，具有較高的市場(chǎng)占有率。從 20 世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)際上液壓挖掘機(jī) 的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機(jī)型的基礎(chǔ)上向大型化，微型化方向發(fā)展；從 功能上看，在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，向多功能，專用化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向 高效節(jié)能化，自動(dòng)化，信息化，智能化的方向發(fā)展。 1. 液壓挖掘機(jī)的大型化和微型化 大型液壓挖掘機(jī)主要用于大型露天礦山的開(kāi)采及大型基礎(chǔ)建設(shè)，多數(shù)為正鏟。如日本的 日立建機(jī)開(kāi)發(fā)的 UH50 型正鏟斗容量為 1808 立方米，整機(jī)質(zhì)量為 330t。日立建機(jī)于 2004 年開(kāi)發(fā)成功了超大型液壓挖掘機(jī) EX8000，鏟斗容量為 40 立方米。

22、整機(jī)質(zhì)量達(dá) 780t。目前 13 全球最大型液壓挖掘機(jī)為 TEREX-O&K 公司制造的 RH400 型，整機(jī)質(zhì)量達(dá) 980t 斗容量為 50 立方米。大型液壓挖掘機(jī)的其他代表產(chǎn)品主要有小松的 PC8000，三菱的 MS1600，卡特彼勒 的 5130 和 5230，曼內(nèi)斯曼-德馬克的 H485 以及利勃海爾的 R992 和 R994 等。 為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國(guó)外發(fā)展了斗容量在 0.25 立方米的以下的微型液 壓挖掘機(jī)，最小的斗容量只有 0.01 立方米。例如，美國(guó)卡特彼勒公司最近發(fā)布的 302.5C 微型液壓挖掘機(jī)，其整機(jī)質(zhì)量只有 2850Kg，配備三菱 S3L2 型 18.6

23、KW 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其排放 符合美國(guó) EPA2 級(jí)和歐 2 標(biāo)準(zhǔn)，所配斗容量范圍為 0.035-0.092 立方米，鏟斗挖掘力可達(dá) 25KN?？ㄌ乇死展咀钚〉奈⑿屯诰驒C(jī)為 301.5，其整機(jī)質(zhì)量只有 1673Kg，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 13KW，斗容量范圍為 0.018-0.056 立方米。 2.液壓挖掘機(jī)的多功能化 中小型液壓挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置。除正鏟，反鏟外，還配備了起 重，抓斗，平坡斗，裝卸斗，耙齒，破碎錐，麻花鉆，電磁吸盤(pán)，振搗器等，以滿足各種 施工的需要。 3. 液壓挖掘機(jī)的電子化，信息化 世界上各大液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)商在應(yīng)用新技術(shù)，新工藝，新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，

24、通用化發(fā)展速度的過(guò)程中，重視電子技術(shù)，信息技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，使挖掘機(jī)向高效， 節(jié)能，安全，環(huán)保以及操作方便舒適的方向發(fā)展。從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，以微電子技術(shù) 為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)，微處理器，傳感器和檢驗(yàn)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng) 了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用和推廣，并以成為液壓挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。目前， 先進(jìn)的液壓挖掘機(jī)均裝有電子控制單元，用于發(fā)動(dòng)機(jī)和泵閥的電子控制以及工作模式控制 和工作狀態(tài)控制。應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)柴油機(jī)上的控制裝置主要有電子調(diào)速器，自動(dòng)怠速系 統(tǒng)，電子功率優(yōu)化系統(tǒng)和負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)等。卡特彼勒和阿特拉斯等公司開(kāi)發(fā)了挖掘機(jī) 車載衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)，用戶

25、可通過(guò)點(diǎn)心數(shù)據(jù)中心和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)了解挖掘機(jī)工作位置 和工作環(huán)境，并通過(guò)對(duì)各種參數(shù)的分析了解挖掘機(jī)的工作狀況，以確保安全使用和提高工 作效率。 4.液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)制造手段的現(xiàn)代化 美國(guó)，英國(guó)，日本等國(guó)家的液壓挖掘機(jī)制造廠商在更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使 用壽命等方面做了大量的工作，推廣采用有限壽命的設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè) 計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論，斷裂力學(xué)，有限元法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，電子計(jì)算機(jī)控 制的電波侍服疲勞實(shí)驗(yàn)技術(shù)，疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究， 提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。 隨著大型 CAE 軟件的日漸成熟，虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也被應(yīng)用到

26、液壓挖掘機(jī) 的設(shè)計(jì)過(guò)程中。以往一種新機(jī)型需要記過(guò)多次反復(fù)試制，實(shí)驗(yàn)和修改，一般需要幾年的時(shí) 間才能定型。而采用虛擬設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，新產(chǎn)品設(shè)計(jì)可利用專業(yè) CAD 軟件，有限 分析軟件和動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行三維數(shù)字化建模，三維虛擬裝配和基礎(chǔ)零部件分析，優(yōu)化， 并進(jìn)行整機(jī)的虛擬樣機(jī)仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)，直接在虛擬樣機(jī)上修改設(shè)計(jì)，最終生成用于生產(chǎn) 的產(chǎn)品工程圖和工藝文件，縮短了新產(chǎn)品的研制周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程。 5.增強(qiáng)液壓挖掘機(jī)的安全性和舒適性 隨著世界貿(mào)易一體化進(jìn)程的加快，各國(guó)對(duì)液壓挖掘機(jī)的乘員安全保護(hù)及工作環(huán)境條件提 14 出了更高的要求。國(guó)外先進(jìn)的液壓挖掘機(jī)普遍帶有落物保護(hù)結(jié)構(gòu)和

27、滾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室， 安裝可調(diào)節(jié)的彈性坐椅，用隔音措施降低噪聲干擾，操縱機(jī)構(gòu)采用液壓先導(dǎo)控制或電液比 例控制，操作輕快，省力，操作環(huán)境的設(shè)計(jì)更加符合人機(jī)工程學(xué)。 6.液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)得到進(jìn)一步的改進(jìn) 國(guó)外液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)是高壓，高速，大流量。低成本，高質(zhì)量和高可 靠性。國(guó)外知名公司的主流機(jī)型廣泛采用雙泵變量系統(tǒng)，液壓先導(dǎo)控制，負(fù)荷傳感控制等 新技術(shù)。例如卡特彼勒公司新推出的 325D 型挖掘機(jī)系統(tǒng)壓力最大為 35MPa，主泵流量為 2*235L/min?？ㄌ乇死盏?D 系列挖掘機(jī)提供兩種性能設(shè)定模式，標(biāo)準(zhǔn)操作模式和經(jīng)濟(jì)操作 模式，以增強(qiáng)操作人員對(duì)機(jī)器性能以及施工需要相匹配

28、的控制能力。在標(biāo)準(zhǔn)模式中，可獲 得高生產(chǎn)效率和燃油效率，在市政建設(shè)等較輕作業(yè)中，可切換到經(jīng)濟(jì)模式，耗油量減少 15%。 液壓挖掘機(jī)誕生 50 年來(lái)，它的基本結(jié)構(gòu)，外型和工作原理并沒(méi)有出現(xiàn)較大的變化， 但近來(lái)它有了較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在 3 方面：廣泛的應(yīng)用新技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 日益深入；提高產(chǎn)品的可靠性和延長(zhǎng)使用壽命；加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，改善司機(jī)的勞動(dòng)條件。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用于挖掘機(jī)后使其節(jié)能，功率利用等各項(xiàng)性能提高，例如：日本加騰公司最 新生產(chǎn)的 HD-1250 和 HD-700 型液壓挖掘機(jī)采用了計(jì)算機(jī)控制的 APC（Automatic Power Controller）系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)控制后，挖

29、掘機(jī)可以根據(jù)作業(yè)內(nèi)容將現(xiàn)場(chǎng)狀況來(lái)控制液壓 泵的供油量，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。利用不同作用的傳感器將液壓挖掘機(jī)的各機(jī)構(gòu)瞬時(shí)工作 狀態(tài)變成參電量，再通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器把電參量傳到控制的 APC 系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后反饋 到 APC 控制閥和發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)控制器，達(dá)到隨時(shí)改變發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓缸的輸出率，使它們達(dá)到 最佳大匹配。 APC 系統(tǒng)的自動(dòng)降速機(jī)構(gòu)具有 on（接通） ，off（斷開(kāi)） ，econo（經(jīng)濟(jì)）3 種方式可選 擇。 OnOn 方式：方式：當(dāng)挖掘機(jī)提升鏟斗到卸載位置等待卸載時(shí)，換向閥操縱卸載，完成后操縱桿 回到中位，由于所需功率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低到怠速空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不僅能減少等待 卸載時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功

30、率消耗和降低油耗，而且還能降低噪音。 EconoEcono 方式方式：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定于最能節(jié)省燃油的位置。此外，每當(dāng)按一次操縱桿上 的快速油門(mén)快關(guān)即將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低和恢復(fù)到 econo 方式所設(shè)定的轉(zhuǎn)速。 OffOff 方式：方式：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速機(jī)構(gòu)斷開(kāi)，采用人工手動(dòng)降速。每當(dāng)按一次操縱桿上的快速 油門(mén)開(kāi)關(guān)，即可將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到 F 原定的轉(zhuǎn)速。 APC 系統(tǒng)還可以根據(jù)作業(yè)內(nèi)和施工現(xiàn)場(chǎng)狀況任意選擇 H(高)，M(中),L(低),3 種作業(yè)挖 掘方式，以滿足不同作業(yè)的輸出功率。 H 方式挖掘：是適合大型作業(yè)量和重載荷的挖掘作業(yè)，能在短時(shí)間內(nèi)完成大量的工作， 并能最大限度地利用挖掘機(jī)的輸出功率。

31、 M 方式挖掘：節(jié)省燃油，而且作業(yè)效率高，適合一般載荷的作業(yè)。 L 方式挖掘：重視微動(dòng)操作性，最合適與放坡開(kāi)挖，整地等細(xì)致的輕度作業(yè)。 系統(tǒng)可自動(dòng)控制 H，M，L 三種挖掘方式各自所需功率的大小，并且 3 種挖掘方式還可 以分別選用 evono 方式。因此，只要有效的并用上述 6 種方式就能進(jìn)一步節(jié)省油耗，提高 功率利用率和降低噪聲。 同步動(dòng)力系統(tǒng)：換向閥將閥芯位移量信號(hào)同時(shí)傳給同步控制閥，根據(jù)工作情況同步控 制閥隨時(shí)改變液壓泵輸出流量。當(dāng)換向閥處于不工作狀態(tài)時(shí)，此液壓系統(tǒng)將液壓泵的供油 15 量控制到最小限度。而扳動(dòng)換向閥的操縱桿移動(dòng)時(shí)，使油泵量與換向閥操縱桿移動(dòng)量成正 比，因此，扳動(dòng)中位和

32、操縱作業(yè)時(shí)，節(jié)省能量，減少因換向閥和中位時(shí)大量油壓回油箱造 成動(dòng)力 1.2.2 國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 我國(guó)從 1967 年開(kāi)始自行研制液壓挖掘機(jī)。早期開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械工 廠的 WY100、貴陽(yáng)礦山機(jī)械廠的 W460、合肥礦山機(jī)械廠的 WY60 等。到 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠和杭州重型機(jī)械廠分別研制成功了 WY160 和 WY250 等液壓挖掘機(jī) 產(chǎn)品。從 1994 年考試，美國(guó)的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日 本的日立建機(jī)株式會(huì)社、韓國(guó)大宇重工、韓國(guó)現(xiàn)代重工業(yè)以及德國(guó)利勃海爾、德國(guó)雪孚、 德國(guó)阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公司先后

33、在中國(guó)建立了中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)， 生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。 近年來(lái)我過(guò)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的挖掘機(jī)市 場(chǎng)空間，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國(guó)內(nèi)一些工程機(jī)械行業(yè)的上市股份 公司通過(guò)合資的方式介入了挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)國(guó)內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)， 但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國(guó)外大公司相比還有一定的距離。為了發(fā)展民族挖掘 機(jī)產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，圍繞國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)，在充分利用國(guó)際化配套和國(guó)外先 進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)自主創(chuàng)新意識(shí)，掌握核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，發(fā)揮性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn) 品競(jìng)爭(zhēng)力，把我國(guó)液壓挖

34、掘機(jī)產(chǎn)品做大做強(qiáng)。 、 1.3 液壓挖掘機(jī)的基本類型和主要特點(diǎn) 挖掘機(jī)的種類繁多，可從不同角度對(duì)去類型進(jìn)行劃分。 1 根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)類型劃分 根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動(dòng)，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓傳動(dòng)兩種。 若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則成為全液壓傳動(dòng)挖掘機(jī)。若 液壓挖掘機(jī)中的某一個(gè)機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)，則成為非全液壓傳動(dòng)挖掘機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，這種 區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機(jī)構(gòu)上。對(duì)液壓挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)，工作裝置及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須是液壓傳動(dòng)， 只有行走機(jī)構(gòu)有的是液壓傳動(dòng)，有的為機(jī)械傳動(dòng)。 2 根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型分類劃分 根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式，輪胎

35、式，汽車式，懸掛式及拖式。 履帶式液壓挖掘機(jī)應(yīng)用最廣，在任何路面行走均為良好的通過(guò)性，對(duì)土壤有足夠的附著 力，接地比壓小，作業(yè)時(shí)不需要支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的挖掘 機(jī)，還可通過(guò)加寬和加長(zhǎng)履帶來(lái)降低接地比壓。為防止對(duì)路面的碾壓破壞，有些液壓挖掘 機(jī)還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機(jī)多為全液壓傳動(dòng)。 輪胎式液壓挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，可在多中路面通行的特點(diǎn)。近年來(lái)，輪 胎式挖掘機(jī)的生產(chǎn)日漸增長(zhǎng)。這種挖掘機(jī)一般都是四點(diǎn)的，但也有三點(diǎn)的，它將前輪距縮 小為一個(gè)支點(diǎn)，與后輪形成三點(diǎn)支承。這種形式不需要在前軸上采用平衡懸掛，簡(jiǎn)化了前 橋結(jié)構(gòu)，減小了機(jī)器的轉(zhuǎn)彎半徑，提

36、高了機(jī)動(dòng)性。目前，輪胎式液壓挖掘機(jī)的行走部分多 數(shù)采用機(jī)械傳動(dòng)和單獨(dú)液壓馬達(dá)的集中傳動(dòng)。 懸掛式液壓挖掘機(jī)是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機(jī)上，可達(dá)到一機(jī)多用的 16 目的。這種挖掘機(jī)拆卸方便，成本低廉。 汽車式液壓挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車底盤(pán)，速度快，機(jī)動(dòng)性好。 拖式液壓挖掘機(jī)沒(méi)有行走傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，行走時(shí)由拖拉機(jī)牽引。 3.根據(jù)工作裝置劃分 根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)的不同，可分為鏈接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鏈接式工作裝置應(yīng)用較為 普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成動(dòng)作。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)臂由 住臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂內(nèi)伸縮，還可以邊幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn) 行平整和清理作業(yè)

37、，尤其是修整溝坡 1.4 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)在動(dòng)力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，即靠液體的壓力能進(jìn) 行工作，液壓傳動(dòng)也機(jī)械傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn) 能無(wú)級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá) 1000：1。 能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達(dá) 1r/min。 快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)。例如電動(dòng)機(jī) 在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩比其平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力大 50%，而液壓馬達(dá)則不大于 5%，加速中等 功率電動(dòng)機(jī)需 1s，而加速液壓馬達(dá)只需 0.1s。 傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

38、化控制。 易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化、通用化。 基于液壓傳動(dòng)的上述優(yōu)點(diǎn)，液壓挖掘機(jī)與機(jī)械挖掘機(jī)相比，具有下列主要特點(diǎn)。 大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大，牽引力大，機(jī)器重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)，作 業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)械挖掘機(jī)相比，挖掘力約高 30%，例如 1.0 立 方米液壓挖掘機(jī)鏟斗挖掘力為 120.150KN，而同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)只有 100KN 左右。 挖掘機(jī)在工作的時(shí)候的主要?jiǎng)幼靼ㄐ凶?、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動(dòng)作，其中動(dòng) 作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)動(dòng)作。這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度一般不高，而所需的作 用力卻很大，要求在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)變速或轉(zhuǎn)向來(lái)完成各種復(fù)雜動(dòng)作。機(jī)械挖掘機(jī)

39、在完成上 述運(yùn)動(dòng)，需通過(guò)摩擦離合器，減速器，制動(dòng)器，逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，提升和推壓機(jī)構(gòu)等配合來(lái)完成。 因此，機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖 掘機(jī)則不需要龐大和復(fù)雜的中間傳動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化， 液壓挖掘機(jī)的質(zhì)量大約比相同斗容量的機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)輕 30%，不僅節(jié)省了材料，而且降 低了接地比壓。液壓挖掘機(jī)上的各種液壓元件相對(duì)獨(dú)立布置，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，外型美觀， 同時(shí)，也易于改進(jìn)和變型。 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有防止過(guò)載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡(jiǎn)便。由于可采 用液壓先導(dǎo)控制，無(wú)論驅(qū)動(dòng)功率有多大，操縱均很靈活、省力，司機(jī)的工作條件得到改善

40、。 更換工作裝置時(shí)，由于不牽連轉(zhuǎn)臺(tái)上部的其他結(jié)構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機(jī)械式挖 掘機(jī)則受到提升機(jī)構(gòu)和推壓機(jī)構(gòu)的牽連和限制。 由于液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)普遍采用了以微處理器為核 心的電子控制單元，使發(fā)動(dòng)機(jī)，液壓泵，控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配的狀態(tài)下工作，以 實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高工作效率，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步 提高質(zhì)量和降低成本。 17 第二章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 2.1 挖掘機(jī)選型 液壓挖掘機(jī)常用的有反鏟、正鏟、裝載、抓斗和起重裝置等。 挖掘機(jī)的行走裝置形式有：履帶式、輪胎式、

41、汽車式、步行式、軌道式、托式等。 履帶式與輪胎式采用廣泛。選用履帶式。 正鏟的工作特點(diǎn)： 1.1.具有足夠大的起升力和推壓力，推壓運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)，能用于各級(jí)土壤（除和級(jí) 土壤先爆破） 。 2.2.正鏟挖掘機(jī)廣泛的用于建筑和采礦等工業(yè)，用來(lái)進(jìn)行各種建筑工作中的土方工作，如 掘掉高地，挖掘基坑，還用來(lái)做剝離工作和采掘工作。 3.3.挖掘時(shí)，動(dòng)臂傾斜角度不變，斗桿及鏟斗作推壓運(yùn)動(dòng)造成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。 4.4.動(dòng)臂總是向上傾斜的，高于挖掘機(jī)的停機(jī)面，挖掘土壤是依靠斗柄轉(zhuǎn)動(dòng)以及四連桿機(jī) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)，由于這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在一般的動(dòng)臂和斗柄尺寸下，不宜于挖掘低于停機(jī)面的 掌子-工作對(duì)象，而適用于挖掘高于停機(jī)面得掌

42、子，所以，正鏟挖掘機(jī)總是在掌 子底部運(yùn)行的。在地下水位較高的掌子中，工作有困難。 反鏟的工作特點(diǎn)： 1.1. 斗中的土壤可以卸到掌子頂部（機(jī)停機(jī)平面上） ，也可以卸到掌子底部，如果要卸載到 車輛中，必須要把斗升到較大的高度，不太適宜。 2.2. 反鏟能造成足夠的切削力，可以用來(lái)挖掘輕級(jí)、中級(jí)和重級(jí)的土壤（重級(jí)的土壤必須 先爆破） 。 3.3. 反鏟挖掘機(jī)廣泛的用于建筑工程和軍事工程等方面，用來(lái)挖掘基坑、溝、水渠等。也 就是挖掘低于停機(jī)面的土壤。 4.4. 挖掘時(shí)，動(dòng)臂逐漸向下傾斜，斗桿下端斗向下并向機(jī)體運(yùn)動(dòng)。因此，反鏟只宜挖掘機(jī) 體平面以下的土壤，挖掘機(jī)是沿著掌子頂部邊緣運(yùn)行的。 5.5. 斗

43、桿用銷固定在動(dòng)臂端部，挖掘時(shí)，依靠鏟斗液壓缸，斗桿液壓缸聯(lián)合動(dòng)作。同時(shí)， 動(dòng)臂也不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，改變傾斜角，這兩種運(yùn)動(dòng)造成斗的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。 設(shè)計(jì)的目的主要用于路面維護(hù)，所以選用反鏟裝置。 18 表 2-1 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)表 機(jī) 構(gòu) 組 成 鏟斗 斗桿動(dòng)臂機(jī)體 參數(shù) 分類 符 號(hào) 意 義 QV l 3 MH l 12 FQ l 2 EF l 9 CF l 1 CD l 6 CP l 4 CA l 5 MN l 13 HN l 14 FG l 10 EG l 11 CB l 7 DF l 8 CI l 17 CT l 19 QK l 24 KV l 25 GN l 15 FN l 16 BF

44、l 22 CS l 30 JT l 38 原始 參數(shù) KH l 29 NQ l 21 JI l 39 指導(dǎo) 參數(shù) KQV NMH 10 9 NFQ NQF GFN GNF EFG 8 7 6 5 4 DFC BCF 3 2 TCP CAP 12 11 l l l K2 9 2 5 、 l l l l l K CZF 5 7 1 1 41 42 3 、 特性 參數(shù) l l l K3 3 24 2 、 llK 211 11 備 注 斗桿長(zhǎng) l2 動(dòng)臂彎角 動(dòng)臂長(zhǎng) 1 1l 懸掛式ACU 11 19 2.2 挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)選定執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)選定

45、最大挖掘深度 3.2 米 K H 最大挖掘半徑 3.6 米 K R 最大卸載高度 3.0 米 B H 最大挖掘高度 2.5 米 D H 動(dòng)臂鉸點(diǎn)距回轉(zhuǎn)中心 0.2 米 30 L 動(dòng)臂鉸點(diǎn)距地垂直距離 0.4 米D 最大傾角 60 ch a 在大仰角 62.8 cb a 最大挖掘力 10.5MPa 最大挖掘力液壓系統(tǒng)工作壓力 16Mpa 鏟斗鉸點(diǎn)到齒尖 V 距離 0.45 米 30 L 鏟斗上兩銷軸孔距=QK =0.2 米 24 L 以上參數(shù)參考國(guó)內(nèi)同類或相似機(jī)械，并參考國(guó)外 BROKK 系列擬定。 最大挖掘深度 K H 20 圖 2-1 最大挖掘深度 當(dāng)下置式動(dòng)臂油缸全縮或懸掛式動(dòng)臂油缸全伸時(shí)

46、，滿足最大挖掘深度的約 束 函數(shù)為： （2-1）0)( 32min1 HllYhKF x 21 最大挖掘半徑最大挖掘半徑RK 圖 2-1 最大挖掘半徑 當(dāng)斗齒尖 V 和鉸點(diǎn) C 同在一條、水平線上，即=時(shí)，得到最大挖掘半徑的約 YCYV 束函數(shù)為： =0 （2-3） RaaallRXhKKV COS)( 36342137303 同時(shí)有 ， ll l 21 23 1 321 37 2 注 lll l 由參數(shù)約束函數(shù)的以下方程組： )3()()(95 . 0 )2()(95 . 0 ) 1 ( 1 321 30321 32 lHll llllR Hll Sin l DFCQSin D BCH K

47、K C 把已知參數(shù)代入得 12 k12 12 . sin60 + +0.45=3.2+0.4 4 R =0.95( + +0.45)+0.2 5 0.95( + )sin()3.00.40.45 6ch ll ll llafcq （4） 、 （5）聯(lián)立得，圓整取 1.4m.11.38lm , 圓整取 1.6 m21.56301lm 由公式 ll l 21 23 1 22 COS= ab cba 2 222 -對(duì)國(guó)內(nèi)外以有挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，可采用 =0.95 參考國(guó)外工程機(jī)械1984 年 16 。 12 P2726 求的最大卸載高度工況下，F(xiàn)CQ=,圓整取. 8356.19 0 20 0 代入

48、（6）求得最大仰角 62.8cba 最大卸載高度最大卸載高度H B 當(dāng)下置式動(dòng)臂油缸全伸或懸掛式動(dòng)臂油缸全縮時(shí)，QV 連線處于垂直狀態(tài)時(shí)，滿足最大卸載 高度的函數(shù)為： - lYh A X 52 )( 111 SinSin la Max1 alaa Sin max322211 () - ） =0 Max1 aaa 2118HlB 3 圖 2-2 最大卸載高度 23 最大挖掘深度最大挖掘深度H K 當(dāng)下置式動(dòng)臂油缸全縮或懸掛式動(dòng)臂油缸全伸時(shí)，滿足最大挖掘深度的約束函數(shù)為： 0)( 32min1 HllYhKF x 圖 2-3 最大挖掘深度 2.2.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸的布置方案雖

49、多，但大多數(shù)反鏟還是把動(dòng)臂液壓缸置于動(dòng)臂的下前方。 根據(jù)動(dòng)臂液壓缸全伸、動(dòng)臂處于上極限位置時(shí)液壓缸軸線對(duì)垂直線的關(guān)系，可有前傾 式和后傾式兩種。當(dāng)液壓缸長(zhǎng)度 AB、工作裝置長(zhǎng)度鏟斗最大提升高度和最 lll 321 、 HK 大挖掘半徑相同時(shí)，后傾式方案的最大挖掘深度比前傾式的小。后傾式方案中動(dòng)臂的 RK 24 BF 段往往比前傾式的長(zhǎng)，動(dòng)臂受到的彎矩會(huì)加大，著都是不利的方面，但后傾式方案中 C、A 之間的距離較前傾式大，動(dòng)臂在上下兩極限位置時(shí)液壓缸的作用力臂 e 也往往較大， 所以在液壓缸作用力相同時(shí)后傾式方案有較大的作用力矩。 圖 2-5 動(dòng)臂缸前傾式 采用彎臂能增加挖掘深度，但降低了卸載高

50、度，動(dòng)臂的彎角一般可取為 1120 0 。彎角太小會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利。彎臂轉(zhuǎn)折出的長(zhǎng)度比，初步設(shè)計(jì)時(shí) 140 0 ZC ZF K 3 可以取=1.41.6 或 ZC K3 l7 25 用于計(jì)算動(dòng)臂兩段的長(zhǎng)度 利用公式 COS （2-7） ll lll 227 2 1 2 22 2 7 2 取0.8 11.4lm4 . 0 7 l 經(jīng)過(guò)試取分析當(dāng)m 得6 . 0 7 l m l 7 . 0 22 滿足=1.41.6 此調(diào)整為 1.427m k3l1 ECF 34 0 不論前傾式還是后傾式方案，當(dāng) C、A 兩點(diǎn)位置和 CB 長(zhǎng)度不變時(shí)，增加液壓缸的長(zhǎng)度可以 加大動(dòng)臂仰角，從而增大了斗的提升高度，但

51、動(dòng)臂俯角則受加長(zhǎng)液壓缸位置的限制而可能 會(huì)減小，使挖掘深度受到影響。如果將液壓缸鉸點(diǎn)設(shè)置在缸 體中部，縮短 AB 距離，上述情況能得到改善，但在結(jié)構(gòu)布置上會(huì)帶來(lái)困難，實(shí)際未見(jiàn)推廣 26 應(yīng)用。討論 AC 距離和 AC 對(duì)水平的傾角對(duì)于液壓缸作用力臂、轉(zhuǎn)角范圍的影響。 動(dòng)臂液壓缸的作用力動(dòng)臂液壓缸的作用力 動(dòng)臂液壓缸應(yīng)保證反鏟作業(yè)過(guò)程中在任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的工作裝置到達(dá)最 高和最遠(yuǎn)的位置，可選用三個(gè)計(jì)算位置： 1.1. 從最大挖掘深度出提起滿載斗。 2.2. =最大挖掘半徑時(shí)舉起滿載斗。 3.3. 最大卸載高度時(shí)提起滿載斗。 （2-8） erGrG p itt i ii / )( 6

52、 1 1 -工作裝置各構(gòu)件的重量。 Gi -斗內(nèi)土重，=（1.61.8）q。 GtGt -各構(gòu)件及斗內(nèi)土壤重心到 C 點(diǎn)的力臂。 rrti和 -動(dòng)臂液壓缸作用力對(duì) C 點(diǎn)的力臂。 e1 （2-9）) 2 ( 57 2 1 2 7 2 51 1 75 1 1 75 1 ll Lll L ll L ll e CosSinSin 由于目前尚沒(méi)有斗容 q0.1的裝置的構(gòu)件質(zhì)量可供參考，這里選國(guó)外幾種斗容 0.1 m 3 的，然后作適當(dāng)修正。 m 3 動(dòng)臂 0.1t 斗桿 0.04t G1G2 鏟斗 0.05t 斗桿缸 0.02t G3G4 鏟斗缸 0.03t 連桿搖桿 0.015t G5G6 動(dòng)臂缸

53、0.03t 斗內(nèi)土重 0.0972t G7Gt 用于油缸下部鉸接與油缸力臂分析用于油缸下部鉸接與油缸力臂分析 通過(guò)計(jì)算比較 A 在 8 點(diǎn)時(shí)=0.2663m63.26 5 l 27 m lMin 45 . 0 1 m lMax 82 . 0 1 713.55 0 11 此時(shí)求得最大仰角為、最大俯角為 51 0 45 0 動(dòng)臂液壓缸行程 0.37m。 分析動(dòng)臂鉸點(diǎn)與力臂關(guān)系分析動(dòng)臂鉸點(diǎn)與力臂關(guān)系 28 圖 2-8 動(dòng)臂鉸點(diǎn) 在以 A 為圓心、為半徑的圓弧上選擇了若干個(gè)動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置、 l5CC 10、C2C3C 0 。其中和為兩個(gè)邊界點(diǎn)（死點(diǎn)） ，此時(shí)動(dòng)臂液壓缸的作用力臂為零。鉸點(diǎn) C 在兩邊 C

54、0C 0 界點(diǎn)之間變動(dòng)時(shí)，先使動(dòng)臂擺角變小，然后又增大，而液壓缸的作用力臂總大于零。 Max 專用反鏟要求地面以下挖掘時(shí)動(dòng)臂液壓缸能有足夠的閉鎖力矩，在區(qū)段，以反鏟為 CC 20 主的通用型挖掘機(jī)要適當(dāng)顧及其它換用裝置（如正鏟、起重等） ，要求在地面以上作業(yè)時(shí)能 有足夠的提升力矩，對(duì)于通用液壓挖掘機(jī)，鉸點(diǎn)通常設(shè)置在點(diǎn)附近 C2 現(xiàn)假設(shè) C 點(diǎn)固定，試選 A 點(diǎn)，作圖比較多種方案。 29 最大挖深工況最大挖深工況 根據(jù)圖 2-3 測(cè)量得 45=0.45m L * 1 0 37.44BCA mcmBCASine L ll 2483 . 0 829.24 * 1 75 最大挖掘半徑工況最大挖掘半徑工

55、況 根據(jù)圖 2-1 測(cè)量得 m L 75 . 0 * 1 0 71.115ACB mACBSine L ll 192 . 0 195.19 * 1 57 G 為重力 rGTiii mKN T 5 . 05 . 01 1 mKN T 66 . 0 65 . 1 4 . 0 2 0.972）2.15535=3.172652 5 . 0 33 （）（ rGGTtt mKN 13 . 0 65 . 0 2 . 0 4 T mKN 495 . 0 65 . 1 3 . 0 5 T mKN 3233025 . 0 15535 . 2 15 . 0 6 T mKN 091782 . 0 30594 . 0

56、3 . 0 7 T mKN 8727597 . 5 7 1 1 i iTe PmKN P=27.99041261KN 最大卸載高度工況最大卸載高度工況 根據(jù)圖 2-2 測(cè)量得 m L 82 . 0 * 1 0 73.140BCA 30 m l 2663 . 0 5 mBCASine L l l 12334 . 0 82 . 0 60 . 0 2663 . 0 7 1 5 G 為重力 rGTiii mKMCOS mKM mKM mKM mKM mKM mKM T T T T rGGT T T it 03 . 0 10 . 0 3 . 082 . 0 2 1 15 . 0 3 . 0 27974

57、. 0 86492 . 1 15 . 0 382746 . 0 27582 . 1 3 . 0 0739 . 0 36951 . 0 2 . 0 2 63442 . 0 0523 . 0 2 . 0 31932 . 2 57562 . 1 5 . 0972 . 0 5104 . 0 27582 . 1 4 . 0 2 1782 . 1 63442 . 0 0532 . 0 4 . 0 34336 . 0 34336 . 0 1 83 0 7 6 5 4 33 2 1 ）（ ）（ ）（）（ ）（ mKMP i i i i e T Te p 94.31 7 11 7 1 1 1 通過(guò)計(jì)算比較以上三

58、種工況下，動(dòng)臂液壓缸滿足工作要求所需的最小推力為 31.94KN，圓 整為 32KN， 2.2.3 斗桿液壓缸的作用力 斗桿油缸的理論推力： （2-10） r r P pOG 6 5 2 力臂值、 斗桿油缸的理論推力 rr P 65 2 對(duì)于已定工作裝置的函數(shù)，因此的二元函數(shù)。 LrLr3625 是的函數(shù)，是 LLPOG32和 是 當(dāng)時(shí)，可以得到的最大值，但在這一位置用斗桿油缸 LLlrMaX EF 3395 ，且 POG 31 挖掘已無(wú)實(shí)際意義，因?yàn)槎繁趯⑾扔诙俘X與土壤接觸。 r r PPOG 5 6 2 參考同類型機(jī)械選定斗桿油缸理論挖掘力為 9KN m r 75 . 1 6 m r 15

59、 . 0 5 KN P 5 . 10 15 . 0 75 . 1 9 2 圖 2-13 斗桿挖掘 2.2.4 鏟斗連桿設(shè)計(jì) 反鏟鏟斗機(jī)構(gòu)有四連桿的，也有六連桿的，此次選用四連桿. 1）鏟斗在挖掘過(guò)程中的轉(zhuǎn)角大致為，為了要滿足開(kāi)挖和最后卸載及運(yùn)輸狀 90 0 110 0 態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到如圖 所示，設(shè)時(shí)斗齒 150 0 180 0 LLMin33 尖為，則可能在 FQ 延長(zhǎng)線上，或在其上側(cè)（此時(shí)Q為鏟斗仰 V0V00 0 30 0 V 0V1 角） ，在個(gè)別情況下，例如為了適應(yīng)挖掘深溝及垂直側(cè)壁的作業(yè)要求，不使斗底先于斗齒接 觸土壤，常采用大仰角機(jī)構(gòu)，這時(shí)仰角可能達(dá)到，總轉(zhuǎn)角必須

60、選 VV Q 10 25 0 45 0 擇恰當(dāng)，不宜過(guò)大，一般在之間，還應(yīng)避免當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸全伸時(shí)斗齒尖碰 150 0 180 0 撞斗桿下緣的現(xiàn)象， 當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前壁與動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于 10。 32 2）從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置的角度對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)的要求： 在四連桿機(jī)構(gòu)中，桿 Qk 和桿 HK 只能作同向旋轉(zhuǎn)，因此桿 KH 起始位置不能位于桿 QK 的延 長(zhǎng)線上或右側(cè)，若不使 N、H、K 三點(diǎn)成直線另外，為使曲柄搖桿機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)， G、M、N 三點(diǎn)不能共線。在任何瞬間各構(gòu)件之間都不應(yīng)有干涉、碰撞現(xiàn)象。 液壓缸全伸和全縮長(zhǎng)度之比應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)，全行程中機(jī)構(gòu)都不應(yīng)出現(xiàn)死點(diǎn)， l3 且傳動(dòng)角應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)。 鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn) K 與 V 的間距太大將影響鏟斗機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性，太小將影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度， l24 一般取特性參數(shù)=0.