畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-大型液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、[鍵入文字] 大型液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要產(chǎn)品，能夠減輕人類體力勞動，提高施工機(jī)械水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)的事業(yè)發(fā)展。廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代軍事工程。通過現(xiàn)代的工程機(jī)械設(shè)計(jì)方法，從挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)到局部設(shè)計(jì)，挖掘機(jī)的性能和安全可靠性都得到了不斷提高。而最近幾年，各地對液壓挖掘機(jī)的需求量日益增加，因此研究挖掘機(jī)具有現(xiàn)實(shí)意義。 本液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了22t級的中型履帶式液壓挖掘機(jī)，從參考市場上同等重量級的挖掘機(jī)的主要參數(shù)并進(jìn)行對比，從而確定本機(jī)的主要參數(shù)，并對各部件及配套件類型進(jìn)行選擇和繪制了整機(jī)圖，對工作裝置進(jìn)行了尺寸

2、設(shè)計(jì)并進(jìn)行裝配圖紙的繪制以及動臂、斗桿、鏟斗各焊接件的繪制；對回轉(zhuǎn)部分進(jìn)行了回轉(zhuǎn)支承以及回轉(zhuǎn)減速機(jī)總成進(jìn)行了計(jì)算選型；履帶行走裝置的布形式采用典型的四輪一帶結(jié)構(gòu)，對各個(gè)部件進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì)計(jì)算并繪制了行走裝置裝配圖，最后對整體液壓系統(tǒng)中的一些回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對各液壓元件做了選型計(jì)算和液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算。 關(guān)鍵詞：挖掘機(jī) ；工作裝置 ；行走裝置 ；液壓 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 Structure design of large hydraulic excavator Abstract In Hydraulic excavator as e

3、ngineering machinery is one of important products, to ease human physical labor, improve the level of construction machinery, speed up the construction progress and promote the construction of career development. Widely used in transportation, water conservancy construction, open mining and modern m

4、ilitary project. Through the modern engineering machinery design method, the general design of the excavator to local design, performance and the safety reliability of excavators have been continuously improve. So in recent years, the demand for all hydraulic excavator has increased, so the excavato

5、rs have realistic meanings. This hydraulic excavator design main design the 22 t the medium level hydraulic excavator, from the reference to the market on the same heavyweight of the main parameters of the excavator and are compared, so as to determine the machine's main parameters, and of parts an

6、d accessories type selection and draw the machine figure, to work equipment design and the assembly drawing size drawing the arm, and a bucket of welding rod, the drawing; Turning to part the rotary bearing and rotary speed reducer assembly is calculated selection; Track the cloth by walking device

7、form typical four-wheel area structure, to each parts by the selection and design calculation and map the walk device assembly drawing; and finally to the whole hydraulic system design of the hydraulic components made selection of hydraulic calculation and overall system performance analysis, and to

8、 draw the hydraulic system diagram. Key words：Excavator ; Work Device ; Walk Device ; Hydraulic 目錄 第1章 緒論 2 1.1研究背景 2 1.1.1挖掘機(jī)概述 2 1.1.2 挖掘機(jī)的分類 2 1.2國內(nèi)外挖掘機(jī)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 3 1.3 研究意義 6 1.4 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 7 第2章 液壓挖掘機(jī)整體設(shè)計(jì) 8 2.1總體設(shè)計(jì)中部件及配套件類型的選擇 8 2.1.1 工作裝置 8 2.1.2 回轉(zhuǎn)裝置 8 2.3.3 行走裝置 8 2.1.4 液壓系統(tǒng) 9 2.1.5

9、 動力裝置 9 2.2 挖掘機(jī)主要參數(shù)確定 10 2.2.1 挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定方法 10 第3章 工作裝置設(shè)計(jì) 14 3.1工作裝置總體方案的選擇 14 3.1.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu) 14 3.1.2動臂和斗桿結(jié)構(gòu)形式的選取 15 3.2工作裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定 16 3.2.1 動臂機(jī)構(gòu) 17 3.2.2 斗桿機(jī)構(gòu) 20 3.2.3鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 21 3.2.4最大卸載高度、最大挖掘深度和停機(jī)面最大挖掘半徑的計(jì)算 24 第4章 回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì) 26 4.1回轉(zhuǎn)支撐裝置類型的選擇 26 4.1.1 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式 26 4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動裝置 31

10、 4.2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 32 4.2.2 回轉(zhuǎn)減速器 33 第5章 行走裝置設(shè)計(jì) 35 5.1 行走裝置選型 35 5.2 行走裝置的設(shè)計(jì) 36 5.2.1 履帶的設(shè)計(jì) 36 5.2.2驅(qū)動輪的設(shè)計(jì) 40 5.2.3托輪的設(shè)計(jì) 42 5.2.4導(dǎo)向輪及張緊裝置的設(shè)計(jì) 43 5.2.5行走減速機(jī)、臺車架、底架的設(shè)計(jì) 46 第6章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 47 6.1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 47 6.1.1液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 47 6.1.2工作裝置液壓系統(tǒng)的基本回路分析 48 6.1.3 挖掘機(jī)的功用和對液壓系統(tǒng)的要求 52 6.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)

11、計(jì) 52 6.2.1 制定基本方案 52 6.2.2 確定回路方式 54 6.2.3 選用液壓油液 54 6.2.4變量泵驅(qū)動系統(tǒng)計(jì)算 55 6.3液壓元件的選用 59 6.3.1 泵的選用 59 6.3.2 液壓閥的選用 59 6.3.3 輔助元件的選用 60 6.4液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 61 6.4.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 61 6.4.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升 62 總 結(jié) 64 參考文獻(xiàn) 65 第1章 緒論 1.1研究背景 1.1.1挖掘機(jī)概述 挖掘機(jī)，又稱挖掘機(jī)械，是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料，并裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場的土方機(jī)械。挖

12、掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。從近幾年工程機(jī)械的發(fā)展來看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對較快，而挖掘機(jī)作為工程建設(shè)中最主要的工程機(jī)械機(jī)型之一，其正確的選型也就顯得更為重要。 常見的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)包括，動力裝置，工作裝置，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)施等。 　　從外觀上看，挖掘機(jī)由工作裝置，上部轉(zhuǎn)臺，行走機(jī)構(gòu)三部分組成。 根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復(fù)式

13、雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機(jī)具。 　　回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺上部設(shè)有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)是挖掘機(jī)的動力源，大多采用柴油要在方便的場地， 也可改用電動機(jī)。 傳動機(jī)構(gòu)通過液壓泵將發(fā)動機(jī)的動力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業(yè)。 1.1.2 挖掘機(jī)的分類 1.按驅(qū)動方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動挖掘機(jī)和電力驅(qū)動挖掘機(jī)兩種。其中電動挖掘機(jī)主要應(yīng)用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場所。 　　2.按照行走方式的不同，挖掘機(jī)可分為履帶式挖

14、掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)。 　　3.按照傳動方式的不同，挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。機(jī)械挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。 　　4.按照用途來分，挖掘機(jī)又可以分為通用挖掘機(jī)，礦用挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)，特種挖掘機(jī)等不同的類別。 71 5.按照鏟斗來分，挖掘機(jī)又可以分為正鏟挖掘機(jī)、反鏟挖掘機(jī)拉鏟挖掘機(jī)和抓鏟挖掘機(jī)。正鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以上的物料，反鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以下的物料。 本課題主要研究液壓反鏟斗式挖掘機(jī)，反鏟式是我們見過最常見的，向后向下，強(qiáng)制切土?？梢杂糜谕C(jī)作業(yè)面以下的挖掘，基本作業(yè)方式有：溝端挖掘、溝側(cè)挖掘、直線挖掘、曲線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖掘和溝坡挖掘等

15、。 圖1.1液壓反鏟斗市挖掘機(jī)工作裝置的組成 1.2國內(nèi)外挖掘機(jī)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 第一臺手動挖掘機(jī)問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動半回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)，應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)40年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，`20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)，初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從20世紀(jì)60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國

16、挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968～1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150 m3的剝離用挖掘機(jī)，斗容量132 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E(布比賽路斯一伊利)公司生產(chǎn)的斗容量168.2 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107 m3的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和

17、自動化的方向發(fā)展。 我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺斗容量為1m3的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)階段。改革開放以來，積極引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)我國挖掘機(jī)的發(fā)展。 業(yè)內(nèi)人士指出，我國單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展;斗容量宜控制在0.1-15 m3;而對于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝配精度要求高，施工現(xiàn)場維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運(yùn)用電液控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動化。 挖掘機(jī)不斷更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代

18、傳統(tǒng)的無限壽命設(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)控制的電液伺服疲勞試驗(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)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。 可見，國外挖掘機(jī)是不斷的進(jìn)行著創(chuàng)新和發(fā)展。我想未來挖掘機(jī)的發(fā)展完全就是取決于我們的技術(shù)的提高，設(shè)計(jì)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)者素質(zhì)的不斷提高?？傊覀兊耐诰驒C(jī)會不斷的往前發(fā)展的。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)40年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)， 20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于

19、挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從20世紀(jì)60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968～1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150 m3的剝離用挖掘機(jī)，斗容量132 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E(布比賽路斯一伊利)公司生產(chǎn)的斗容量168.2 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107

20、m3的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。 從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。 1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25 m3以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量僅0.01 m3。另外，數(shù)量最多的中、小型挖掘機(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、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低噪聲、水

21、下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。 2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好前提。 3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯一貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安

22、裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費(fèi)。還安裝了CAPS(計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng))，提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助的功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機(jī)功率和液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱(O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO(電子控制作業(yè))的操縱裝置，可根

23、據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114T型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在DH280型挖掘機(jī)上采用了EPOS——電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機(jī)因過載而熄火。 4)更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將

24、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)控制的電液伺服疲勞試驗(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)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定l了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%～95%，使用壽命超過1萬小時(shí)。 5)加強(qiáng)對駕駛員的勞動保護(hù)，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)

25、結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 6)進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)用增大流量來補(bǔ)償，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量(降低速度)，使挖掘力成倍增加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不影響的獨(dú)立工作運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速運(yùn)動。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 7)迅速拓展電子化、

26、自動化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動控制技術(shù)。隨著對挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電液一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀(jì)80年代，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、傳感器和檢測儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘上設(shè)有發(fā)動機(jī)自動怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)

27、等電控系統(tǒng)。 1.3 研究意義 挖掘機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多行業(yè)被廣泛地采用，如工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利電氣工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等等行業(yè)的機(jī)械化施工中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般工程施工中約有60%的土方量、露天礦山中80%的剝離量和采掘量是用挖掘機(jī)完成的。而最近幾年，各地對液壓挖掘機(jī)的需求量日益增加，液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是不可回避的事實(shí)。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入和在建設(shè)中挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，挖掘機(jī)市場有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國國情所需要的液壓挖掘機(jī)是十分必要的，對液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究是迫在眉睫的。而反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，國

28、內(nèi)外對其運(yùn)動分析、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都作了較深入的研究，具體的設(shè)計(jì)特別是中型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于成熟。筆者的設(shè)計(jì)知識和水平有限，進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)是為對挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)有一些大體的認(rèn)識，鞏固所學(xué)的知識和提高設(shè)計(jì)能力。 1.4 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的有關(guān)要求，應(yīng)在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)工作，總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下： 1）分析和擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書，確定設(shè)計(jì)思想和原則，并提出整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想； 2)液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)的確定； 3)液壓挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案確定； 4)各主要機(jī)構(gòu)作用力等分析計(jì)算； 5)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 通過總體設(shè)計(jì)

29、對所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)做出初步的全面規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體草圖等，為進(jìn)一步、分析計(jì)算提供依據(jù)。 第2章 液壓挖掘機(jī)整體設(shè)計(jì) 第2章 液壓挖掘機(jī)整體設(shè)計(jì) 2.1總體設(shè)計(jì)中部件及配套件類型的選擇 液壓挖掘機(jī)各部件及配套總成的類型和參數(shù)對整機(jī)的性能、制造成本和使用壽命影響都很大，在總體設(shè)計(jì)中應(yīng)全面分析、合理選擇。 2.1.1 工作裝置 工作裝置主要有反鏟、正鏟、裝載、抓鏟等裝置。反鏟裝置因具有以下優(yōu)勢而成為挖掘作業(yè)最常用的工作裝置。 1.適用于停機(jī)面下方作業(yè)，這是一種較安全的作業(yè)方式，大多數(shù)的土方作業(yè)屬于此類。 斗齒的挖掘力方向向下，有利于合理利用整機(jī)

30、和工作裝置的自重。 作業(yè)區(qū)在下方，有利于司機(jī)的作業(yè)掌握。 2.挖掘和卸料視野面向司機(jī)，有利于監(jiān)控。 3.地面平推距離較大。 4.與運(yùn)輸車在同一停機(jī)面高度，有利于裝車卸土。 5.在卸土高度轉(zhuǎn)斗卸土?xí)r落料較平穩(wěn)，鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，有利于卸凈。 6.液壓缸和管路主要布置在工作結(jié)構(gòu)件上方，有利于得到保護(hù)。 綜合以上優(yōu)勢，結(jié)合本機(jī)的作業(yè)類型選擇反鏟工作裝置。 2.1.2 回轉(zhuǎn)裝置 回轉(zhuǎn)裝置包括回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)傳動裝置。回轉(zhuǎn)支承分為單排球式、雙排球式、單排交叉滾柱式和三排滾柱式等類型。單排球式回轉(zhuǎn)支承相對于單排交叉滾柱回轉(zhuǎn)支承和雙排球式回轉(zhuǎn)支承具有較大的靜容量、較小的滾道接觸敏感性和

31、較小的摩擦力矩，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾覆力矩，適用于中型液壓挖掘機(jī)，本挖掘機(jī)采用單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承。 回轉(zhuǎn)傳動裝置的結(jié)構(gòu)形式分高速方案和低速方案兩種。高速方案指采用每轉(zhuǎn)排量較小、轉(zhuǎn)速高的液壓馬達(dá)，經(jīng)行星齒輪減速器減速增大扭矩后與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈嚙合，推動平臺旋轉(zhuǎn)。低速方案則采用較大排量的低速大扭矩液壓馬達(dá)直接與回轉(zhuǎn)支承齒圈嚙合，推動平臺旋轉(zhuǎn)。 2.3.3 行走裝置 目前，液壓挖掘機(jī)的行走裝置主要有履帶式、輪胎式和步履式等幾種形式。 履帶式行走裝置接地比壓下、附著系數(shù)大，因具有越野性能好、牽引力和爬坡能力大、可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向等優(yōu)點(diǎn)，特別適用與液壓挖掘機(jī)的作

32、業(yè)場地工況，已成為最常采用的行走裝置。履帶行走裝置的缺點(diǎn)是履刺對路面有損傷，遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)運(yùn)必須采取拖車，行走速度慢，傳動效率低。本機(jī)采用履帶式行走裝置。 2.1.4 液壓系統(tǒng) 1.高壓系統(tǒng) 隨著元件和密封件的改進(jìn)及軟管耐壓性能的提高，近代液壓挖掘機(jī)普遍采用32MPa以上的高壓系統(tǒng)，以達(dá)到減少液壓件體積和重量，增加力和功率的目的。高壓系統(tǒng)普遍采用斜盤式和斜軸式軸向柱塞泵。斜盤式的有點(diǎn)是可軸向串聯(lián)雙泵和附加泵，徑向尺寸小，串接方便；缺點(diǎn)是缸壁在側(cè)向分力的作用下對液壓油污染而引起磨損較敏感，滑靴與斜盤有脫離傾向，須在系中有背壓等。 2.變量系統(tǒng) 為了調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度或在負(fù)載變化時(shí)隨機(jī)改變運(yùn)

33、動速度，以充分 利用發(fā)動機(jī)功率，在液壓挖掘機(jī)上大多采用變量泵。變量泵一般是通過變量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)軸向柱塞泵的擺角來改變泵的排量。調(diào)節(jié)器的輸入信號由負(fù)載或操作指令來控制。 為了防止多執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)交合動作時(shí)并聯(lián)油路之間相互干擾，液壓挖掘機(jī)普遍采用雙泵雙回路系統(tǒng)，主泵為變量雙泵。為了適應(yīng)工況、提高功效，各液壓配套廠開發(fā)了種類繁多、功能完善的變量控制機(jī)構(gòu)，本機(jī)采用的變量控制為負(fù)流量控制，其控制方式和特點(diǎn)為：負(fù)流量控制是指在多路閥上的回油路上設(shè)有一只節(jié)流測流閥，將主閥液壓油流經(jīng)多路閥而未進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的多余回油在節(jié)流孔前建立的壓力作為控制信號導(dǎo)入主泵調(diào)節(jié)器，控制主泵擺角，使主泵流量與多余流量構(gòu)成約為反比的關(guān)系

34、，達(dá)到減少多余供油也即按需供油的效果。現(xiàn)在的雙泵調(diào)節(jié)器除了負(fù)流量控制功能之外，還備有類似總功率控制接口，引入雙泵出口壓力，使雙泵在滿負(fù)載情況下，具有恒功率（恒扭矩）控制功能。負(fù)流量控制是一種較好的主泵變量控制方式，有一定的節(jié)能效果，改善了整機(jī)在微調(diào)和中位的空流損失和油溫高的問題，因此得到了普遍的應(yīng)用。其缺點(diǎn)為控制信號依靠節(jié)流孔壓差建立，因而有一定的能量損失；采用并聯(lián)回路實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作，存在負(fù)載之間的相互干擾；重載回路動作執(zhí)行起點(diǎn)推遲，多路閥芯調(diào)速區(qū)減少，動作粗暴等。負(fù)流量控制如下圖所示。 2.1.5 動力裝置 柴油機(jī)驅(qū)動是液壓挖掘機(jī)最普遍采用的動力驅(qū)動形式，其主要愛原因如下： 1.

35、液壓挖掘機(jī)是經(jīng)常流動作業(yè)的自行式機(jī)械，采用柴油機(jī)驅(qū)動可不受行動和地域的限制。 2.相對于汽油機(jī)，柴油機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性好、熱效率高（柴油機(jī)熱效率為35%~42%，而汽油機(jī)為25%~32%），比油耗低（比汽油機(jī)低20%~40%）。在液壓挖掘機(jī)復(fù)雜經(jīng)常變化、存在部分負(fù)載的工況下，柴油機(jī)的節(jié)能效果較理想，這對能源日益緊張的現(xiàn)實(shí)更具有重要意義。此外，柴油機(jī)的工作壽命和耐用性比汽油機(jī)長。 3.工作可靠性、耐久性好。這對經(jīng)常在惡劣環(huán)境中作業(yè)和移動式工作機(jī)械特別重要。 4.柴油機(jī)可采用較高的增壓度來提高效率，故功率范圍較廣。 5.柴油機(jī)的污染物排放量較少。 本機(jī)采用柴油機(jī)作為動力驅(qū)動。 2.2 挖掘

36、機(jī)主要參數(shù)確定 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)（或稱基本參數(shù)）有以下幾類： 1.發(fā)動機(jī)參數(shù)，如發(fā)動機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等。 2.液壓系統(tǒng)參數(shù)，如主泵的流量，壓力等。 3.主要性能參數(shù)，如整機(jī)工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等。 4.尺寸參數(shù)，如工作尺寸、機(jī)體外型尺寸和工作裝置尺寸等。 2.2.1 挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定方法 選擇確定液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)的基本依據(jù)是： 1.設(shè)計(jì)任務(wù)書上規(guī)定的鏟斗容量、用途和作業(yè)要求、工作條件等； 2.有關(guān)國內(nèi)外同類型、同等級液壓挖掘機(jī)的技術(shù)資料，國家以及企業(yè)的系列標(biāo)準(zhǔn)等； 3.理論分析或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算； 4.使用單位的要求和制造

37、廠的生產(chǎn)條件等。 合理的主要參數(shù)符合以下條件： 1.滿足實(shí)際使用要求——實(shí)用性； 2.適合于生產(chǎn)廠的制造條件——可能性； 3.充分利用發(fā)動機(jī)功率——經(jīng)濟(jì)性； 4.與國內(nèi)外同類型相比有較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠的工作性能——先進(jìn)性。 液壓挖掘機(jī)參數(shù)的確定方法： 1.比擬法（或稱類比法）：即通過同類型機(jī)械的比擬（類比）得出參數(shù)值； 2.經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法（或稱查表法）：即按概率統(tǒng)計(jì)歸納得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行概略的計(jì)算，得出參數(shù)值； 3.按標(biāo)準(zhǔn)選定法：即按照國家頒布的液壓挖掘機(jī)型式和基本參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值范圍，結(jié)合擬采用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定參數(shù)值； 4.理論分析計(jì)算法：即按擬定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，

38、在理論分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計(jì)算，得出參數(shù)值。 挖掘機(jī)性能參數(shù)的確定采用類比法，本設(shè)計(jì)為22噸級的中型液壓挖掘機(jī)，通過查閱市場上的主流機(jī)型的性能參數(shù)，確定本機(jī)的性能參數(shù)如下： 表2.1技術(shù)參數(shù) 單位 標(biāo)準(zhǔn)斗容 1.0 m3 工作質(zhì)量 22.4t 發(fā)動機(jī)型號 CATC6.4 額定功率 103KW 鏟斗挖掘力 103.4KN 斗桿挖掘力 125.7KN 燃油箱容量 410L 行駛馬達(dá)類型 軸向柱塞馬達(dá) 回轉(zhuǎn)馬達(dá)類型 軸向柱塞馬達(dá) 液壓泵類型 變量柱塞泵 回轉(zhuǎn)速度 11.5r/m 圖2.1 挖掘機(jī)工作范圍 表2.2

39、工作范圍 單位（mm） G 最大挖掘高度 9480 F 最大卸載高度 6500 C 最大挖掘深度 6710 E 8英尺水平面挖掘深度 6540 D 最大垂直挖掘深度 6180 B 最大挖掘半徑 9850 A 最小裝載高度、。 2180 圖2.2 挖掘機(jī)外形尺寸 表2.3外型尺寸 單位（mm） H 總

40、長 9460 C 總寬 2980 J 總高 3050 B 上部寬度 2690 G 履帶長度 4497 C 底盤總寬 2980 K 履帶接地長度 3649 L 軌距 2380 E 配重離地間隙 1063 D 最低離地間隙 468 F 尾部回轉(zhuǎn)半徑 2159 第3章 工作裝置設(shè)計(jì) 第3章 工作裝置設(shè)計(jì) 工作裝置的設(shè)計(jì)需根據(jù)要求確定其結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)而確定其各部件的尺寸以及鉸點(diǎn)位置，最后還應(yīng)對其作業(yè)尺寸和工作臂的強(qiáng)度以及挖掘力的大小進(jìn)行校核，確保其滿足要求。 3.1工作裝置總體方案的選擇 總體方案的選擇主要包括工作裝置總體結(jié)構(gòu)

41、的選擇、動臂和斗桿結(jié)構(gòu)形式的選擇以及各個(gè)鉸點(diǎn)的布置形式的選擇。 該挖掘機(jī)工作裝置為反鏟裝置，采用如下結(jié)構(gòu)方案： 采用整體式彎動臂，動臂油缸下置式。 采用整體式斗桿。 動臂與斗桿的長度比，采用中間方案，即特性參數(shù)k1=在1.5~2之間，取。 3.1.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu) 圖3.1 工作裝置總體結(jié)構(gòu)圖 1.機(jī)架 2.動臂 3.動臂油缸 4.斗桿油缸 5.斗桿 7.連桿 8搖桿 9.鏟斗 液壓反鏟工作裝置一般由動臂、斗桿、鏟斗以及動臂油缸、斗桿油缸、擦干都油缸等組成。其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是各構(gòu)件之間均采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸的行程來實(shí)現(xiàn)挖掘

42、過程的各種動作。 動臂、斗桿和鏟斗均是采用高輕度鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，重量輕、強(qiáng)度高。動臂2根部用用一根銷軸交接在平臺前端中部，由一只鉸接再轉(zhuǎn)臺前部的動臂液壓缸3來支撐有剛做伸縮運(yùn)動，動臂則作升降運(yùn)動。 斗桿5鉸接于動臂的上端，另一端鉸接著鏟斗和搖桿。斗桿的回收和伸出靠鉸接在動臂上的斗桿液壓缸4來實(shí)現(xiàn)。 鏟斗9則鉸接于斗桿末端，通過鏟斗液壓缸的伸縮來使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角,鏟斗液壓缸通過連桿機(jī)構(gòu)(如連桿7和搖桿8等)與鏟斗連接。 工作裝置的升降可以單獨(dú)進(jìn)行，亦可以和轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行，以縮短挖掘周期，加快工作速度。通常從挖掘位置到卸載位置，或從卸載位置返回挖掘位置均采用回

43、轉(zhuǎn)和動臂升降同時(shí)進(jìn)行。在反鏟作業(yè)時(shí)，可根據(jù)需要在放下動臂的同時(shí)轉(zhuǎn)動斗桿或鏟斗，卸料時(shí)，也可同時(shí)轉(zhuǎn)動鏟斗和斗桿。 工作裝置的各個(gè)銷軸采用合金鋼制造，經(jīng)滲碳淬火處理，強(qiáng)度較高。且各個(gè)鉸點(diǎn)都設(shè)有油杯，用油搶注入潤滑脂潤滑。工作裝置各鉸點(diǎn)處均設(shè)有限位塊，以減少對油缸的沖擊。斗齒部分由赤座和斗齒組成。斗齒套在赤座上用彈性銷固定，斗齒磨損后可以更換。 3.1.2動臂和斗桿結(jié)構(gòu)形式的選取 1.動臂結(jié)構(gòu)的選擇 動臂是工作裝置的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)一般取決于動臂的結(jié)構(gòu)。反鏟裝置有直動臂和彎動臂兩種方案。 直動臂構(gòu)造簡單、輕巧、布置緊湊，適用于專用正鏟和懸掛式挖掘機(jī)，且反鏟工作裝置使用直動臂只能得到較小

44、的挖掘深度。 整體式彎動臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式，在現(xiàn)在常用的中小型反鏟液壓挖掘機(jī)中主要采用這種結(jié)構(gòu)形式。這種整體式動臂結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、視覺美觀，在剛度相同時(shí)重量較輕。其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，工作范圍較大，與同長度的直動式動臂相比，可以使挖掘機(jī)有較大的挖掘深度，但降低了卸料高度，這正符合挖掘機(jī)反鏟作業(yè)的要求。其缺點(diǎn)為替換工作裝置少，通用性較差，在增加挖掘深度的同時(shí)降低了卸料高度，且在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意。 通過對兩種方案的比較，結(jié)合任務(wù)書對挖掘深度和卸料高度的要求，可以看出，直動臂明顯不適用，所以采用整體式彎動臂結(jié)構(gòu)?？赏ㄟ^ProE三維建模及動態(tài)仿真，提高動

45、臂設(shè)計(jì)的可行性和可靠性，保證其工作范圍和運(yùn)動的流暢。其結(jié)構(gòu)可采用鋼板焊接而成的矩形變截面箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部加隔板以增加強(qiáng)度和剛度。 2.斗桿結(jié)構(gòu)形式的選擇 斗桿有整體式和組合式兩種方案。大多數(shù)挖掘機(jī)都采用整體式斗桿。整體式斗桿在運(yùn)動中又很多優(yōu)點(diǎn)：油缸布置簡單；挖掘效率高，原因是挖掘時(shí)受力好；現(xiàn)對來說耐用性好。并且可根據(jù)工作狀況來調(diào)節(jié)斗桿長度以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化作業(yè)。且現(xiàn)在市場上的挖掘機(jī)主要采用整體式斗桿。 通過以上分析可知，這里采用整體式斗桿較為適宜，其結(jié)構(gòu)采用有鋼板焊接而成的變截面箱形結(jié)構(gòu)。 3.動臂油缸和斗桿油缸布置形式的選取 動臂油缸一般不知在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的又兩種具體

46、布置形式，動臂前傾和動臂后傾兩種。當(dāng)兩種方案的油缸安裝尺寸、最大挖掘高度和最大挖掘半徑相同時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1

47、 推導(dǎo)參數(shù) 特性參數(shù) 備注 為斗桿長 為動臂長 為動臂轉(zhuǎn)角 懸掛式 3.2.1 動臂機(jī)構(gòu) 1.動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 最大挖掘半徑一般與動臂長、斗桿長和鏟斗長的和值相等，按經(jīng)驗(yàn)公式取其值m。 如圖，在三角形CZF中，?。簞颖蹚澖?，特性參數(shù)。 得：（m） （m） 可得到，在圖2-1三角形CZF中，，， 圖 3.3 取基本用于反鏟。斗桿全縮時(shí)為最大值，取為。考慮結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動余量、穩(wěn)定性構(gòu)件運(yùn)動幅度等因素，取 因：

48、 （3.1） 得： 動臂擺角范圍 又因： （3.2） （3.3） 得： 符合下列幾何條件： 即得：（m），（m），（m），（m）。動臂的基本參數(shù)都計(jì)算出。 2.校核動臂力矩特性 1）最大挖掘深度時(shí)動臂油缸的閉鎖能力足以克服正常挖掘阻力 即：，式中為工作裝置重量時(shí)C點(diǎn)的力矩。工作裝置重參照表1-2所示，代入數(shù)據(jù)得：左邊==右邊，所以，滿足要求。 2）滿斗處于最大半徑時(shí)動臂油缸應(yīng)具有足夠

49、的提升力矩。即 估計(jì)土重T，載荷力矩的近似計(jì)算表達(dá)式：，如圖3-3所示，取三角形FCQ中，可得： （m） ，又在三角形ABC中，（米） ，得（米） 取動臂油缸直徑，工作壓力。 則動臂油缸大腔作用面積：. 油缸的推力： 油缸的提升力矩：。所以滿足要求。 圖 3.4 最大挖掘半徑 3）滿斗處于最大高度時(shí)的動臂缸應(yīng)該具體足夠的提升力。 按照<2>中的方法計(jì)算得： 顯然，滿斗處于最大高度時(shí)的載荷力矩要小于滿斗處于最大半徑時(shí)的值，所以滿足要求。 3.2.2 斗桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)挖掘阻力并參考國內(nèi)挖掘機(jī)斗桿挖掘力值，取最大挖掘力為160，首先，計(jì)算斗桿的挖掘阻力： 斗桿挖掘

50、時(shí)，切削行程較長，切土壤厚度在挖掘過程中為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角，在這里取。在這個(gè)轉(zhuǎn)角過程中，鏟斗被裝滿，這時(shí)斗齒的實(shí)際行程是： 式中---斗桿挖掘時(shí)的切削半徑，，取 斗桿挖掘時(shí)的切土厚度可按下式計(jì)算 斗桿挖掘阻力： （3.4） ---挖掘比阻力，取=31 斗桿與鏟斗垂直時(shí)最小，， 參考鏟斗液壓缸作用力 代入 圖3.5 取斗桿擺角，。則： ， 3.2.3鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 1.鏟斗挖掘阻力計(jì)算 轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化，查閱資料得： （3.5）

51、式中 C—表示土壤硬度的系數(shù)，對于II級土宜取C =50～80，對III級土宜取C=90～150,對IV級土宜取C=160～320； R—鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖距離，也即轉(zhuǎn)斗切削半徑，，單位為cm； —挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半； —鏟斗瞬間轉(zhuǎn)角； —切削刃寬度影響系數(shù)，，其中為鏟斗平均寬度，單位為m； —切削角變化影響系數(shù)，?。? —帶有斗齒的系數(shù)，（無斗齒時(shí)，）； —斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)，，其中為側(cè)壁厚度，單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可??； ——切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容量大小在10000～17000N范圍內(nèi)選取。當(dāng)斗容量時(shí)應(yīng)小于10000N。 轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力的切向

52、分力為 (3.6) 式中： ——密實(shí)狀態(tài)下土壤容量，單位為； ——挖掘起點(diǎn)和終點(diǎn)間連線方向與水平線的夾角； ——土壤與鋼的摩擦系數(shù)； 經(jīng)過計(jì)算后表明，與相比很小，可忽略不計(jì)。當(dāng)，時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力，其值為 (3.7) 試驗(yàn)表明法向挖掘阻力的指向是可變，數(shù)值也較小，一般。土質(zhì)愈均勻，W2愈小。從隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的角度看，取法向分力W1為零來簡化計(jì)算是允許的。這樣就可看作為轉(zhuǎn)斗挖掘的最大阻力。 根

53、據(jù)《單斗挖掘機(jī)》P54頁表2-2，由鏟斗斗容查表得：，，，，同時(shí)由上可取其余參數(shù)如下：，，，。 所在這里切削刃擠壓土壤的力取為：； 2.基本參數(shù)的選擇 如圖3-6所示： 圖3.6 在鏟斗連桿機(jī)構(gòu)中可取F、N、Q三點(diǎn)一線。取，則：（m） 3.斗形參數(shù)的選擇 斗容量、平均斗寬、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（取為）四者之間有以下關(guān)系： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取 取土壤松散系數(shù)，?。╩） 可得到鏟斗轉(zhuǎn)斗切削半徑 代入數(shù)據(jù)得： 鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn)之間的距離,一般取特性參數(shù), 所以，這里取，一般取,這里取 到此，動臂和斗桿的基本長度和彎角已經(jīng)確定，其各部分的具體參數(shù)

54、，可參照徐工XE230C液壓挖掘機(jī)，對本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)進(jìn)行類比做仿形設(shè)計(jì)，并結(jié)合任務(wù)書對作業(yè)參數(shù)（挖掘深度、卸料高度和挖掘高度）和挖掘力的要求，用ProE進(jìn)行建模，對起鉸點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化，從而確定各部分的結(jié)構(gòu)尺寸如下： 表3.2挖掘機(jī)反鏟機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)表 參數(shù)分類 機(jī)構(gòu)參數(shù)組成 鏟斗() 斗桿() 動臂() 機(jī)體() 符號意義 原始參數(shù) 推導(dǎo)參數(shù) 此時(shí)，工作裝置的基本尺寸和鉸點(diǎn)位置已基本確定。 3.2.4最大卸載高度、最大挖掘深度和停機(jī)面最大挖掘半徑的計(jì)算 1.當(dāng)下置動臂油缸全伸，斗桿油缸全縮，QV連線處于垂直狀態(tài)時(shí)，可以得到最大卸載高度

55、，如圖3-7： 圖3.7 最大挖掘高度 斗桿液壓缸全縮時(shí)，，常取。 二、當(dāng)下置動臂油缸全縮，F(xiàn)QV三點(diǎn)成一線并去除垂直狀態(tài)時(shí)得到最大挖掘深度，如圖3-7： 圖3.8最大挖掘深度 m 當(dāng)斗桿油缸全縮，F(xiàn)QV三點(diǎn)一條直線，而且時(shí)可以得到停機(jī)面最大挖掘半徑，如圖3-7： 圖3.9最大挖掘半徑 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文 第4章 回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì) 4.1回轉(zhuǎn)支撐裝置類型的選擇 回轉(zhuǎn)支撐主要分為轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支撐和滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐。轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承常用于懸掛式液壓挖掘機(jī)上，回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)角一般等于或小于180°，一般由焊在回轉(zhuǎn)體上下支撐軸和上下支撐座組成。軸承座應(yīng)用螺栓固

56、定在機(jī)架上。通過插裝在支撐軸上的液壓馬達(dá)使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動。滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐廣泛應(yīng)用于全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)、起重機(jī)和其他機(jī)械上。它是在普通滾動軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動軸承。它與舊式的回轉(zhuǎn)支撐相比，具有尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、回轉(zhuǎn)摩擦力小，滾動體與滾道之間間隙小，維護(hù)方便，使用壽命長，易于實(shí)現(xiàn)“三化”等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的使用。它靠支撐它的轉(zhuǎn)臺和底架來保證其剛度。 通過以上分析可知，本設(shè)計(jì)中采用滾動軸承式的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)較合適。其中滾動軸承式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)又可分為單排滾球式、雙排滾球式、交叉滾柱式和組合棍子式等。在這些類型中，使用最廣泛的是單排滾球式，又稱單排四點(diǎn)接觸式。單排交叉滾柱

57、式回轉(zhuǎn)支承由兩個(gè)座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受較大軸向力、徑向力和傾翻力矩?；剞D(zhuǎn)式輸送機(jī)焊接操作機(jī)中小型起重機(jī)和挖掘機(jī)等工程機(jī)械均可選用。本設(shè)計(jì)中采用單排交叉滾柱式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)齒式。 工作時(shí)，外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接，帶齒的內(nèi)座與底架用螺栓連接。挖掘機(jī)工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水平載荷和傾覆力矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動體和內(nèi)座轉(zhuǎn)傳給底架。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺就相對底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 4.1.1 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式 回轉(zhuǎn)支承（圖4.1）一

58、般由上下座圈、內(nèi)（外）座圈、滾動體、保持架、密封裝置、潤滑系統(tǒng)及連接螺栓等組成（滾柱式滾盤也有不用保持架的）。內(nèi)座圈或外座圈可以相應(yīng)加工成內(nèi)齒圈或外齒圈。 滾珠或滾柱在滾道上并非做純滾動，同時(shí)也伴隨著滑動。滾柱在平面滾道上滾動時(shí)，滾柱的位移產(chǎn)生滑動現(xiàn)象，如采用圓錐形滾柱，則工作時(shí)產(chǎn)生的滑動現(xiàn)象較小。 第4章 回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)不同可作如下分類：按滾動體形式分，有滾珠式、滾柱式（包括錐形和鼓形滾動體）；按滾動體的排數(shù)分，有單排式、雙排式和多排式；按滾道形式分，有曲面（圓?。┦?、平面式和鋼絲滾道式。 單排滾珠支承如圖4.1所示，其滾道是圓弧形曲面，滾珠與內(nèi)外座圈滾道為四點(diǎn)接觸

59、，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾翻力矩。 單排輕型滾珠滾盤多數(shù)是由內(nèi)、外圈合成一個(gè)整體，滾珠和導(dǎo)向體從內(nèi)圈或外圈上的圓孔中裝進(jìn)滾道里，然后將裝配圓孔堵塞。 1-上座圈；2-滾珠；3-調(diào)整墊片；4-下座圈；5-內(nèi)齒圈；6-保持架 圖 4.1回轉(zhuǎn)滾盤的結(jié)構(gòu) 1.挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承外載荷計(jì)算 挖掘機(jī)作用在回轉(zhuǎn)支承的外載荷、和應(yīng)根據(jù)挖掘機(jī)工況和計(jì)算位置計(jì)算出，根據(jù)不同挖掘工況和計(jì)算位置算出的若干組當(dāng)量軸向負(fù)荷值，選其中最大者作為計(jì)算的當(dāng)量軸向載荷。 總傾覆力矩； 總軸向力； 總徑向力。 工況:動臂兩鉸點(diǎn)處于同一水平線上，斗桿鉛直，用鏟斗液壓缸挖掘，使切向斗齒力垂直于地面

60、。 取回轉(zhuǎn)支承以上為脫離體，對其中心點(diǎn)取矩，有 (4.1) 沿回轉(zhuǎn)中心軸方向上的合力為 (4.2) 在作用平面內(nèi)的徑向水平力為 式中：—鏟斗液壓缸挖掘時(shí)，由整機(jī)挖掘力所確定的切向挖掘力； —鏟斗液壓缸挖掘時(shí)，由整機(jī)挖掘力所確定的法向挖掘力； —轉(zhuǎn)臺上部（除工作裝置外）自重； 、、—?jiǎng)颖垡簤焊住⒍窏U液壓缸、鏟斗液壓缸自重； 、—?jiǎng)颖?、斗桿自重； —鏟斗自重及斗內(nèi)物體重量之和； —相應(yīng)的力臂； —回轉(zhuǎn)支承工作條件系數(shù)，對單斗挖掘機(jī)取。 已知：，，，，，，，取，則，。 ，，，，， ，，

61、，。取。 求得：； ； 。 工況2：最大挖掘深度處用鏟斗液壓缸挖掘，有 (4.3) (4.4) 已知：，，，，，， ，取，則，。 ，，，，， ，，，。 求得：； ； 。 工況3：停機(jī)面上最大挖掘半徑處用鏟斗液壓缸挖掘，有 (4.5) (4.6) (4.7) 已知： ，，，，，，，取，則，；，，，，，，，，。。 求得：； ； 。

62、2.液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承選型 （1）回轉(zhuǎn)支承形式及主參數(shù)的確定 級以下的挖掘機(jī)選取單排球式回轉(zhuǎn)支承 初選根據(jù) (4.8) 確定挖掘及回轉(zhuǎn)支承的主參數(shù) 式中:—滾道中心直徑； —鋼球直徑； —挖掘機(jī)噸位，； —取值范圍為。 根據(jù)，選取，的回轉(zhuǎn)支承。 （2）根據(jù)選定的回轉(zhuǎn)支承主參數(shù)計(jì)算額定靜容量， (4.9) 求得： （3）根據(jù)回轉(zhuǎn)支承外負(fù)荷計(jì)算當(dāng)量軸向載荷， (4.10) 在工況1下，最大 （4）計(jì)算安全系

63、數(shù)，驗(yàn)證滾道的承載能力，有 式中：—回轉(zhuǎn)支承安全系數(shù)，對于斗容量小于的挖掘機(jī)， 取。 則： 所以滾道的承載能力不足，選取的回轉(zhuǎn)支承。 根據(jù)選定的回轉(zhuǎn)支承主參數(shù)計(jì)算額定靜容量， 求得： 根據(jù)回轉(zhuǎn)支承外負(fù)荷計(jì)算當(dāng)量軸向載荷， 在工況1下，最大 則： 所選回轉(zhuǎn)支承參數(shù) DL mm D mm d mm H mm D1 mm D2 mm n mm dm mm L mm 013.45.1400 1540 1260 110 1487 1313 40 26 M24 48 n1 mm D3 mm d1

64、 mm H1 mm h mm b mm x M mm De mm z 5 1402 1398 100 10 90 0.5 12 1192.8 100 圖4.2回轉(zhuǎn)支承尺寸 4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動裝置 單斗液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)時(shí)間約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的，能量消耗約占，回轉(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的。因此，合理的確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓油路和結(jié)構(gòu)方案、正確的選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，對提高生產(chǎn)率和功能利用率，改善司機(jī)的勞動條件，減少工作裝置的沖擊具有十分重要的意義。液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)傳動裝置主要包括回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速器和回轉(zhuǎn)驅(qū)

65、動小齒輪及固定齒圈。 4.2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 回轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓馬達(dá)一般采用斜軸式或斜盤式柱塞馬達(dá)，目前已有專業(yè)廠家生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動專用液壓馬達(dá)，一般內(nèi)部帶有液壓制動器及摩擦片式停車制動器。本課題選用定量斜盤式軸向柱塞馬達(dá)。 其結(jié)構(gòu)如圖4.8所示。該液壓馬達(dá)主要由四部分組成。①轉(zhuǎn)動組件，包括缸體17、柱塞6、滑靴13、壓板2和驅(qū)動軸1。②停車制動器組件，包括停車制動器控制閥4、分離片15、摩擦片16、制動活塞18和彈簧19。③防過載及補(bǔ)油閥組件，包括溢流閥27、溢流閥29、單向閥26和單向閥28。④防反沖閥21。來自工作泵的液壓油經(jīng)回轉(zhuǎn)控制閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)的進(jìn)油口23或24。當(dāng)回轉(zhuǎn)平臺需

66、要向右轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)控制閥將液壓油引導(dǎo)到進(jìn)油口23，經(jīng)馬達(dá)蓋9的油道22、配油盤20上的油道8及缸體17中的油道7進(jìn)入缸體，作用在柱塞6上。柱塞將滑靴13壓緊在斜盤12上。柱塞和滑靴沿著斜盤12的傾斜表面上下滑動。滑靴和柱塞作用在斜盤12上的反作用力使缸體17逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。每個(gè)柱塞運(yùn)動到下止點(diǎn)時(shí)，其油道7便與配油盤20的油道接通，使液壓油回到油箱。缸體17繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，柱塞和滑靴在斜盤12上繼續(xù)向上移動。當(dāng)回轉(zhuǎn)平臺需要左轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)控制閥將液壓油引導(dǎo)到進(jìn)油口24，進(jìn)油口和回油口對調(diào)，缸體17和驅(qū)動軸1順時(shí)針轉(zhuǎn)動，液壓油經(jīng)排油口11返回油箱。 1-驅(qū)動軸；2-壓板；3，5-孔口；4-停車制動器控制閥；6-柱塞；7，8，22，25-油道；9-馬達(dá)蓋；10-補(bǔ)油口；11-排油口；12-斜盤；13-滑靴；14-殼體；15-分離片；16-摩擦片；17-缸體；18-制動活塞；19-彈簧；20-配油盤；21-防反沖閥；23，24-進(jìn)油口；26，28-單向閥；27，29-溢流閥 圖4.3 柱塞馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 停車制動器組件設(shè)在馬達(dá)蓋9和馬達(dá)殼體14之間，摩擦片16通過其內(nèi)孔上的花鍵套在缸體17外的花