履帶式液壓單斗挖掘機(jī)三維建模與仿真設(shè)計(jì)

1、<p>　　履帶式液壓單斗挖掘機(jī)是一種利用單個鏟斗挖掘或裝載土壤石塊的機(jī)械,廣泛應(yīng)用于建筑施工、筑路工程、水電工程建設(shè)、港口工程、農(nóng)田改造、國防工事的土石方施工和露天礦場的采掘作業(yè)，對減輕繁重的體力勞動，實(shí)現(xiàn)土方工程機(jī)械化，提高勞動生產(chǎn)率起了很重要作用。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)的出現(xiàn)雖然只有40多年的歷史，但是其發(fā)展非常迅速。近年來，在國外市場上，挖掘機(jī)行情普遍看漲，特別是液壓挖掘機(jī)。因此這就更

2、需要設(shè)計(jì)人員開發(fā)新產(chǎn)品并改進(jìn)舊產(chǎn)品，以適應(yīng)新的形勢來增強(qiáng)市場競爭力。</p><p>　　發(fā)展新產(chǎn)品和改進(jìn)舊產(chǎn)品都需要進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括從明確設(shè)計(jì)任務(wù)到確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)這一系列復(fù)雜的工作。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在李嵐老師的指導(dǎo)下，結(jié)合公司實(shí)習(xí)認(rèn)識及大學(xué)期間的基本理論學(xué)習(xí)進(jìn)行“單一的產(chǎn)品仿型設(shè)計(jì)”。這類設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：在機(jī)器的工作原理與基本結(jié)構(gòu)形式不變的條件下，對已有產(chǎn)品進(jìn)

3、行仿真造型設(shè)計(jì)，也就是通過計(jì)算改變已有產(chǎn)品的零部件尺寸及其不合理的某些結(jié)構(gòu)，使其符合新的設(shè)計(jì)功能參數(shù)與使用環(huán)境等要求。這類設(shè)計(jì)目的明確，機(jī)器主要性能參數(shù)準(zhǔn)確，主要結(jié)構(gòu)形式基本不變，有同類機(jī)型但某些參數(shù)及尺寸不同的設(shè)計(jì)資料可以借鑒。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，考慮的一般因素有：強(qiáng)度、剛度、可靠性、磨損與潤滑、振動與噪聲、效率、加工工藝、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、腐蝕、起動與控制、裝配工藝、尺寸及重量、外觀、安全保護(hù)、管

4、理與維修、運(yùn)輸與安裝等。本人根據(jù)自己選取的較為滿意的設(shè)計(jì)方案、分析所設(shè)計(jì)機(jī)械的特點(diǎn)、使用功能及應(yīng)滿足的主要設(shè)計(jì)等因素，進(jìn)行了運(yùn)動計(jì)算、動力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算、零件設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真，決定各個部件的相對位置及連接方法，確定主要零部件的形狀尺寸、材料、制造安裝等一系列問題。在此基礎(chǔ)上，繪出機(jī)械的總裝圖、部件裝配圖、部分零件圖、部件爆炸圖及運(yùn)動仿真工作。本次設(shè)計(jì)所繪制的挖掘機(jī)工作裝置總裝圖是先造型動臂、斗桿、鏟斗及液壓油缸的部件裝

5、配圖而后繪制成，之后再進(jìn)行機(jī)器底盤、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置及駕駛室的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)零件工作圖時，是從機(jī)器的總體要求出發(fā)，綜合考慮零部件的強(qiáng)度、剛度、工藝性及經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計(jì)因素而繪制成零件工作圖。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及目的</p><p>　　履帶式液壓單斗挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個重要品種，是一

6、種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。工程施工中絕大部分的土方工程是由挖掘機(jī)來完成的。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動各種構(gòu)件動作，以實(shí)現(xiàn)挖掘、平整、裝載等施工作業(yè)。液壓挖掘機(jī)利用液壓傳動具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、元件布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)；2、可實(shí)現(xiàn)大范圍無級調(diào)速；3、傳遞運(yùn)動平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁換向；4、操作控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動控制和過載保護(hù)；5、能自行潤滑

7、，元件壽命長等。6、功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕等等。因此，液壓挖掘機(jī)對于減輕工人繁重的體力勞動，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，具有重要意義。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)包括上、下車兩大部分，上車部分由轉(zhuǎn)臺、司機(jī)室、發(fā)動機(jī)、機(jī)械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置組成，下車部分由回轉(zhuǎn)支承、底架和行走裝置構(gòu)成。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是對

8、所需設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)作初步的全面規(guī)劃、提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料及總體草圖，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、分析計(jì)算提供依據(jù)，同時前期的參數(shù)規(guī)范化及部件尺寸的完善化也為后期的仿真工作作下鋪墊。 1.2 研究意義</p><p>　　和其它挖掘機(jī)一樣,此履帶式液壓單斗挖掘機(jī)將給人類帶來諸多方便，能廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，還能在農(nóng)業(yè)中得到使用。能適應(yīng)惡劣的野外工作環(huán)境，它在減輕繁重的體力

9、勞動的同時，保證工程質(zhì)量的前提下，在加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率的方面也起著相當(dāng)重要的作用，而且還就具有節(jié)約能源的特點(diǎn)，從而使系統(tǒng)發(fā)熱減少、燃油消耗降低、公害噪聲減小、系統(tǒng)設(shè)備可靠性提高、液壓元件的壽命增長等好處，也可大大節(jié)約作業(yè)成本和設(shè)備維修費(fèi)用，它必定會受到廣大施工作業(yè)單位的青睞。</p><p>　　通過對履帶式液壓單斗挖掘機(jī)三維建模與仿真，以solidworks2012、AutoCAD2007等軟件來進(jìn)

10、行挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部分部件受力分析及整體機(jī)構(gòu)外部運(yùn)動仿真。在對挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前通過查閱、整理資料、實(shí)地考察、綜合運(yùn)用軟件分析等一系列研究方法進(jìn)行整合，結(jié)合實(shí)際情況制定實(shí)適用且實(shí)用的設(shè)計(jì)方案。掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真的方法和過程，任務(wù)執(zhí)行者必須根據(jù)任務(wù)要求嚴(yán)格執(zhí)行，同時鼓勵提出異議、有所創(chuàng)新。綜合所學(xué)知識，查閱相關(guān)資料及產(chǎn)品樣本，掌握最新發(fā)展動態(tài)，更重要的是設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)符合目前技術(shù)發(fā)展水平，鼓勵采用新技術(shù)、新思想。</p>

11、;<p>　　通過本設(shè)計(jì)能達(dá)到以綜合訓(xùn)練為目的，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固和提高所學(xué)知識。</p><p>　　1.3 國內(nèi)部分學(xué)者在挖掘機(jī)設(shè)計(jì)方面的工作</p><p>　　1994年，劉東升在《0.8m³輪式液壓挖掘機(jī)》對洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院和工程兵科研一所于1994年10月聯(lián)合研制成功的0.8m³輪胎式全液壓挖掘機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、主要結(jié)構(gòu)

12、特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。</p><p>　　1997年，西北建筑工程學(xué)院王進(jìn)在《全回轉(zhuǎn)步履式液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)》提出了步履式液壓挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)的基本要求、主要參數(shù)的選擇與確定方法，及整機(jī)主要參數(shù)的選擇流程框圖。</p><p>　　1997年，賈發(fā)熔在《小型液壓挖掘機(jī)的選型》中對液壓挖掘機(jī)的發(fā)展趨勢、分類方法進(jìn)行了闡述。并提出確定設(shè)備型號和供貨單位的基本程序是首先從市場信息中選出能滿足施工要求

13、的若干型號及設(shè)備選型應(yīng)考慮的問題。</p><p>　　羅建炎在《液壓挖掘機(jī)總體參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算》一文中根據(jù)國內(nèi)外百余種液壓挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)分析，以機(jī)重作為主參數(shù)，提出了液壓挖掘機(jī)各種參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，可作為液壓挖掘機(jī)初步設(shè)計(jì)的參考。</p><p>　　西南交通大學(xué)新型驅(qū)動技術(shù)中心的李闖、陳鈺塵等在《小型液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系》中通過對目前整機(jī)質(zhì)量為3至8噸的液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分

14、析和整理，將整機(jī)質(zhì)量與對應(yīng)參數(shù)值繪制成圖表，結(jié)果顯示基本參數(shù)與整機(jī)質(zhì)量存在一定關(guān)系。對其進(jìn)行擬合，其結(jié)果可為小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)時基本參數(shù)確定提供參考。</p><p>　　貴陽礦山機(jī)器廠的呂韶文在《WYL161輪式液壓挖掘機(jī)主參數(shù)的確定》中就WYL161輪式液壓挖掘機(jī)的系統(tǒng)功率、主泵排量、主泵及行走馬達(dá)的起調(diào)壓力的選擇、計(jì)算、確定進(jìn)行論述。</p><p>　　江蘇悅達(dá)鹽城拖拉機(jī)制造有限公

15、司張鳳在《與輪式拖拉機(jī)相配套的液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)分析》一文對液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過液壓系統(tǒng)的安全可靠設(shè)計(jì)和整機(jī)穩(wěn)定性的驗(yàn)證,從而確保挖掘機(jī)的使用可靠性,以增加拖拉機(jī)的使用功能。</p><p>　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院岳睿、丁為民和江蘇清江施拉機(jī)有限公司潘祖軍、張丙寅在《以四輪拖拉機(jī)為行走裝置的液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)分析》中進(jìn)行了主要參數(shù)的選擇與計(jì)算、挖掘工作裝置參數(shù)的確定、挖掘裝置與拖拉機(jī)連接方式

16、的分析與介紹。</p><p>　　2 履帶式液壓挖掘機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的基本組成部分</p><p>　　圖2.1 履帶式液壓挖掘機(jī)基本組成</p><p>　　1、挖掘手（鏟斗） 2、鏟斗與斗桿連桿機(jī)構(gòu) 3、斗桿 4、鏟斗液壓油缸 5、斗桿液壓油缸 6、動臂 7、動臂液壓缸 8、駕駛室

17、9、尾部機(jī)座 10、底盤回轉(zhuǎn)裝置 11、行走裝置</p><p>　　液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。如上圖2.1所示為該設(shè)計(jì)的基本組成部分。</p><p>　　履帶式液壓挖掘機(jī)的基本組成部分一般還包括柴油機(jī)、機(jī)罩、油箱、多路閥、回轉(zhuǎn)減速器、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、回轉(zhuǎn)接頭、操縱臺、行走減速器、行走馬達(dá)、平衡重等。</p><p>

18、　　2.2 液壓挖掘機(jī)基本工作原理</p><p>　　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。動臂的起落、斗桿的伸縮和鏟斗的轉(zhuǎn)動都是由往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同環(huán)境施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、推土、沖擊等多種機(jī)械作業(yè)工具。 </p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的主體，轉(zhuǎn)臺上部設(shè)有動

19、力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動力源，大部分采用柴油機(jī)， 也可改用電動機(jī)。 </p><p>　　液壓傳動系統(tǒng)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，從而完成各種施工作業(yè)。</p><p>　　3 液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 該設(shè)計(jì)基本參數(shù)（已知）</p><p>　　履帶

20、式液壓單斗挖掘機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　整機(jī)質(zhì)量： 6000kg ；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)斗容量： 0.25m3 ；</p><p>　　發(fā)動機(jī)功率： 60kW ；</p><p>　　鏟斗寬度： 800mm ；</p>&l

21、t;p>　　最小挖掘深度： 3500mm ；</p><p>　　最大挖掘深度： 5800mm ；</p><p>　　最大挖掘半徑： 6000mm ；</p><p>　　最大卸載高度： 3600mm ；</p><p>　　液壓系統(tǒng)工作壓力：28Mpa ；</p

22、><p>　　最大流量： 63x2L/min ；</p><p>　　爬坡度： 27.8 ；</p><p>　　最大牽引力： 48kN ；</p><p>　　最大行走速度： 5km/h ；</p><p>　　最低行走速度： 3k

23、m/h ；</p><p>　　外形尺寸（長x寬x高）：7800 mm x 2100 mm x 2500 mm。</p><p>　　3.2 液壓挖掘機(jī)工作裝置的工作原理</p><p>　　液壓挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)作主要分三個階段完成：</p><p>　?。?）動臂借助其支承液壓缸活塞桿在工作行程范圍內(nèi)的伸縮，實(shí)現(xiàn)動臂圍繞轉(zhuǎn)臺上的

24、鉸接點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動臂升降和俯仰變位等運(yùn)動；</p><p>　?。?）斗桿與動臂的端部以鉸接的形式連接，借助其支承液壓油缸（缸的一端支點(diǎn)固定在動臂上）活塞桿在工作行程范圍內(nèi)的伸縮，實(shí)現(xiàn)斗桿圍繞動臂端部的鉸接點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而改變和確定挖掘方位；</p><p>　?。?）控制鏟斗鏟挖動作的液壓油缸的端部支點(diǎn)設(shè)在斗桿尾部，通過鏟斗液壓油缸活塞桿的伸縮及連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)鏟斗圍繞斗

25、桿端部鉸接點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而完成整個挖土過程。鏟斗的挖掘力和挖掘深度均可通過鏟斗液壓油缸活塞桿的伸縮動作進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　3.3 液壓挖掘機(jī)工作裝置主要參數(shù)的確定</p><p>　　3.3.1 鏟斗容量</p><p>　　鏟斗容量的計(jì)算一般有兩種方法：即平裝斗容和堆尖斗容。</p><p>　　在國內(nèi)用于挖掘機(jī)鏟斗容量標(biāo)定的

26、標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 21941—2008 土方機(jī)械 液壓挖掘機(jī)和挖掘裝載機(jī)的反鏟斗和抓鏟斗容量標(biāo)定。其中對液壓挖掘機(jī)反鏟斗平裝容量的確定方法如下。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　各尺寸確定如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 時各尺寸的確定</p><p><b>

27、　　1—標(biāo)定面</b></p><p><b>　　2—表面積</b></p><p><b>　　3—的質(zhì)心</b></p><p>　　—以標(biāo)定面為邊界的反鏟斗側(cè)向的內(nèi)表面積。</p><p>　　—在鏟斗質(zhì)心處的鏟斗截面內(nèi)部寬度。</p><p>　　—反鏟

28、斗前緣的切削刃（或切削面）與背板上緣標(biāo)定面相連的距離。</p><p>　　—反鏟斗側(cè)板上緣最低點(diǎn)到標(biāo)定面的最大垂直深度。</p><p>　　堆尖斗容的確定方法如下</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　各尺寸確定如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 尺寸

29、的確定</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　—背板的寬度；</b></p><p><b>　　—板的內(nèi)部寬度；</b></p><p><b>　　—側(cè)板的厚度</b></p><p>　　初取

30、==0.80m，=0.02m，=0.6m各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入式（3.2）后得到=0.05645m³ 。由于本次設(shè)計(jì)取鏟斗容量為0.25m³的鏟斗，在預(yù)先確定最大挖掘半徑為0.60m，鏟斗寬度為0.80m的情況下，在Solidworks中對鏟斗進(jìn)行三維實(shí)體造型，通過改變鏟斗深度，并利用Solidworks中的體積和質(zhì)量計(jì)算功能最終確定出鏟斗的合適的幾何尺寸。</p><p><b>　　3.3

31、.2 挖掘力</b></p><p>　　如圖3.3的計(jì)算簡圖：</p><p>　　圖3.3 挖掘力計(jì)算簡圖</p><p>　　鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力的計(jì)算公式分別為：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　（3.4）</b&g

32、t;</p><p><b>　　式中： </b></p><p><b>　　( )</b></p><p><b>　　3.4 動臂</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)動臂有兩種形式：即整體動臂和組合動臂。整體動臂又分為彎臂和直臂兩種，反鏟一般多用彎臂，以保證其挖掘深

33、度。</p><p>　　小型液壓挖掘機(jī)的動臂為單節(jié)式，又有直臂和V形彎臂之分。常見的以V形彎臂為主如圖3.4所示。單節(jié)V形彎臂主要用在美國，所以又有美國型動臂之稱。在這些機(jī)型上，動臂支點(diǎn)向平臺中心布置，增加整機(jī)穩(wěn)定性，改善工作裝置對平臺載荷的不均勻性。采用彎臂是通過增大動臂轉(zhuǎn)角，進(jìn)而增大挖掘深度。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)通過與同類機(jī)型類比初定長度為3600mm（左右）的V形彎臂。&

34、lt;/p><p>　　圖3.4 整體彎動臂</p><p><b>　　3.5 斗桿</b></p><p>　　斗桿有三種形式：即單節(jié)、多節(jié)和可伸縮斗桿。大多數(shù)液壓挖掘機(jī)的斗桿為單節(jié)，如圖3.5所示，其斷面形狀多為箱形斷面。當(dāng)全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)動臂支點(diǎn)位于回轉(zhuǎn)平臺中心線后方時，為了增大挖掘深度，采用伸長斗桿。如法國YNMBO公司產(chǎn)品。該公司與美國

35、萬國公司合并，Y系列改為3944、3945等系列產(chǎn)品后，仍保留這一結(jié)構(gòu)。斗桿若伸長1米左右，挖深可由4.5米增至5.5米，挖掘半徑和卸載高度可增加1.2米。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)初定斗桿長度為1600mm（左右）。</p><p><b>　　圖3.5 斗桿</b></p><p><b>　　3.6 鏟斗</b>

36、</p><p>　　小型液壓挖掘機(jī)反鏟斗與大中型液壓挖掘機(jī)反鏟斗結(jié)構(gòu)相似，普遍采用的反鏟斗結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。</p><p><b>　　圖3.6鏟斗</b></p><p>　　挖掘機(jī)鏟斗前面的斗齒是由合金鋼中的特殊性能鋼里的耐磨鋼制作的，最常用的牌號是ZGMn13，這種鋼含碳量約為1%，含錳量約為13%，鑄造成形后水韌處理后使用。斗齒的

37、安裝應(yīng)易于更換，其安裝的方式很多，最普遍的是螺栓連接和楔連接。斗齒與鏟斗的連接也可采用焊接結(jié)構(gòu)。</p><p>　　小型反鏟一般都備有幾種容量的鏟斗(不同的鏟斗寬度)，適應(yīng)不同土質(zhì)的需要。挖掘粘性土壤時，鏟斗要具有良好的傾泄性，在鏟斗內(nèi)可加裝排土板。</p><p>　　3.7 動臂液壓油缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓油缸的使用在工程中極度頻繁，它的工作性能和

38、可靠性直接影響工程的質(zhì)量和效率；</p><p>　　利用數(shù)控電液伺服閥來控制液壓油缸，可以實(shí)現(xiàn)輸出線性和實(shí)時控制，在很大程度上改善工程油缸的使用性能；</p><p>　　實(shí)施控制的器件為可編程邏輯控制器（Programmable Logical Controller），選用德國西門子STEP7-200進(jìn)行編程，接口簡單易懂。</p><p>　　3.7.1動臂液

39、壓缸有關(guān)基本參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)同類液壓挖掘機(jī)的比較并聯(lián)系上述挖掘機(jī)的基本參數(shù)查閱相關(guān)液壓元件手冊確定油缸的內(nèi)徑與外徑、活塞桿直徑及行程等參數(shù):</p><p>　　油缸內(nèi)徑：D=125 mm ；</p><p>　　油缸外徑：=152 mm ；</p><p>　　缸筒壁厚：=13.5 mm ；</p><

40、;p>　　極限推力：=48000 N ；</p><p><b>　　速比：=2；</b></p><p>　　活塞桿直徑：=90 mm ；</p><p>　　油缸工作行程： S=800 mm ；</p><p>　　3.7.2 相關(guān)零部件的選用</p><p><b>　　①密

41、封裝置的選用</b></p><p>　　選用密封檔圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料聯(lián)合使用，達(dá)到良好的密封效果。</p><p><b>　?、诠ぷ鹘橘|(zhì)的選用</b></p><p>　　因?yàn)楣ぷ髟诔叵拢赃x用普通的液壓油（l-hm46）即可。</p><p>　　3.7.3 動臂油缸的布

42、置</p><p>　　動臂油缸一般布置在動臂前下端，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式：油缸前傾布置和油缸后傾布置方式。</p><p>　　圖3.7 動臂油缸前傾布置</p><p>　　油缸前傾布置方案，如圖3.7所示，動臂油缸與動臂鉸接于E點(diǎn)。當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置時，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。</p><p

43、>　　3.7.4 液壓缸的裝配</p><p>　　裝配前必須對各零件仔細(xì)清洗；</p><p>　　要正確安裝各處的密封裝置：安裝形密封圈時，要注意其安裝方向，避免因裝反而漏油，其唇邊應(yīng)正對著有壓力的油腔。此外，因?yàn)槭敲芊鈸跞Γ赃€要注意區(qū)別是軸用與孔用，避免安裝錯誤；</p><p>　　由于密封裝置與滑動表面配合，裝配時應(yīng)涂以適量的液壓油； </

44、p><p>　　螺紋聯(lián)接件擰緊時應(yīng)使用專用扳手，扭轉(zhuǎn)力矩應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求；</p><p>　　活塞與活塞桿裝配后，必須測量其同軸度和在全長上的直線度是否超差；</p><p>　　裝配完畢后活塞組件移動時應(yīng)無阻滯感和阻力大小不勻等現(xiàn)象。</p><p><b>　　缸筒的要求：</b></p><p>

45、;　　有足夠強(qiáng)度，能夠承受動態(tài)工作壓力，長時間工作不會變形；</p><p>　　有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時不會彎曲；</p><p>　　內(nèi)表面和導(dǎo)向套與密封件之間的摩擦小，保證長時間使用；</p><p>　　缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　3.8 斗桿液壓油缸的設(shè)計(jì)</p><

46、p>　　3.8.1 斗桿油缸基本參數(shù)的確定</p><p>　　同上根據(jù)同類液壓挖掘機(jī)的類比得到斗桿油缸的基本參數(shù)：</p><p>　　油缸內(nèi)徑：D=100 mm ；</p><p>　　油缸外徑：=121 mm ；</p><p>　　缸筒壁厚：=10.5 mm ；</p><p><b>　　速比

47、：=2；</b></p><p>　　活塞桿直徑：=70 mm ；</p><p>　　油缸工作行程： S=800 mm ；</p><p>　　3.8.2 斗桿油缸的布置</p><p>　?、?保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力：即油缸從最短長度開始伸展時和油缸最大伸展時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的作用力矩

48、應(yīng)該足以支撐滿載鏟斗且保證斗桿靜止不動。油缸作用力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘阻力。</p><p>　　② 確保斗桿的擺角范圍：斗桿擺角范圍一般取100°- 130°。在斗桿油缸和鏟斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之間的距離應(yīng)大于10cm。一般情況下，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小。</p><p>　　3.9 鏟斗液壓油缸的設(shè)計(jì)<

49、;/p><p>　　3.9.1 鏟斗油缸的基本參數(shù)</p><p>　　油缸內(nèi)徑：D=80 mm ；</p><p>　　油缸外徑：=102 mm ；</p><p>　　缸筒壁厚：=11 mm ；</p><p><b>　　速比：=2；</b></p><p>　　活塞桿直

50、徑：=50 mm ；</p><p>　　油缸工作行程： S=600 mm ；</p><p>　　3.9.2 鏟斗油缸的布置</p><p>　　確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)、行程及連桿機(jī)構(gòu)力臂比時應(yīng)考慮以下因素。</p><p>　?、?保證鏟斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘阻力。當(dāng)鏟斗油

51、缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)基本上等于最大挖掘阻力。當(dāng)油缸全伸時，應(yīng)能保證鏟斗滿載靜止不動。</p><p>　?、?保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°- 160°。在特殊作業(yè)時可以大于180°。當(dāng)鏟斗油缸全縮時，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10°，常取15°- 25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時，應(yīng)保證斗桿與鏟斗

52、平穩(wěn)使土壤不從斗中撒落。</p><p>　　3.10 液壓挖掘機(jī)挖掘范圍</p><p>　　圖3.8 挖掘軌跡包絡(luò)圖</p><p>　　反鏟工作裝置的挖掘軌跡包絡(luò)圖如圖3.8所示，就即反鏟液壓挖掘機(jī)在機(jī)體不移動的任一固定位置時所能達(dá)到的作業(yè)范圍。由圖3.8可知，液壓挖掘機(jī)挖掘時各個方向的工作尺寸中，最能反映反鏟液壓挖掘機(jī)工作特性的是最大挖掘深度J和水平面上最大

53、挖掘半徑M。停機(jī)位置的下方(圖3.8包絡(luò)線內(nèi)的陰影部分)是不允許工作的，這是為了確保挖掘機(jī)的安全與穩(wěn)定。挖掘機(jī)的最大挖掘力及其發(fā)揮情況決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸和各油缸力的匹配，同時也受整機(jī)穩(wěn)定和地面附著條件的影響。</p><p>　　斗齒的挖掘軌跡取決于各油缸的運(yùn)動及其相互配合的情況。若僅以動臂油缸工作(斗桿油缸與鏟斗油缸呈零行程狀態(tài)時)，則可得到最大的挖掘半徑R和最長的挖掘行程。此時，挖掘軌跡是以動

54、臂下面的鉸點(diǎn)為圓心、斗齒至該鉸點(diǎn)的距離為半徑而劃成的圓弧線，如圖3.8中的弧 和弧 。其中最大挖掘高度I和挖掘深度J分別決定于動臂的最大上傾角和最大下傾角(動臂對水平線的夾角)，而最大傾角則由動臂油缸的行程和鉸點(diǎn)位置的匹配關(guān)系決定。這種挖掘方式在實(shí)際中是很少采用的，因?yàn)楹苌儆杏脛颖弁诰虻倪m當(dāng)面，也很少有單獨(dú)使用動臂挖掘的情況。</p><p>　　若僅使斗桿油缸工作進(jìn)行挖掘，則斗齒挖掘軌跡是以斗桿支承鉸點(diǎn)(即

55、動臂上鉸點(diǎn))為圓心，斗齒至該鉸點(diǎn)的距離為半徑所劃的圓弧線，如圖3.8中弧 和弧 。圓弧線的長度與包角決定于斗桿油缸的行程。當(dāng)動臂位于最大下傾角、鏟斗最大張開并且僅使斗桿油缸進(jìn)行挖掘工作時，可以得到最大的挖掘深度J，而且有較大的挖掘行程。這在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時，雖然切削深度不大，但在轉(zhuǎn)斗動作的配合下，亦能保證鏟滿全斗。因此，單斗液壓挖掘機(jī)在挖掘過程中一般以斗桿的動作為主。</p><p>　　當(dāng)調(diào)整好動臂油

56、缸和斗桿油缸的挖掘位置而以鏟斗油缸進(jìn)行挖掘時，斗齒的挖掘軌跡則是以鏟斗的支承鉸點(diǎn)(即斗桿前端鉸點(diǎn))為圓心，以該鉸點(diǎn)至斗齒的距離為半徑所劃的圓弧線，如圖3.8中弧 、 、 、 。圓弧線的長度與包角決定于鏟斗油缸的行程。用鏟斗油缸挖掘時的挖掘行程較短，為使鏟斗在較短行程內(nèi)裝滿物料，則加大切削深度，亦需要較大的挖掘力。一般液壓挖掘機(jī)的斗齒最大挖掘力均在鏟斗油缸工作時出現(xiàn)。這種挖掘方式稱為轉(zhuǎn)斗挖掘，適宜于挖掘松軟土壤(多為III級以下土壤)。

57、實(shí)際工作中，為了隨時改變切削角，一般也不單獨(dú)使用，大多情況下采用動臂與斗桿配合工作。液壓挖掘機(jī)的實(shí)際挖掘工作是采用各油缸的聯(lián)合動作來完成的。</p><p>　　3.11 工作裝置的仿真工作 </p><p>　　通過以上對工作裝置各零件的介紹及參數(shù)的確定，利用三維繪圖軟件Solidworks將各零部件造型完畢并按照實(shí)際要求裝配。各零部件的造型過程同時也是對參數(shù)的進(jìn)一步檢驗(yàn)。在造型完成后需

58、要完成的則是對受力頻繁或運(yùn)動頻繁的零件的受力分析，利用Solidworks中的Simulation模塊可有效的完成這一過程。</p><p>　　這一裝置最后需完成的就是整體的運(yùn)動模擬或是動畫仿真。利用Solidworks中的Motion分析模塊可以有效的完成這一部分的工作以實(shí)現(xiàn)此裝置的仿真。</p><p>　　圖3.9 斗桿的Simulation分析</p><p&

59、gt;　　圖3.10 工作裝置的建模</p><p>　　4 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支承和回起機(jī)構(gòu)等組成，回轉(zhuǎn)支承的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺聯(lián)結(jié)，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓銜接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動體，挖掘機(jī)裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水準(zhǔn)載荷和傾覆力矩穿過回轉(zhuǎn)支承的外座圈、滾動體和內(nèi)座圈傳給底架。回起機(jī)構(gòu)的殼體穩(wěn)定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)座圈上

60、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)臺中央線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回起機(jī)構(gòu)作業(yè)時，轉(zhuǎn)臺就相對底架舉行回轉(zhuǎn)。</p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置的作用是將回轉(zhuǎn)部分支承在固定部分上。要求機(jī)器不傾翻，回轉(zhuǎn)輕便靈活。為此，挖掘機(jī)設(shè)置了回轉(zhuǎn)支承裝置及回轉(zhuǎn)傳動裝置，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。在單斗液壓挖掘機(jī)的一個工作循環(huán)中，回轉(zhuǎn)運(yùn)動時間約占50%-70%，能量消耗占25% - 40%，回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)發(fā)熱量占總發(fā)熱量的30% - 40%，所以應(yīng)

61、合理確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動與結(jié)構(gòu)方案，正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)，這對提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力和功能利用具有很大的意義。</p><p>　　圖4.1 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1回轉(zhuǎn)支承裝置</b></p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承裝置有兩大類：轉(zhuǎn)盤式與轉(zhuǎn)柱式。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承采納的是轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承，小松液壓挖掘機(jī)

62、采納的是轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)局部的轉(zhuǎn)角平常等于或小于180°。它由焊接在回轉(zhuǎn)體上的上、下支承軸及上、下軸承座等形成。軸承利用螺栓穩(wěn)定在機(jī)架上，穿過插裝在撐持軸上的液壓馬達(dá)使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動。</p><p>　　轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承用于全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)，分為三種類型：少支點(diǎn)支承滾輪式、多支點(diǎn)支承滾子夾圈式和滾動軸承式。以前挖掘機(jī)和起重機(jī)都采用滾輪式或滾子夾圈式支承，但此兩種方式有共同的缺點(diǎn)：回轉(zhuǎn)阻力大、尺寸大、機(jī)械重心

63、偏高、滾動部分露在外面、易污染、磨損快，從而使軌道與滾子間的間隙增加，工作時容易產(chǎn)生沖擊載荷，目前采用這兩種方式的較少。現(xiàn)在，液壓挖掘機(jī)已普遍采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承。因此此次設(shè)計(jì)采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承。</p><p>　　下面對滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐作以下介紹：</p><p>　　滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承（滾盤）是一個大直徑的滾動軸承，它能承受更大的軸向載荷和傾覆力矩。這種滾盤與普通的滾動軸承有

64、所不同，其轉(zhuǎn)速很慢(挖掘機(jī)為7~10r/min)。一般軸承滾道中心直徑與高度之比為4~5，而滾盤則為10~15。這種支承的剛度較差，工作中靠支承連接結(jié)構(gòu)來保證。</p><p>　　圖4.2 滾動軸承式支承</p><p>　　1—下座圈；2—調(diào)整墊片；3—上圈座；4、5—螺栓；6—內(nèi)齒圈；7—隔離體；8—滾動體； 9—油嘴；10—密封裝置</p><p>

65、;　　滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承的典型構(gòu)造如圖4.2所示。內(nèi)座圈或外座圈可加工成內(nèi)齒圈或外齒圈。帶有齒圈的座圈為固定座圈，用沿圓周分布的螺栓4、5固定在底座上。不帶有齒圈的座圈為回轉(zhuǎn)圈，用螺栓與挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺連接。裝配時，可先將座圈1、3和滾動體8裝好，形成一個完整的部件，然后再與挖掘機(jī)組裝。為保證轉(zhuǎn)動靈活，防止受熱膨脹后產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，滾盤要留有一定的軸向間隙。此間隙因加工誤差和滾道與滾動體的磨損而變化。故在兩座圈間設(shè)調(diào)整墊片2(裝配和修理時可以調(diào)

66、整間隙)。隔離體7用來防止相鄰滾動體8間的擠壓，減少滾動體的磨損，并起導(dǎo)向作用。 </p><p>　　滾動體可以是滾珠或滾柱，它與滾道接觸點(diǎn)的法線同軸承水平軸線間夾角稱為接觸角 (圖4.3)。滾道半徑R與滾珠直徑d(d=2r)的關(guān)系一般為:R=0.52d。</p><p>　　圖4.3 接觸角示意圖</p><p>　　小齒輪與齒圈的嚙合有內(nèi)、外嚙合兩種方式。&

67、lt;/p><p>　　內(nèi)嚙合時，齒根強(qiáng)度較大、防塵能力好、機(jī)體高度可降低、支承結(jié)構(gòu)簡化；缺點(diǎn)是保養(yǎng)困難、造價高、減速比小(即節(jié)圓直徑小)，由于受支承直徑的限制，多用在中小型挖掘機(jī)上。</p><p>　　外嚙合齒圈的節(jié)圓直徑大，減速比也大，因而可用于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、減速比小的回轉(zhuǎn)減速箱；但齒輪外露，易污染磨損，需加防護(hù)罩。</p><p>　　根據(jù)滾動體的型式與排數(shù)

68、，滾動軸承式支承主要有以下幾種型式。</p><p><b>　?、倥艥L珠式</b></p><p>　　單排滾珠式回轉(zhuǎn)支承的滾道一般為圓弧曲面，如圖4.4所示。</p><p>　　滾珠與內(nèi)、外座圈的滾道為四點(diǎn)接觸，接觸角一般為45°。</p><p>　　在承受載荷時，座圈會產(chǎn)生偏移。內(nèi)圈向左偏移，使右面滾

69、珠受到數(shù)值更大的下壓力；右面滾珠受向上的擠壓力。若同時有水平力作用，也由滾珠承受。因此，它可傳遞不同方向的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩。</p><p>　　圖4.4 單排滾珠式回轉(zhuǎn)支承</p><p>　　a 外嚙合 b 內(nèi)嚙合</p><p>　　1—固定到底架上的下座圈；2—滾珠；3—固定到轉(zhuǎn)臺上的上座圈</p><p>　　由圖4

70、.5看出，滾珠受力大小與接觸角在接觸點(diǎn)上成正弦函數(shù)比例關(guān)系。外載荷增加，座圈偏移，增大，從而減少對滾珠的法向作用力。</p><p>　　圖4.5 滾珠受力示意圖</p><p>　　單排滾珠式支承的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、安裝中允許有適度的誤差，但滾道加工較復(fù)雜，承載能力小，屬于輕型回轉(zhuǎn)支承。若與其連接的構(gòu)件剛度較低，則在Q、M作用下，會引起滾道分離，影響嚙合。</p>

71、<p>　　滾珠的安裝方法有兩種：一、將座圈之一制成剖分式；二、內(nèi)、外座圈分別為兩個整體，滾珠和隔離體從內(nèi)圈或外圈的徑向裝填孔裝進(jìn)滾道。這種安裝方法成本低，且座圈為整體、剛性好，應(yīng)用廣泛，因此此次設(shè)計(jì)采用后者方案，如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 滾珠填充式安裝</p><p>　　1—外座圈；2—滾珠；3—內(nèi)座圈；4—裝填塞</p><p>

72、;<b>　?、陔p排滾珠式</b></p><p>　　雙排滾珠支承如圖4-7所示，由上、下兩排滾珠、內(nèi)外座圈、隔離體、密封和潤滑裝置等組成，內(nèi)外座圈中的一個可制成上下分片式。上排滾珠承受載荷較大，故滾珠直徑較小。在較大的軸向力和傾覆力矩作用下，可將其接觸角設(shè)計(jì)成能白由地移動到接近90°。因此，它的優(yōu)點(diǎn)是比同樣大小，同樣數(shù)目單排滾珠支承的承載能力大得多，且在承受載荷時，不會引起滾道

73、分離，保證齒輪正常嚙合，但它的缺點(diǎn)是成本較高。</p><p>　　圖4.7 a雙排同徑式滾珠支承 b雙排異徑式滾珠支承</p><p><b>　?、劢徊鏉L柱式</b></p><p>　　交叉滾柱支承結(jié)構(gòu)與單排滾珠支承類似，負(fù)荷通過圓柱形滾柱傳遞。滾珠以45°傾角交叉排列如圖4.8，可用隔離體亦可不用隔離體。某方向的一圈滾柱

74、承受一個方向的作用力，與之成90°方向交叉排列的滾柱則承受另一方向的作用力(可同時承受Q、M和H的作用)。根據(jù)載荷情況(Q、M的大小)，可將滾柱總數(shù)的2/3或3/4朝一個方向傾斜，以提高承受軸向力Q的能力，但此時要加隔離體。滾柱長度較其直徑小，以保證只與一對滾道表面接觸，承受一個方向的載荷。由于滾柱與滾道是線接觸，接觸應(yīng)力分布在整個滾道面上，延長了使用壽命并具有承載能力高、加工工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度小(降低重心，提高

75、穩(wěn)定性)等優(yōu)點(diǎn)，所以單斗液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用較多。但它對相鄰結(jié)構(gòu)的剛度和安裝精度要求較高，以防止出現(xiàn)邊緣載荷，形成點(diǎn)接觸。</p><p>　　圖4.8交叉滾柱支承</p><p>　　a—外嚙合 b—內(nèi)嚙合</p><p>　　液壓挖掘機(jī)工作時轉(zhuǎn)臺上部受力和載荷的合力位子是時常變動的，并偏向載荷方向。為均衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺上的各個裝置必須合理安排，并在尾部設(shè)置安裝配

76、重，以改進(jìn)轉(zhuǎn)臺下部構(gòu)造的受力，減少回轉(zhuǎn)支承的損耗，保障整機(jī)的安定性。</p><p>　　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)動小齒輪及固定齒圈。</p><p>　　4.2 回轉(zhuǎn)傳動裝置</p><p>　　4.2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)</p><p>　　回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)如圖4.9所示，一般采用斜軸式或斜盤式柱塞馬達(dá)，內(nèi)

77、部帶有液壓制動器及摩擦片式制動器。馬達(dá)的主要零件有固定式斜盤、缸體、柱塞、配流盤、馬達(dá)外殼和停車制動器。停車制動器是濕式多片制動器，由中心板和摩擦片組成。滑靴嵌入每根柱塞內(nèi)。而缸體內(nèi)共有根帶滑靴的柱塞。缸體通過花鍵裝在軸上。</p><p>　　回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的變化取決于由泵輸送來的油量大小。油泵來的油從馬達(dá)進(jìn)油口流入，使柱塞從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)移動。然后，滑靴沿著斜盤滑動，使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動。</p&

78、gt;<p>　　當(dāng)高壓油從進(jìn)油口進(jìn)入時，帶動回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸出軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩通過軸傳遞到回轉(zhuǎn)減速箱，帶動上部轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)?；赜蛷鸟R達(dá)出口流出，然后返回到液壓油箱中。當(dāng)高壓油以上述情況相反的方向進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)時，馬達(dá)反方向旋轉(zhuǎn)，同理上部轉(zhuǎn)臺也反向回轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖4.9 回轉(zhuǎn)馬達(dá)</b></p><p>　　1—中心板；2—摩擦片；3—配流盤；4—

79、滑靴；5—固定式斜盤；</p><p>　　6—馬達(dá)外殼；7—軸；8—柱塞；9—缸體</p><p>　　為把回轉(zhuǎn)液壓回路的壓力限制在過載溢流閥的調(diào)定值內(nèi)，并在轉(zhuǎn)臺啟動和停止時起緩沖作用，回轉(zhuǎn)馬達(dá)上設(shè)有防過載及補(bǔ)油閥組件。在執(zhí)行回轉(zhuǎn)平臺停止操作時，回轉(zhuǎn)操縱手柄回位，回轉(zhuǎn)馬達(dá)的進(jìn)油口和出油口均被關(guān)閉，而此時上部平臺結(jié)構(gòu)在慣性力作用下會帶動馬達(dá)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使馬達(dá)出油道中的壓力升高，進(jìn)油口壓力

80、降低至產(chǎn)生真空。防過載閥的作用就是在這種情況下釋放馬達(dá)內(nèi)部高壓，并吸收上部平臺結(jié)構(gòu)的慣性力，而補(bǔ)油閥組件為防止出現(xiàn)真空，將回油管中的油通過補(bǔ)油管和單向閥向馬達(dá)轉(zhuǎn)動組件補(bǔ)充油液。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)供油不足時，補(bǔ)油閥組件通過回油管背壓也可增加對馬達(dá)轉(zhuǎn)動組件的供油量。</p><p>　　4.2.2 回轉(zhuǎn)減速器</p><p>　　圖4.10 回轉(zhuǎn)減速器</p><p><

81、b>　?、俚退賯鲃臃桨?。</b></p><p>　　其優(yōu)點(diǎn)是零件少、結(jié)構(gòu)緊湊、能產(chǎn)生較大扭矩、扭矩與轉(zhuǎn)速均勻、低速穩(wěn)定性和制動性能好；缺點(diǎn)是馬達(dá)本身體積大、效率低。</p><p><b>　?、诟咚賯鲃臃桨?。</b></p><p>　　用高速定量軸向柱塞式液壓馬達(dá)通過齒輪減速箱驅(qū)動回轉(zhuǎn)小齒輪。高速馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上與同類型泵相

82、同，零件可通用，與低速馬達(dá)相比，其有優(yōu)點(diǎn)是體積小、效率高、不需背壓補(bǔ)油、便于設(shè)置小制動器、發(fā)熱及功率損失小、工作可靠。</p><p>　　4.3 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析</p><p>　　4.3.1 滿斗回轉(zhuǎn)時平臺加速</p><p>　　加速階段平臺總轉(zhuǎn)角為 （4.1）</p><p>　　

83、加速階段平臺總加速時間為 （4.2）</p><p><b>　　式中 —；</b></p><p><b>　　—；</b></p><p><b>　　—。</b></p><p>　　鑒于本設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)是對整機(jī)的造型建模及運(yùn)動仿真，因此建模

84、時在不影響整體仿真的情況下對此部分進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?lt;/p><p>　　4.3.2 滿斗回轉(zhuǎn)時平臺減速</p><p>　　挖掘機(jī)平臺制動力矩為常數(shù)，一般。設(shè)，則平臺滿</p><p><b>　　斗回轉(zhuǎn)減速時間為</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p>&l

85、t;p>　　平臺減速時轉(zhuǎn)角為 （4.4）</p><p>　　5 液壓挖掘機(jī)行走裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　行走裝置是挖掘機(jī)的支承部分，它承受機(jī)械自重及作業(yè)時的其它作用力，來保證挖掘機(jī)穩(wěn)定支承在地面上工作。</p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)廣泛采用履帶式和輪胎式行走裝置，此設(shè)計(jì)采

86、用履帶行走裝置。</p><p>　　5.1 行走裝置的介紹</p><p>　　履帶行走裝置的典型結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架4通過支重輪7、履帶5將載荷傳至地面。履帶呈封閉狀環(huán)繞過驅(qū)動輪1和導(dǎo)向輪2，為了減少履帶上分支撓度，履帶由1~2個托鏈輪2支持。行走裝置的動力由行走液壓馬達(dá)經(jīng)過行走減速機(jī)傳到驅(qū)動輪9，使整個行走裝置運(yùn)行。當(dāng)履帶由于磨損而伸長時，可由張緊裝置6調(diào)整

87、其松緊度。</p><p>　　圖5.1 履帶行走機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　1—驅(qū)動輪；2—托鏈輪；3—支重輪；4—行走架；5—履帶；6—張緊裝置；7—導(dǎo)向輪</p><p><b>　　5.1.1 驅(qū)動輪</b></p><p>　　圖5.2組合式履帶驅(qū)動輪</p><p>　　驅(qū)動輪常位于行

88、走裝置的后部，縮短履帶驅(qū)動段的長度并提高履帶的使用壽命，其形狀如上圖5.2</p><p><b>　　5.1.2 托鏈輪</b></p><p>　　托鏈輪的作用是托起上部履帶，防止其過度下垂。</p><p><b>　　5.1.3 支重輪</b></p><p>　　挖掘機(jī)行走時支重輪受到?jīng)_擊

89、，承受載荷較大，是挖掘機(jī)重力傳遞還給地面履帶的紐帶。由于其采用滑動軸承較多，因此采用油封防塵。</p><p><b>　　5.1.4 行走架</b></p><p>　　行走架按結(jié)構(gòu)的不同分為：箱式、組合式和整體式。</p><p><b>　?、傧涫叫凶呒?lt;/b></p><p>　　箱式結(jié)構(gòu)的

90、行走架，一般用在少支點(diǎn)支承的挖掘機(jī)上。底架為封閉的格式結(jié)構(gòu)，以保證其強(qiáng)度和剛度，底架一般直接和履帶架相連。為了方便運(yùn)輸，這種機(jī)構(gòu)往往做成將履帶架用高強(qiáng)度螺栓連接于行走架。箱式行走架剛度大、承載能力高，可保證挖掘機(jī)就地轉(zhuǎn)彎時有較好的剛性。缺點(diǎn)是驅(qū)動輪采用懸臂安裝方式，承受附加的彎矩，同時底架和履帶架的連接處受力也較大。</p><p><b>　　②組合式行走架</b></p>

91、<p>　　組合式行走架的底架為框架結(jié)構(gòu)，橫梁是工字鋼或焊接的箱形梁，插入履帶架孔中。履帶架通常采用下部敞開的“門”形截面，以方便安裝驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪和支重輪。組合式行走結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是不需改變底架結(jié)構(gòu)就能換裝加寬的橫梁或加長的履帶架，就能改善挖掘機(jī)的穩(wěn)定性并降低接地比壓。缺點(diǎn)是履帶架截面削弱較多，剛性較差，在截面削弱處很容易產(chǎn)生裂縫。</p><p><b>　?、壅w式行走架</b>

92、</p><p>　　整體式行走架是在組合式行走架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，適用于大批量生產(chǎn)以降低成本，現(xiàn)在中小型液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用極為廣泛。將底架、橫梁和履帶架焊為一體，使其具有構(gòu)造簡單、布置緊湊、質(zhì)量輕、剛性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于此結(jié)構(gòu)可使支重輪直徑做的較小，使得支重輪數(shù)量每邊可裝5至9個,因此機(jī)器重力和挖掘力產(chǎn)生的壓力，可以均勻的傳給地面，從而利于在承載能力較低的地面使用。</p><p>　

93、　結(jié)合上面分析，本次設(shè)計(jì)采用整體式行走架。如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 整體式行走架</p><p><b>　　5.1.5 履帶</b></p><p>　　考慮到機(jī)器的穩(wěn)定性、足夠的牽引力并適應(yīng)更困難的工況施工，此設(shè)計(jì)采用組合式履帶結(jié)構(gòu)。</p><p>　　5.1.6 履帶張緊裝置</p&

94、gt;<p>　　圖5.4 履帶張緊裝置</p><p>　　1—張緊輪；2—叉架；3—防塵油封；4—Y型油封；5—缸筒；6—O形圈；</p><p>　　7—緩沖彈簧；8—機(jī)架；9—彈簧座；10—彈簧桿；11—柱塞</p><p>　　履帶張裝置的作用是保證履帶行走裝置的正常工作，減小行走的沖擊載荷和額外的功率損耗，并保證履帶具有一定的張緊度。履帶的

95、張緊裝置借助于導(dǎo)向輪來實(shí)現(xiàn)對履帶的張緊。</p><p><b>　　5.1.7 導(dǎo)向輪</b></p><p>　　導(dǎo)向輪的作用是引導(dǎo)履帶正確旋轉(zhuǎn)以及防止其跑偏等。</p><p>　　5.2 行走裝置的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　圖5.5 行走裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　導(dǎo)向輪與張緊油

96、缸、張緊彈簧相連接，式履帶張緊度適當(dāng)；在履帶前端受到外力沖擊時，通過導(dǎo)向輪將沖擊力傳到張緊彈簧起緩沖作用，防止履帶損傷。</p><p>　　終傳動包括行走馬達(dá)和行走減速機(jī)構(gòu)，作為驅(qū)動輪為機(jī)器行走提供動力，將液壓能通過行走馬達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，經(jīng)過齒輪減速機(jī)構(gòu)減速，轉(zhuǎn)矩增加，由鏈輪帶動履帶轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)器行走。</p><p>　　6 液壓挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)</p><p>

97、;　　6.1 駕駛室的總體設(shè)計(jì)要求</p><p>　?、亳{駛室要視野開闊、美觀大方，具有一定的審美價值。比例、尺寸符合人機(jī)工程學(xué)及審美學(xué)要求。</p><p>　　②具有保障駕駛員人身安全的結(jié)構(gòu)形式或措施，主要指防傾翻裝置。</p><p>　?、凼覂?nèi)應(yīng)空氣暢通，溫度可以調(diào)節(jié)。</p><p>　?、芫哂懈魺帷p振及降噪功能。</p&

98、gt;<p>　　⑤具備足夠的剛性和強(qiáng)度。</p><p>　　圖6.1 駕駛室造型外觀圖</p><p>　　6.2 駕駛室座椅的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　①座椅的形式和尺度與駕駛者坐的目的有關(guān)；</p><p>　?、谧蔚某叨缺仨毰c相對應(yīng)的駕駛員測量值配合，人體坐姿時各關(guān)節(jié)舒適角度；</p><p&

99、gt;　?、圩蔚脑O(shè)計(jì)必須能提供駕駛者足夠的支撐與穩(wěn)定作用；</p><p>　?、茏蔚脑O(shè)計(jì)必須能使駕駛者改變其姿勢，但其椅墊必須足以防止坐姿行為中的滑脫現(xiàn)象；</p><p>　?、菘勘程貏e是在腰部的支撐，可降低脊柱所產(chǎn)生的緊張壓力；</p><p>　　⑥座墊必須有充分的襯墊和適當(dāng)?shù)挠捕仁怪兄趯⑷梭w的壓力分布于坐骨結(jié)節(jié)附近。</p><

100、p>　　6.3 操作裝置的布置要求</p><p>　　挖掘機(jī)駕駛員通過控制各種操作裝置來完成挖掘機(jī)的行走、運(yùn)轉(zhuǎn)以及鏟斗的挖掘、卸料等動作。挖掘機(jī)的主要操作裝置分為以下幾類，操縱桿、腳踏板、扶手和各種電氣按鈕。</p><p>　　操縱桿、腳踏板和扶手受自身形狀和體積的制約布置時必須綜合考慮各方面的因素，特別是人體生理學(xué)方面的要求。</p><p>　　液壓挖

101、掘機(jī)的駕駛室是操作人員的工作場所，由于挖掘機(jī)工作環(huán)境惡劣，噪聲大，操作人員極易產(chǎn)生疲勞，所以一個好的駕駛室的設(shè)計(jì)不僅要將各操作裝置布置合理，還應(yīng)使駕駛室有一定隔音效果和一個舒適的座椅。因此挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)應(yīng)采用人機(jī)工程學(xué)原理來設(shè)計(jì)。同時駕駛室應(yīng)具有一定的剛度，在翻車時能對操作人員起到一定安全保護(hù)作用。</p><p>　　7 液壓挖掘機(jī)整機(jī)的運(yùn)動仿真分析</p><p>　　此設(shè)計(jì)的最終

102、目的是通過建模實(shí)現(xiàn)利用軟件對整機(jī)運(yùn)動的Motion分析，進(jìn)一步體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)各主要部件的基礎(chǔ)上達(dá)到整機(jī)節(jié)能的目的。</p><p>　　達(dá)到節(jié)能目的的原理基礎(chǔ)是液壓二次調(diào)節(jié)技術(shù)。在恒壓力源網(wǎng)絡(luò)中，對液壓馬達(dá)（或液壓泵）進(jìn)行控制稱為二次調(diào)節(jié)。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由恒壓力源、變量馬達(dá)和蓄能器組成的控制系統(tǒng)。由于它沒有節(jié)流損失和溢流損失的缺陷，因此它的發(fā)展前景非常廣泛。</p><p>　　如下圖7.

103、1為整機(jī)的效果圖</p><p>　　綜上，履帶式液壓單斗挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，包括機(jī)器基本參數(shù)確定，各基本零部件的造型及整機(jī)的運(yùn)動模擬等，限于本人的能力，此設(shè)計(jì)可能仍有較多的漏洞，進(jìn)一步優(yōu)化的空間仍然很大，希望老師予以輔導(dǎo)從而使本設(shè)計(jì)不斷完善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黎志勒，黎蘇.汽車排氣系統(tǒng)

104、噪聲與消聲器設(shè)計(jì).中國環(huán)境科學(xué)出版社</p><p>　　[2]張志華，周松.內(nèi)燃機(jī)排放與噪聲控制.哈爾濱工程大學(xué)出版社</p><p>　　[3]鄧水英.挖掘機(jī)運(yùn)用與維護(hù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010</p><p>　　[4]液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)及使用[M].長沙：三一研究院，2006</p><p>　　[5] 王宗君. 加速挖掘機(jī)改

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106、;<p>　　[9] 劉宏軍,趙紅,翟斌;機(jī)械產(chǎn)品的CAD/CAM應(yīng)用及三維造型技術(shù)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2004年01期</p><p>　　[10] 何存興,等.液壓傳動與氣壓傳動.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000</p><p>　　[11] 席瓊,楊勝強(qiáng);基于Pro/E的機(jī)械動態(tài)仿真研究[J];機(jī)械管理開發(fā);2005年02期</p><p>

107、;　　[12]D.A.Bradely,D.W.Seward,The development,control and operation of an autonomous robotic excavator,J.Intell.Robot.Syst.21(1)(1998)73-97</p><p>　　[13]A.Stentz,J.Bares,Singh,P.Roweb,A robotic excavator for

108、 autonomous truck loading,Auton.Robots 7(2)(1999)175-186</p><p>　　[14]M.Ostoja-Starzewski,M.Skibniewski,A master-slave manipulator for excavation and construction tasks,Robot.Auton.Syst.4(4)(1989)333-337<

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110、rror correction,US Patent Application Publication No.20010168100,2006</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　走的最快的總是時間，在完成終稿的今天，經(jīng)過了幾個月的努力，此刻感受到有喜有悲。喜是因?yàn)榻?jīng)過幾個月的努力，查閱資料、閱讀文獻(xiàn)、原理分析、部件設(shè)計(jì)、運(yùn)動仿真，終于通過畢

111、業(yè)設(shè)計(jì)的形式有效的將大學(xué)期間所學(xué)相關(guān)知識進(jìn)行整合；悲是因?yàn)榇丝痰慕K點(diǎn)即為下一刻的起點(diǎn)，下一刻我們將自己闖蕩卻少了各位老師、各位同學(xué)、各位好友的陪伴。</p><p>　　此畢業(yè)設(shè)計(jì)是在李嵐老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從課題選擇到具體設(shè)計(jì)說明書整理無不凝聚著李嵐老師的創(chuàng)造性建議，若沒有老師的悉心指導(dǎo)也許我的設(shè)計(jì)并不會如此的順利，在此學(xué)生向李嵐老師表示深深的感謝和最崇高的敬意。</p><p

112、>　　同時，設(shè)計(jì)的順利完成也離不開其他老師的指導(dǎo)與同學(xué)的幫助。在此，感謝周榮安老師在軟件使用方面的指導(dǎo)，感謝李嵐老師在液壓只是方面對學(xué)生的補(bǔ)充與深化，感謝各位老師的幫助，幫助我完成大學(xué)期間知識的整合；感謝我親愛的同學(xué)們，是他們在我煩惱小問題時予以有效的解答，是他們給予我時刻的安慰。你們的幫助將成為我人生成長路上的寶貴回憶！</p><p><b>　　附 錄</b></p>

113、;<p><b>　　1 英文原文</b></p><p>　　Hydraulic Station and the development of hydraulic components Profiles Hydraulic Pump Station also known as the stations are independent h- ydraulic device. I

114、t requested by the oil gradually. And controlling the hydraulic oil flow direction, pressure and flow rate, applied to the mainframe and hy- draulic devices separability of hydraulic machinery. Users will be provided aft