機械畢業(yè)設計（論文）-中、小型液壓挖掘機系統(tǒng)執(zhí)行機構優(yōu)化設計【全套圖紙】

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論文）說 明 書</p><p>　　課題： 中、小型液壓挖掘機 </p><p>　　系統(tǒng)執(zhí)行機構優(yōu)化設計 </p><p>　　專 業(yè) 機械設計與制造 </p><p>　　班 級 機

2、械0532 </p><p>　　學 號 10 </p><p>　　姓 名 </p><p><b>　　指導教師 </b></p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p

3、>　　完成日期： 2010 年 3 月至 2010 年 6 月</p><p>　　湖南冶金職業(yè)技術學院機械工程系</p><p>　　湖南冶金職業(yè)技術學院</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）總成績單</p><p>　　湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）</p><p><b>　　指

4、導教師意見書</b></p><p>　　湖南冶金職業(yè)技術學院</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　湖南冶金職業(yè)技術學院</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）答辯表</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在搜集

5、了國內外挖掘機液壓系統(tǒng)相關資料的基礎上，了解了挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對挖掘機液壓系統(tǒng)的技術發(fā)展動態(tài)進行了分析總結。論文對挖掘機的各種工況進行了分析，系統(tǒng)總結了挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求。</p><p>　　本次畢業(yè)設計的課題是中、小型液壓挖掘機系統(tǒng)執(zhí)行機構優(yōu)化設計，小型挖掘機由多個系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉臺，油箱，發(fā)動機安裝等。本課題選擇了國內的質量和技術性能都接近設計

6、要求的6~8t挖掘機作為基型，并在此基礎上研究了國外的先進機型，設計出我們挖掘機的液壓系統(tǒng)方按圖，總體裝配圖以及相應的部件圖和零件圖。圖紙基本采用Auto CAD二維軟件。</p><p>　　本次的設計主要致力于分析和設計小型液壓挖掘機執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)化設計。本次設計主要介紹了小型挖掘機的液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構優(yōu)化設計和有關計算。首先介紹了小型挖掘機的工作概況及性能參數的設計要求，并根據性能參數來選擇主要的工作元件。接著

7、介紹了挖掘機機構的設計及分析工作裝置受力方面問題。最后，根據工作裝置的工作狀態(tài)，確定配重，轉臺重，進行整機平衡驗算分析了挖掘機作業(yè)時的狀態(tài)及自身穩(wěn)定性。</p><p>　　關鍵詞：優(yōu)化設計，執(zhí)行機構，平衡計算</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In collecting and hydraulic pr

8、essure system, on the basis of the relevant information about the history of the development of hydraulic pressure system, and the development of technology of hydraulic pressure system dynamic is summarized. The thesis

9、excavator working conditions were analyzed systematically summarized, hydraulic pressure system design requirements。</p><p>　　The graduation design topic is medium and small hydraulic excavator actuator syst

10、em optimization design of mini excavators, composed by multiple systems, including hydraulic system and transmission system, control system, device, chassis and engine installation, tank, channel. This topic selection of

11、 quality and the domestic technical performance are close to the requirement of design 6 ~ 8t excavator as base, and based on this study introduces foreign advanced type, design of hydraulic system w</p><p>

12、　　The design is mainly devoted to the analysis and design of small hydraulic excavator execution system optimization design. This design mainly introduces the hydraulic system of mini excavators of actuators optimization

13、 design and relevant calculation. Firstly introduces the general situation of mini excavators and performance parameters of the design requirements, and according to the performance parameters of the main components of w

14、ork to choose. Then introduces the design and analysis of exca</p><p>　　Keywords: miniature hydraulic crawler excavator, hydraulic system, bucket, AutoCAD</p><p><b>　　前言</b>&

15、lt;/p><p>　　液壓挖掘機是一種多功能的機械，目前被廣泛應用與水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕的勞力體力勞動，保證了工作質量，加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質量及高效率等特點，因此受到了大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產制造業(yè)日益蓬勃發(fā)展。</p><p>　　挖掘機液壓傳動緊密的聯(lián)系在一起，其

16、發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎。其結構主要是發(fā)動機，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)掘機的工作條件惡劣，要求實現的動作很復雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復雜的。因此，對挖掘機系統(tǒng)的分析設計已經成為推動挖掘機發(fā)展中最為重要的一環(huán)。</p><p>　　所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高機械水平，加快施

17、工進度，促進各項事業(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，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重大的意義。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要6</b></p><p>　　ABSTRACT7</p><p>　　第一章

18、緒論………………………………………………………………………… 10</p><p>　　1.1 . 液壓挖掘機的用途…………………………………………………………… 10</p><p>　　1.2 . 液壓挖掘機的概況…………………………………………………………… 10</p><p>　　1.2.1國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢………………

19、…………………… 10</p><p>　　1.2.2國內液壓挖掘機的發(fā)展概況………………………………………………… 13</p><p>　　1.3 . 液壓挖掘機的基本類型和主要特點………………………………………… 13</p><p>　　1.4 . 液壓挖掘機的主要優(yōu)點……………………………………………………… 14</p&

20、gt;<p>　　第二章 執(zhí)行機構參數的選定…………………………………………………… 15</p><p>　　2.1 . 挖掘機選型…………………………………………………………………… 15</p><p>　　2.2 . 挖掘機執(zhí)行機構設計計算…………………………………………………… 17</p><p>　　2.2.1．執(zhí)

21、行參數的選定………………………………………………………… 17</p><p>　　2.2.2. 動臂機構參數選擇……………………………………………………… 21</p><p>　　2.2.3 斗桿液壓缸的作用力……………………………………………………… 28</p><p>　　2.2.4 鏟斗連桿設計……………………………………………………

22、… 29</p><p>　　第三章 結構設計與受力分析…………………………………………………… 31</p><p>　　3.1 . 斗桿的受力分析 ……………………………………………………………… 31</p><p>　　3.2 . 動臂的受力分析……………………………………………………………… 33</p>

23、<p>　　3.3 . 計算……………………………………………………………………………… 34 第四章 整機平衡驗算…………………………………………………………………36</p><p>　　4.1 . 確定配重和轉臺重……………………………………………………………… 36</p><p>　　4.2 . 卸載時挖掘機的穩(wěn)定性計算…………………………………………

24、………… 37</p><p>　　4.3 . 作業(yè)穩(wěn)定性……………………………………………………………………… 38</p><p>　　4.3.1挖掘失穩(wěn)狀態(tài)……………………………………………………………………39</p><p>　　4.3.2卸載失穩(wěn)狀態(tài)……………………………………………………………………42</p><p>　　4

25、.4 . 自身穩(wěn)定性……………………………………………………………………… 46</p><p>　　4.5 . 行走穩(wěn)定性……………………………………………………………………… 47</p><p>　　第五章 畢業(yè)設計總結………………………………………………………………… 52 </p><p>　　第六章 參考文獻………………………………………

26、……………………………… 53</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 液壓挖掘機的用途</p><p>　　液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升，回轉至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的

27、土方機械。</p><p>　　液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑，交通運輸，水利施工，露天采礦及現代化軍事工程中都有著廣泛的應用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要的機械設備。</p><p>　　在建筑工業(yè)中，可用來挖掘基坑，排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進行裝卸，安裝，打樁和拔除樹根等作業(yè)。</p><p>　　在水利施

28、工中，可用來開挖水庫，運河，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。</p><p>　　在鐵路，公路建設中，用來挖掘土方，建筑路基，平整地面和開挖路旁排水溝等。</p><p>　　在石油，電力，通信業(yè)的基礎建設及市政建設中，用來挖掘電纜溝和管道溝等。</p><p>　　在軍事工程中，可用來筑路，挖壕溝和掩體，建造各種軍事建筑。</p&g

29、t;<p>　　在露天采礦場上，可用來剝離表土，采掘礦石或煤，也可用來進行堆棄，裝載和鉆孔等作業(yè)。</p><p>　　所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據建筑施工部門統(tǒng)計，一臺容量為1.0立方米的液壓挖掘機挖掘1-4級土壤時，每班生產率大約相當于300-400個工人一天的工作量。因此，

30、大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展有重要的意義。</p><p>　　1.2 液壓挖掘機的發(fā)展概況</p><p>　　挖掘機械的最早雛形，主要用于河道，港口的疏浚工作，第一臺有確切記載的挖掘機械是1976年英國人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機驅動的“動力鏟”于1835年在美國誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認為是現代挖掘

31、機的先驅，距今已有170多年的歷史。1950年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機。由于科學技術的飛速發(fā)展，各種新技術，新材料不斷在挖掘機上得到應用，尤其是電子技術和信息技術的應用使得液壓挖掘機在作業(yè)效率，可靠性。安全性和操作舒適性以及節(jié)能，環(huán)保等方面有了長足的進步。目前液壓挖掘機已經在全世界范圍內得到廣泛應用，成為土石方施工不可缺少的重要機械設備。</p><p>　　1.2.1 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨

32、勢</p><p>　　工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生產較早，產品線齊全，技術成熟。美國，德國和日本是液壓挖掘機的主要產國，具有較高的市場占有率。從20世紀后期開始，國際上液壓挖掘機的生產從產品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎上向大型化，微型化方向發(fā)展；從功能上看，在滿足基本功能的基礎上，向多功能，專用化方向發(fā)展；從產品性能上看，向高效節(jié)能化，自動化，信息化，智能化的方向發(fā)展。</p><p&

33、gt;　　1. 液壓挖掘機的大型化和微型化</p><p>　　大型液壓挖掘機主要用于大型露天礦山的開采及大型基礎建設，多數為正鏟。如日本的日立建機開發(fā)的UH50型正鏟斗容量為1808立方米，整機質量為330t。日立建機于2004年開發(fā)成功了超大型液壓挖掘機EX8000，鏟斗容量為40立方米。整機質量達780t。目前全球最大型液壓挖掘機為TEREX-O&K公司制造的RH400型，整機質量達980t斗容量為

34、50立方米。大型液壓挖掘機的其他代表產品主要有小松的PC8000，三菱的MS1600，卡特彼勒的5130和5230，曼內斯曼-德馬克的H485以及利勃海爾的R992和R994等。</p><p>　　為滿足市政建設和農田建設的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25立方米的以下的微型液壓挖掘機，最小的斗容量只有0.01立方米。例如，美國卡特彼勒公司最近發(fā)布的302.5C微型液壓挖掘機，其整機質量只有2850Kg，配備三菱

35、S3L2型18.6KW柴油發(fā)動機，其排放符合美國EPA2級和歐2標準，所配斗容量范圍為0.035-0.092立方米，鏟斗挖掘力可達25KN。卡特彼勒公司最小的微型挖掘機為301.5，其整機質量只有1673Kg，發(fā)動機功率為13KW，斗容量范圍為0.018-0.056立方米。</p><p>　　2.液壓挖掘機的多功能化</p><p>　　中小型液壓挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置

36、。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，振搗器等，以滿足各種施工的需要。</p><p>　　3. 液壓挖掘機的電子化，信息化</p><p>　　世界上各大液壓挖掘機生產產商在應用新技術，新工藝，新結構，加快標準化，系列化，通用化發(fā)展速度的過程中，重視電子技術，信息技術在挖掘機上的應用，使挖掘機向高效，節(jié)能，安全，環(huán)保以及操作方便舒適的方向發(fā)

37、展。從20世紀80年代開始，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機，微處理器，傳感器和檢驗儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上的應用和推廣，并以成為液壓挖掘機現代化的重要標志。目前，先進的液壓挖掘機均裝有電子控制單元，用于發(fā)動機和泵閥的電子控制以及工作模式控制和工作狀態(tài)控制。應用在液壓挖掘機柴油機上的控制裝置主要有電子調速器，自動怠速系統(tǒng)，電子功率優(yōu)化系統(tǒng)和負荷傳感控制系統(tǒng)等?？ㄌ乇死蘸桶⑻乩沟裙鹃_發(fā)了挖掘機車載衛(wèi)星

38、全球定位系統(tǒng)，用戶可通過點心數據中心和國際互聯(lián)網隨時了解挖掘機工作位置和工作環(huán)境，并通過對各種參數的分析了解挖掘機的工作狀況，以確保安全使用和提高工作效率。</p><p>　　4.液壓挖掘機設計制造手段的現代化</p><p>　　美國，英國，日本等國家的液壓挖掘機制造廠商在更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命等方面做了大量的工作，推廣采用有限壽命的設計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理

39、論和方法，并將疲勞損傷累積理論，斷裂力學，有限元法，優(yōu)化設計，電子計算機控制的電波侍服疲勞實驗技術，疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究，提高了產品的質量和競爭力。</p><p>　　隨著大型CAE軟件的日漸成熟，虛擬設計技術和計算機仿真技術也被應用到液壓挖掘機的設計過程中。以往一種新機型需要記過多次反復試制，實驗和修改，一般需要幾年的時間才能定型。而采用虛擬設計和計算機仿真技術，新產品設計可利

40、用專業(yè)CAD軟件，有限分析軟件和動力學仿真軟件進行三維數字化建模，三維虛擬裝配和基礎零部件分析，優(yōu)化，并進行整機的虛擬樣機仿真和虛擬實驗，直接在虛擬樣機上修改設計，最終生成用于生產的產品工程圖和工藝文件，縮短了新產品的研制周期，加速了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程。</p><p>　　5.增強液壓挖掘機的安全性和舒適性</p><p>　　隨著世界貿易一體化進程的加快，各國對液壓挖掘機的乘員安

41、全保護及工作環(huán)境條件提出了更高的要求。國外先進的液壓挖掘機普遍帶有落物保護結構和滾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節(jié)的彈性坐椅，用隔音措施降低噪聲干擾，操縱機構采用液壓先導控制或電液比例控制，操作輕快，省力，操作環(huán)境的設計更加符合人機工程學。</p><p>　　6.液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)得到進一步的改進</p><p>　　國外液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢是高壓，高速，大流量。低成本，高質

42、量和高可靠性。國外知名公司的主流機型廣泛采用雙泵變量系統(tǒng)，液壓先導控制，負荷傳感控制等新技術。例如卡特彼勒公司新推出的325D型挖掘機系統(tǒng)壓力最大為35MPa，主泵流量為2*235L/min。卡特彼勒的D系列挖掘機提供兩種性能設定模式，標準操作模式和經濟操作模式，以增強操作人員對機器性能以及施工需要相匹配的控制能力。在標準模式中，可獲得高生產效率和燃油效率，在市政建設等較輕作業(yè)中，可切換到經濟模式，耗油量減少15%。</p>

43、<p>　　液壓挖掘機誕生50年來，它的基本結構，外型和工作原理并沒有出現較大的變化，但近來它有了較大的發(fā)展，主要表現在3方面：①廣泛的應用新技術特別是計算機的應用日益深入；②提高產品的可靠性和延長使用壽命；③加強勞動保護，改善司機的勞動條件。</p><p>　　計算機應用于挖掘機后使其節(jié)能，功率利用等各項性能提高，例如：日本加騰公司最新生產的HD-1250和HD-700型液壓挖掘機采用了計算機控

44、制的APC（Automatic Power Controller）系統(tǒng)。利用計算機控制后，挖掘機可以根據作業(yè)內容將現場狀況來控制液壓泵的供油量，保持發(fā)動機的功率。利用不同作用的傳感器將液壓挖掘機的各機構瞬時工作狀態(tài)變成參電量，再通過模/數轉換器把電參量傳到控制的APC系統(tǒng)，經計算機處理后反饋到APC控制閥和發(fā)動機油門控制器，達到隨時改變發(fā)動機和液壓缸的輸出率，使它們達到最佳大匹配。</p><p>　　APC系統(tǒng)

45、的自動降速機構具有on（接通），off（斷開），econo（經濟）3種方式可選擇。</p><p>　　On方式：當挖掘機提升鏟斗到卸載位置等待卸載時，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)動機的轉速自動降低到怠速空轉狀態(tài)，不僅能減少等待卸載時發(fā)動機功率消耗和降低油耗，而且還能降低噪音。</p><p>　　Econo方式：發(fā)動機的轉速設定于最能節(jié)省燃油的位置。此外，每

46、當按一次操縱桿上的快速油門快關即將發(fā)動機轉速降低和恢復到econo方式所設定的轉速。</p><p>　　Off方式：發(fā)動機的轉速機構斷開，采用人工手動降速。每當按一次操縱桿上的快速油門開關，即可將發(fā)動機轉速恢復到F原定的轉速。</p><p>　　APC系統(tǒng)還可以根據作業(yè)內和施工現場狀況任意選擇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。</p>

47、<p>　　H方式挖掘：是適合大型作業(yè)量和重載荷的挖掘作業(yè)，能在短時間內完成大量的工作，并能最大限度地利用挖掘機的輸出功率。</p><p>　　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)。</p><p>　　L方式挖掘：重視微動操作性，最合適與放坡開挖，整地等細致的輕度作業(yè)。</p><p>　　系統(tǒng)可自動控制H，M，L三種挖掘方式各

48、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種方式就能進一步節(jié)省油耗，提高功率利用率和降低噪聲。</p><p>　　同步動力系統(tǒng)：換向閥將閥芯位移量信號同時傳給同步控制閥，根據工作情況同步控制閥隨時改變液壓泵輸出流量。當換向閥處于不工作狀態(tài)時，此液壓系統(tǒng)將液壓泵的供油量控制到最小限度。而扳動換向閥的操縱桿移動時，使油泵量與換向閥操縱桿移動量成正比，因此，扳動中位和操

49、縱作業(yè)時，節(jié)省能量，減少因換向閥和中位時大量油壓回油箱造成動力</p><p>　　1.2.2 國內液壓挖掘機的發(fā)展概況</p><p>　　我國從1967年開始自行研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產品主要有上海建筑機械工廠的WY100、貴陽礦山機械廠的W4—60、合肥礦山機械廠的WY60等。到20世紀70年代末80年代初，長江挖掘機廠和杭州重型機械廠分別研制成功了WY160和WY250等液

50、壓挖掘機產品。從1994年考試，美國的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現代重工業(yè)以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公司先后在中國建立了中外合資、外商獨資挖掘機生產企業(yè)，生產具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產品。</p><p>　　近年來我過經濟增長迅速，液壓挖掘機市場需求不斷擴大，形成了巨大的挖掘機市場空間，但該行業(yè)主要

51、由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內一些工程機械行業(yè)的上市股份公司通過合資的方式介入了挖掘機產業(yè)，同時國內還有眾多的企業(yè)也在生產液壓挖掘機，但在生產規(guī)模、品種、質量等方面與國外大公司相比還有一定的距離。為了發(fā)展民族挖掘機產業(yè)，必須瞄準國際先進水平，圍繞國內外兩個市場，在充分利用國際化配套和國外先進技術的基礎上，增強自主創(chuàng)新意識，掌握核心設計制造技術，發(fā)揮性價比優(yōu)勢，提高產品競爭力，把我國液壓挖掘機產品做大做強。、</p>&

52、lt;p>　　1.3液壓挖掘機的基本類型和主要特點</p><p>　　挖掘機的種類繁多，可從不同角度對去類型進行劃分。</p><p>　　1根據液壓挖掘機主要機構傳動類型劃分</p><p>　　根據液壓挖掘機主要機構是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓傳動兩種。若挖掘、回轉、行走等幾個主要機構的動作均為液壓傳動，則成為全液壓傳動挖掘機。若液壓挖

53、掘機中的某一個機構采用機械傳動，則成為非全液壓傳動挖掘機。一般來說，這種區(qū)別主要表現在行走機構上。對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉機構必須是液壓傳動，只有行走機構有的是液壓傳動，有的為機械傳動。</p><p>　　2根據行走機構的類型分類劃分</p><p>　　根據行走機構的不同，液壓挖掘機可分為履帶式，輪胎式，汽車式，懸掛式及拖式。</p><p>　　履帶式

54、液壓挖掘機應用最廣，在任何路面行走均為良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需要支腿，適用范圍較大。在土質松軟或沼澤地帶作業(yè)的挖掘機，還可通過加寬和加長履帶來降低接地比壓。為防止對路面的碾壓破壞，有些液壓挖掘機還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機多為全液壓傳動。</p><p>　　輪胎式液壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多中路面通行的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產日漸增長。這種

55、挖掘機一般都是四點的，但也有三點的，它將前輪距縮小為一個支點，與后輪形成三點支承。這種形式不需要在前軸上采用平衡懸掛，簡化了前橋結構，減小了機器的轉彎半徑，提高了機動性。目前，輪胎式液壓挖掘機的行走部分多數采用機械傳動和單獨液壓馬達的集中傳動。</p><p>　　懸掛式液壓挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機上，可達到一機多用的目的。這種挖掘機拆卸方便，成本低廉。</p><p>

56、;　　汽車式液壓挖掘機一般采用標準的汽車底盤，速度快，機動性好。</p><p>　　拖式液壓挖掘機沒有行走傳動結構，行走時由拖拉機牽引。</p><p>　　3.根據工作裝置劃分</p><p>　　根據工作裝置結構的不同，可分為鏈接式和伸縮臂式挖掘機。鏈接式工作裝置應用較為普遍。這種挖掘機的工作裝置靠各構件繞鉸點轉動來完成動作。伸縮臂式挖掘機的動臂由住臂及伸縮臂

57、組成，伸縮臂可在主臂內伸縮，還可以邊幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡</p><p>　　1.4 液壓挖掘機的主要優(yōu)點</p><p>　　液壓挖掘機在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作，液壓傳動也機械傳動相比有許多優(yōu)點</p><p>　　①能無級調速且調速范圍大，例如液壓馬達的最高轉速與最低轉速之

58、比可達1000：1。</p><p>　　②能得到較低的穩(wěn)定轉速，例如柱塞式液壓馬達的穩(wěn)定轉速可低達1r/min。</p><p>　?、劭焖僮饔脮r，液壓元件產生的運動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)運轉時的驅動力大50%，而液壓馬達則不大于5%，加速中等功率電動機需1s，而加速液壓馬達只需0.1s。</p><p>　?、軅?/p>

59、動平穩(wěn)，結構簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現自動化控制。</p><p>　?、菀子趯崿F標準化，系列化、通用化。</p><p>　　基于液壓傳動的上述優(yōu)點，液壓挖掘機與機械挖掘機相比，具有下列主要特點。</p><p>　?、俅蟠蟾纳屏送诰驒C的技術性能，挖掘力大，牽引力大，機器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結構緊湊。液壓挖掘機與同級機械挖掘機相比，挖掘力約

60、高30%，例如1.0立方米液壓挖掘機鏟斗挖掘力為120.150KN，而同級機械傳動挖掘機只有100KN左右。</p><p>　　挖掘機在工作的時候的主要動作包括行走、轉臺回轉和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉和工作裝置的循環(huán)往復動作。這種往復運動速度一般不高，而所需的作用力卻很大，要求在短時間內通過變速或轉向來完成各種復雜動作。機械挖掘機在完成上述運動，需通過摩擦離合器，減速器，制動器，逆轉機構，提升

61、和推壓機構等配合來完成。因此，機械傳動挖掘機不僅結構復雜，而且還要產生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復雜的中間傳動，大大簡化了結構，也減少了易損件。由于結構簡化，液壓挖掘機的質量大約比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕30%，不僅節(jié)省了材料，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件相對獨立布置，使整機結構緊湊，外型美觀，同時，也易于改進和變型。</p><p>　?、谝簤和诰驒C的液壓系統(tǒng)有防止

62、過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導控制，無論驅動功率有多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。更換工作裝置時，由于不牽連轉臺上部的其他結構，因此更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構和推壓機構的牽連和限制。</p><p>　?、塾捎谝簤簜鲃右子趯崿F自動控制，因此現代液壓挖掘機普遍采用了以微處理器為核心的電子控制單元，使發(fā)動機，液壓泵，控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配的狀態(tài)下工

63、作，以實現節(jié)能和提高工作效率，同時還可以實現整機狀態(tài)參數的電子監(jiān)控和故障診斷。</p><p>　?、芤簤涸子趯崿F標準化、系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產，進一步提高質量和降低成本。</p><p>　　第二章 執(zhí)行機構參數計算</p><p><b>　　2.1挖掘機選型</b></p><p>　　液壓挖

64、掘機常用的有反鏟、正鏟、裝載、抓斗和起重裝置等。</p><p>　　挖掘機的行走裝置形式有：履帶式、輪胎式、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。</p><p><b>　　正鏟的工作特點：</b></p><p>　　具有足夠大的起升力和推壓力，推壓運動是強制運動，能用于各級土壤（除Ⅴ和Ⅵ級土壤先爆破）。&l

65、t;/p><p>　　正鏟挖掘機廣泛的用于建筑和采礦等工業(yè)，用來進行各種建筑工作中的土方工作，如掘掉高地，挖掘基坑，還用來做剝離工作和采掘工作。</p><p>　　挖掘時，動臂傾斜角度不變，斗桿及鏟斗作推壓運動造成復雜的運動軌跡。</p><p>　　動臂總是向上傾斜的，高于挖掘機的停機面，挖掘土壤是依靠斗柄轉動以及四連桿機構運動，由于這種結構特點，在一般的動臂和斗柄

66、尺寸下，不宜于挖掘低于停機面的掌子------工作對象，而適用于挖掘高于停機面得掌子，所以，正鏟挖掘機總是在掌子底部運行的。在地下水位較高的掌子中，工作有困難。</p><p><b>　　反鏟的工作特點：</b></p><p>　　斗中的土壤可以卸到掌子頂部（機停機平面上），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。</p&

67、gt;<p>　　反鏟能造成足夠的切削力，可以用來挖掘輕級、中級和重級的土壤（重級的土壤必須先爆破）。</p><p>　　反鏟挖掘機廣泛的用于建筑工程和軍事工程等方面，用來挖掘基坑、溝、水渠等。也就是挖掘低于停機面的土壤。</p><p>　　挖掘時，動臂逐漸向下傾斜，斗桿下端斗向下并向機體運動。因此，反鏟只宜挖掘機體平面以下的土壤，挖掘機是沿著掌子頂部邊緣運行的。<

68、/p><p>　　斗桿用銷固定在動臂端部，挖掘時，依靠鏟斗液壓缸，斗桿液壓缸聯(lián)合動作。同時，動臂也不斷轉動，改變傾斜角，這兩種運動造成斗的復雜的運動軌跡。</p><p>　　設計的目的主要用于路面維護，所以選用反鏟裝置。</p><p>　　表2-1 反鏟機構自身幾何參數表</p><p>　　2.2 挖掘機執(zhí)行機構設計計算</p>

69、;<p>　　2.2.1執(zhí)行機構參數選定</p><p>　　最大挖掘深度 3.2米</p><p>　　最大挖掘半徑 3.6米</p><p>　　最大卸載高度

70、 3.0米 </p><p>　　最大挖掘高度 2.5米</p><p>　　動臂鉸點距回轉中心 0.2米</p><p>　　動臂鉸點距地垂直距離 0.4米</p>

71、<p>　　最大傾角 60°</p><p>　　在大仰角 62.8°</p><p>　　最大挖掘力 10.5MPa<

72、;/p><p>　　最大挖掘力液壓系統(tǒng)工作壓力 16Mpa </p><p>　　鏟斗鉸點到齒尖V距離 0.45米</p><p>　　鏟斗上兩銷軸孔距=QK =0.2米</p>

73、<p>　　以上參數參考國內同類或相似機械，并參考國外BROKK系列擬定。</p><p><b>　　最大挖掘深度</b></p><p>　　圖 2-1 最大挖掘深度</p><p>　　當下置式動臂油缸全縮或懸掛式動臂油缸全伸時，滿足最大挖掘深度的約束</p><p><b>　　函數為：<

74、;/b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　最大挖掘半徑</b></p><p>　　圖 2-1 最大挖掘半徑</p><p>　　當斗齒尖V和鉸點C同在一條、水平線上，即=時，得到最大挖掘半徑的約束函數為：</p><p>&

75、lt;b>　　=0 （2-3）</b></p><p><b>　　同時有φ，φ</b></p><p>　　由參數約束函數的以下方程組：</p><p><b>　　把已知參數代入得</b></p><p>　　（4）、（5）聯(lián)立得，圓整取1.4m.</p>&l

76、t;p>　　, 圓整取1.6 m</p><p><b>　　由公式φ</b></p><p><b>　　COSθ=</b></p><p>　　--------------------------對國內外以有挖掘機結構計算表明，可采用</p><p>　　φ ≈φ=0.95參考[國外工程機

77、械]1984年1—6 。</p><p>　　求的最大卸載高度工況下，FCQ=,圓整取.</p><p>　　代入（6）求得最大仰角</p><p><b>　　最大卸載高度</b></p><p>　　當下置式動臂油缸全伸或懸掛式動臂油缸全縮時，QV連線處于垂直狀態(tài)時，滿足最大卸載高度的函數為：</p>

78、<p>　　θ- ＋θ- л） =0 </p><p>　　圖 2-2 最大卸載高度 </p><p><b>　　最大挖掘深度</b></p><p>　　當下置式動臂油缸全縮或懸掛式動臂油缸全伸時，滿足最大挖掘深度的約束函數為：</p><p>　　圖 2-3 最大挖掘深度</p>&

79、lt;p>　　2.2.2動臂機構參數選擇</p><p>　　動臂和動臂液壓缸的布置方案雖多，但大多數反鏟還是把動臂液壓缸置于動臂的下前方。</p><p>　　根據動臂液壓缸全伸、動臂處于上極限位置時液壓缸軸線對垂直線的關系，可有前傾式和后傾式兩種。當液壓缸長度AB、工作裝置長度鏟斗最大提升高度和最大挖掘半徑相同時，后傾式方案的最大挖掘深度比前傾式的小。后傾式方案中動臂的BF段往往

80、比前傾式的長，動臂受到的彎矩會加大，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，動臂在上下兩極限位置時液壓缸的作用力臂e也往往較大，所以在液壓缸作用力相同時后傾式方案有較大的作用力矩。</p><p>　　圖 2-5動臂缸前傾式</p><p>　　采用彎臂能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，動臂的彎角一般可取為～。彎角太小會對結構的強度不利。彎臂轉折出的長度比，初步設計時可

81、以取=1.4～1.6或ZC</p><p>　　用于計算動臂兩段的長度</p><p>　　利用公式 COS （2-7）</p><p><b>　　取～0.8</b></p><p><b>　　經過試取分析當m得</b></p>

82、;<p>　　滿足=1.4～1.6 此調整為1.427m</p><p>　　不論前傾式還是后傾式方案，當C、A兩點位置和CB長度不變時，增加液壓缸的長度可以加大動臂仰角，從而增大了斗的提升高度，但動臂俯角則受加長液壓缸位置的限制而可能會減小，使挖掘深度受到影響。如果將液壓缸鉸點設置在缸</p><p>　　體中部，縮短AB距離，上述情況能得到改善，

83、但在結構布置上會帶來困難，實際未見推廣應用。討論AC距離和AC對水平的傾角對于液壓缸作用力臂、轉角范圍的影響。</p><p><b>　　動臂液壓缸的作用力</b></p><p>　　動臂液壓缸應保證反鏟作業(yè)過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最高和最遠的位置，可選用三個計算位置：</p><p>　　從最大挖掘深度出提起滿

84、載斗。</p><p>　　=最大挖掘半徑時舉起滿載斗。</p><p>　　最大卸載高度時提起滿載斗。</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　------------------工作裝置各構件的重量。</p><p>　　---------------------斗

85、內土重，=（1.6～1.8）q。</p><p>　　---------------各構件及斗內土壤重心到C點的力臂。</p><p>　　-------------------動臂液壓缸作用力對C點的力臂。</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　由于目前尚沒有斗容q<0.1的裝置的構

86、件質量可供參考，這里選國外幾種斗容0.1的，然后作適當修正。</p><p>　　動臂 0.1t 斗桿 0.04t </p><p>　　鏟斗 0.05t 斗桿缸 0.

87、02t</p><p>　　鏟斗缸 0.03t 連桿搖桿 0.015t</p><p>　　動臂缸 0.03t 斗內土重 0.0972t </p><p>　　用于油缸下部鉸接與油缸力臂分析</p&

88、gt;<p>　　通過計算比較A在8點時㎝=0.2663m</p><p>　　此時求得最大仰角為、最大俯角為</p><p>　　動臂液壓缸行程0.37m。</p><p>　　分析動臂鉸點與力臂關系</p><p>　　圖 2-8 動臂鉸點</p><p>　　在以A為圓心、為半徑的圓弧上選擇了若干個

89、動臂鉸點位置、、、 。其中和為兩個邊界點（死點），此時動臂液壓缸的作用力臂為零。鉸點C在兩邊界點之間變動時，先使動臂擺角變小，然后又增大，而液壓缸的作用力臂總大于零。</p><p>　　專用反鏟要求地面以下挖掘時動臂液壓缸能有足夠的閉鎖力矩，在區(qū)段，以反鏟為主的通用型挖掘機要適當顧及其它換用裝置（如正鏟、起重等），要求在地面以上作業(yè)時能有足夠的提升力矩，對于通用液壓挖掘機，鉸點通常設置在點附近</p>

90、;<p>　　現假設C點固定，試選A點，作圖比較多種方案。</p><p><b>　　最大挖深工況</b></p><p>　　根據圖2-3測量得 45㎝=0.45m </p><p><b>　　最大挖掘半徑工況</b></p><p>　　根據圖2-1測量得

91、 </p><p><b>　　G為重力</b></p><p>　　0.972）×2.15535=3.172652 </p><p>　　P=27.99041261KN</p><p><b>　　最大卸載高度工況</b></p><p>　

92、　根據圖2-2測量得 </p><p><b>　　G為重力</b></p><p>　　通過計算比較以上三種工況下，動臂液壓缸滿足工作要求所需的最小推力為31.94KN，圓整為32KN，</p><p>　　2.2.3斗桿液壓缸的作用力</p><p>　　斗桿油缸的理論推力：<

93、;/p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　對于已定工作裝置的函數，因此的二元函數。當時，可以得到的最大值，但在這一位置用斗桿油缸挖掘已無實際意義，因為斗壁將先于斗齒與土壤接觸。</p><p>　　參考同類型機械選定斗桿油缸理論挖掘力為9KN </p><p>　　圖 2-13 斗桿挖掘 <

94、/p><p>　　2.2.4鏟斗連桿設計</p><p>　　反鏟鏟斗機構有四連桿的，也有六連桿的，此次選用四連桿.</p><p>　　1）鏟斗在挖掘過程中的轉角大致為～，為了要滿足開挖和最后卸載及運輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉角往往要達到～如圖 所示，設時斗齒尖為，則可能在 FQ延長線上，或在其上側～（此時Q為鏟斗仰角），在個別情況下，例如為了適應挖掘深溝

95、及垂直側壁的作業(yè)要求，不使斗底先于斗齒接觸土壤，常采用大仰角機構，這時仰角可能達到～，總轉角必須選擇恰當，不宜過大，一般在～之間，還應避免當轉斗液壓缸全伸時斗齒尖碰撞斗桿下緣的現象，</p><p>　　當斗桿液壓缸和轉斗液壓缸同時伸出最長時，鏟斗前壁與動臂之間的距離應大于10㎝。</p><p>　　2）從幾何可容性與結構布置的角度對鏟斗機構的要求：</p><p&g

96、t;　　在四連桿機構中，桿Qk和桿HK只能作同向旋轉，因此桿KH起始位置不能位于桿 QK的延長線上或右側，若不使N、H、K 三點成直線另外，為使曲柄搖桿機構正常工作時，G、M、N三點不能共線。在任何瞬間各構件之間都不應有干涉、碰撞現象。</p><p>　　液壓缸全伸和全縮長度之比應當在允許的范圍內，全行程中機構都不應出現死點，且傳動角應當在允許的范圍內。</p><p>　　鏟

97、斗上兩個鉸點K與V的間距太大將影響鏟斗機構傳動特性，太小將影響鏟斗結構剛度，一般取特性參數=0.3～0.38當鏟斗轉角較大時，取較小值。一般取=KQV=～</p><p>　　可選出若干組方案，用電子計算機或作圖法進行比較和優(yōu)化。</p><p>　　取仰角為、 總轉角從多個方案中選取3左極限位置m 右極限位置=0.16m。 連桿機構的搖桿長度為 14㎝、連桿長18㎝、鏟斗裝置上連桿取

98、16㎝斗桿上部分取為15㎝。鏟斗的目標挖掘力為10.5MPa，則鏟斗油缸的推力為=10.5×0.14×0.45÷（0.12×0.16）=35KN</p><p>　　圖 2-4 鏟斗連桿分析</p><p>　　第三章 結構設計與受力分析</p><p>　　3.1動臂的受力分析</p><p>　　動

99、臂的強度計算，同樣應按挖掘工作中可能出現的最大載荷來選定計算位置。一般認為最大載荷發(fā)生在鏟斗挖掘到最大深度時候。如果這時由于挖掘機的穩(wěn)定性或斗桿油缸承載能力的限制，在鏟斗切削刃上不能實現最大挖掘力，那么計算位置就應該選在使斗桿轉過一些角度的位置。</p><p>　　動臂上的作用的載荷：鏟斗油缸的計算力，動臂提升力和工作裝置的重量。</p><p>　　對A點列平衡方程，即可求得反力<

100、;/p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　反力可按下式卻地定：</p><p>　　φ （3-8）</p><p>　　鉸點B的合力可由作用在斗桿上的力多邊形來求得。該合力可分解成沿斗桿軸線方向和垂直于斗桿軸線方向的兩個分力S和R。</p><p

101、>　　動臂截面的載荷可假定為鏟斗以切削刃中間部分挖掘。</p><p>　　距鉸點B為的截面A處有下列載荷：</p><p><b>　　1：平面內的彎矩：</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中------在長度內的一段動臂重量。</p>

102、<p>　　------重量的重心到截面A的距離。</p><p>　　軸向力 （3-10） </p><p>　　距離鉸點B為的截面的載荷：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中 ------

103、在長度內的重量；</p><p>　　------重量之重心到截面之距離。</p><p><b>　　軸向力： </b></p><p>　　距離動臂支座為截面的載荷，按下式確定。</p><p>　　在臂架平面內的彎矩：</p><p><b>　?。?-12）</b>&

104、lt;/p><p>　　式中 ------自重對于截面的總彎矩；</p><p>　　------除這一段以外的動臂重量。</p><p>　　軸向力： （3-13）</p><p>　　距離動臂支座為截面內的載荷：</p><p>　　鉸點A的反力可按力多邊形來求得。把反力R分解為沿

105、著動臂軸線的力S和垂直于該軸線的力V。則臂架平面內的彎矩為：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中 ------在長度內的動臂重量；</p><p>　　------重量之重心到截面的距離。</p><p><b>　　軸向壓力：</b></p>

106、<p><b>　　則合成應力為：</b></p><p>　　3.2 斗桿的受力分析。</p><p>　　反鏟斗桿的計算位置，依挖掘力對斗桿可能產生的最大彎矩來確定。根據斗桿工作情況的分析和實驗可以看出，斗桿截面最大應力發(fā)生在用油缸進行挖掘的時候，這時動臂處在最低位置，斗桿油缸與斗桿尾部之間的夾角為90度，斗齒刃口位于斗桿中心線的延長線上。</p

107、><p>　　斗桿上的作用力有：鏟斗油缸的計算力，斗桿油缸的推力和作用在鏟斗切削邊上的水平力；鏟斗、斗桿和動臂的重量。</p><p>　　鏟斗挖掘時在鏟斗的切削刃上產生的切向阻力由斗桿油缸來克服，即：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　作用在鏟斗切削刃上的土壤法向阻力，由作用力相對于動臂底

108、部鉸點的總力矩來卻定：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中------動臂、斗桿和鏟斗的重量對A點的力矩。</p><p>　　解方程，并將上式代入計算得：</p><p>　　斗桿油缸的推力由相對于斗桿的轉軸（B點）的總力矩來求得：</p><p><

109、;b>　?。?-3）</b></p><p>　　鉸點B的合力可由作用在斗桿上的力多邊形來求得。該合力可分解成沿斗桿軸線方向和垂直于斗桿軸線方向的兩個分力S和R。</p><p>　　在截面A處的彎矩為：</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　在截面B處的彎矩和軸向力：&

110、lt;/p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　式中S----斗桿的縱向線和截面重心之間的距離。</p><p>　　截面上的合成應力為：</p><p><b>　　3.3 計算</b></p><p>　　箱型截面梁，材料選用普通碳素結構剛A3 &l

111、t;/p><p>　　機械性能 ～470MPa 伸長率%26</p><p>　　伸長率大于5%的材料通常稱為塑性材料，小于5%的稱為脆性材料。塑性材料以屈服極限或屈服強度為極限強度，對于脆性材料，以強度極限為強度極限。</p><p>　　許用應力 []= （3-15）<

112、/p><p>　　鉸接處安全系數取4 許用應力為60MPa</p><p><b>　　為極限強度</b></p><p>　　由力多邊行求的鉸點B的合力為115.8063MPa</p><p>　　延軸線方向113.4002KN 垂直于軸線方向23.4840KN 斗桿油缸的推力為105MPa。斗桿寬18㎝，板厚2㎝。

113、</p><p>　　從斗桿上各截面的力矩方程可推出力矩是距離的函數。由鉸點向兩頭彎矩漸漸變小。則可以只校核斗桿受最大彎矩時，鉸點位置和兩頭的位置的強度。</p><p>　　斗桿受最大彎矩時，由于斗桿油缸垂直于斗桿尾部，所以垂直點上的彎矩為0。參考材料力學上冊P182，其切應力主要由腹板負擔，可近似求得</p><p>　　= =105÷2÷2