7.5噸履帶式液壓挖掘機總體設(shè)計單獨論文不含圖

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1、摘 要本次設(shè)計的題目是小型 7.5 噸履帶式液壓挖掘機的總體設(shè)計。與其它類型的挖掘機相比，這種類型的挖掘機因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。液壓挖掘機的主要特點為：能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。本次設(shè)計的主要參數(shù)是斗容量 0.25m3,它屬于中小型液壓挖掘機，主要設(shè)計挖掘機的工作裝置。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：液壓挖掘機，挖掘機構(gòu) ABSTRACTThis designe

2、d topic is the marching 7.5ton hydraulic excavator excava -tional organization. Compared with other types excavators, this kind of type excavator used very universal that because has good through theper -formance, also may use to lengthens widens as well as the floating type caterpillar band to redu

3、ce pressure for the soft ground or the bogregion.The hydraulic excavator main characteristic is: not only can adjust s the stepless speed but also can adjust scope very big, can obtain a lower stable rotational speed, when action quickly, the hydraulic parts produce inertia small, accelerational the

4、performance good,and may make the high speed reverse, the transmission steady,structure simple, may absorb attacks and vibrates, the operation reduces effort, and to be easy to realize the automated control, is easy to realize the standardization, the seriation, the universalization.This designed ma

5、in parameter is scoop capacity 0.25m3, it is long to the middle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator，s the work installment.Key word：Hydraulic pressure excavator， Excavation organization目 錄1 緒論.11.1 液壓挖掘機的工作特點和基本類型 .21.2 液壓挖掘機的發(fā)展概況 .41.3 本次設(shè)計概述 .61.4 反鏟裝置的工作原理 .61.5 本次設(shè)計任

6、務(wù) .72總體設(shè)計方案.82.1 工作裝置設(shè)計方案原則 .82.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計方案原則（總體） .82.3 小結(jié).103挖掘機的工作裝置設(shè)計.113.1 確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 .113.2 確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置 .133.3 動臂、斗桿、鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇 .173.4 小結(jié).294 挖掘力的計算.304.1 工作液壓缸的理論挖掘力 .304.2 鏟斗挖掘阻力的計算 .334.3 理論挖掘力與挖掘阻力的比較分析 .354.4 小結(jié).365挖掘機液壓系統(tǒng)的介紹.375.1 確定液壓系統(tǒng)類型 .385.2 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇 .385.3 液壓系統(tǒng)初步計算 .

7、435.4 小結(jié).446 主要技能參數(shù)的計算.456.1 行駛速度的計算 .456.2 最大牽引力的計算與校核 .466.3 轉(zhuǎn)臺最大回轉(zhuǎn)速度計算 .486.4 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)最大驅(qū)動扭矩計算及校核 .486.5 履帶平均接地比壓計算 .496.6 小結(jié).507 油門控制系統(tǒng)的設(shè)計.517.1 總述 .517.2 總體方案的設(shè)計.517.3 油門控制系統(tǒng)硬件組成 .527.4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)置 .577.5 電氣控制系統(tǒng)分析.577.6 小結(jié).638 結(jié)論.64參考文獻.65致謝.661 緒論液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎(chǔ)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(zhuǎn)

8、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)的土方機械。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(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機械設(shè)備。在建筑工程中，可用來挖掘苦坑、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)。在水利施工中，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。在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘

9、電纜溝和管道等。在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。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(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗容量1.0m3的液壓挖掘機挖掘級土壤埋，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300400個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義1。1.1 液壓挖掘機的工作特點和基本類型1.1.1 液壓挖掘機的主要優(yōu)點液壓挖掘機在動力裝置之間采用容積式液

10、壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作。液壓傳動與機械傳動相比有許多優(yōu)點。能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達10001。能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達1r/min.快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作調(diào)整反轉(zhuǎn)。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)盍?xí)r的驅(qū)動力矩大50%，而液壓馬達則不大于5%，加速中等功率電動機需1s到數(shù)秒，而加速液壓馬達只需0.1s。傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制。易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化?；谝簤簜鲃拥纳鲜鰞?yōu)點，液壓挖掘機與機械傳動挖掘機相比，具有下列主要特點。

11、a大大改善了挖掘機的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機器重量，傳動平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機與同級機械傳動挖掘機相比，挖掘力約高30%，例如1.0m 液壓挖掘機鏟斗挖掘力120150KN，3而同級機械傳動挖掘機只有100KN左右。挖掘機在工作時的主要動作包括行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運動。這種入選運動一般速度不高，而所需作用力卻很大，要求在短時間內(nèi)通過變速或換向來完成各種復(fù)雜動作。機械傳動挖掘機完成上述運動需通過磨擦離合器、減速器、制動器、逆轉(zhuǎn)機構(gòu)、提升和推壓機構(gòu)等配合來完成。因此，機械傳動挖掘力不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性

12、力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復(fù)雜的蹭傳動，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機的質(zhì)量大約比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件可相對獨立布置，使整機結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時也易于改進或變型。b液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無論驅(qū)動功率多大，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(zhuǎn)臺上部的其他機構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構(gòu)和推壓機構(gòu)的牽連和限制。c由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液

13、壓挖掘機普遍采用了以微處理器國核心的電子控制單元（ECU），使發(fā)動機、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時還可實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。d 液壓元件易于實現(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)，進一步提高質(zhì)量和降低成本。1.1.2 液壓挖掘機的基本類型及主要特點液壓挖掘機種類繁多，可以從不同角度對其類型進行劃分。根據(jù)液壓挖掘機種類主要機構(gòu)傳動類型劃分。根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個主要機構(gòu)的動作均為液壓傳動，則為全液壓挖掘機。若液壓挖掘機中的某一

14、個機構(gòu)采用機械傳動，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機。一般說來，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機構(gòu)上。對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機構(gòu)必須是液壓傳動，只有行走機構(gòu)有的為液壓傳動，有的為機械傳動。根據(jù)行走機構(gòu)的類型劃分根據(jù)行走機構(gòu)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。履帶式液壓挖掘機應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機，還可通過加寬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。通用通常，履帶行走的液壓挖掘機多為全液壓傳動。輪胎式液壓挖掘機

15、具有行走速度快，機動性好，可在多種路面通行的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產(chǎn)量日漸增長。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，可以達到一機多用的目的。這種挖掘機拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車底盤，速度快，機動性好。拖式液壓挖掘機沒有行走傳動機構(gòu)，行走時由拖拉機牽引，根據(jù)工作裝置劃分根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點轉(zhuǎn)動來完成作業(yè)動作。伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。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。1.

16、2 液壓挖掘機的發(fā)展概況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 1796 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(qū)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(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機的先驅(qū)，距今已有 170 多年歷史。1950 年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機。由于科學(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)用使得液壓挖掘機在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進步。目前液壓挖掘機已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土

17、石方施工不可缺少的重要機械設(shè)備。1.2.1 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，具有較高市場占有率。2220 世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)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。1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況我國從 1967 年開始研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的 WY100、貴陽礦山機器廠的 W460、合肥礦山機器廠的WY60 等。到 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年

18、代初，長江挖掘機廠和杭州重型機械研制成功了 WY160 和 WY250 等液壓挖掘機產(chǎn)品。從 1994 年開始，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(xiàn)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(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產(chǎn)品。近年來我國經(jīng)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窨，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內(nèi)一些工程機械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機產(chǎn)業(yè)，同時國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘

19、機，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國際先進水平，圍繞國內(nèi)外兩個市場，在充分利用國際化配套的國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強自主創(chuàng)新意識，掌握核心設(shè)計制造技術(shù)，發(fā)揮性價比優(yōu)勢，提高產(chǎn)品競爭力，把我國液壓挖掘機產(chǎn)品做大做強1。1.3 本次設(shè)計概述由于參數(shù)機重7.5 噸,根據(jù)國內(nèi)外液壓挖掘機有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通G過類比法，選出鏟斗容量0.25m3。q本次設(shè)計斗容量為 0.25m3,全液壓履帶式挖掘機，由于履帶式液壓挖掘機因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。1.4 反鏟裝置的工作原理反鏟工作裝置

20、是液壓挖掘機的一種主要工作裝置，如圖 11 所示。圖圖 1-11-1 反鏟工作裝置反鏟工作裝置液壓反鏟工作裝置一般由動臂 1、動臂液壓缸 2、斗桿液壓缸 3、斗桿 4、鏟斗液壓缸 5、鏟斗 6、連桿 7 和搖桿 8 等組成。其構(gòu)造特點是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。動臂 1 的下鉸點與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸 2 來支承動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角，實現(xiàn)動臂的升降。斗桿 4 鉸接于動臂的上端，可繞鉸點轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸 5 控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗 6 則鉸接于斗桿 4 的

21、末端，通過鏟斗液壓缸 5 的伸縮來使鏟斗繞鉸點轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機構(gòu)（即連桿 7 和搖桿 8）與鏟斗連接。液壓挖掘機反鏟工作裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及其組合。反鏟液壓挖掘機的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時裝滿

22、鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。在實際工作中，熟練的液壓挖掘機人員可根據(jù)實際情況，合理操縱各個液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合工作，實現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動臂和斗桿同時工作；當(dāng)挖掘基坑底時，挖掘行程將結(jié)束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調(diào)整切削角時，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作1。1.5 本次設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計斗容量 0.25m3挖掘機的工作裝置及液壓系統(tǒng)，采用履帶式行走裝置，全液壓驅(qū)動。2總體設(shè)計方

23、案2.1 工作裝置設(shè)計方案原則設(shè)計合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求：主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機器相比的先進性?？紤]國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。整機挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具有一定的先進性。功率利用情況盡可能好，理論工作時間盡可能短。確定鉸點布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點構(gòu)件或配套構(gòu)件時要注意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡單，換裝方便。運

24、輸或停放時工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。工作裝置液壓缸設(shè)計應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置使于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。要采取合理措施來滿足特殊使用要求。2.2 液壓系統(tǒng)選擇方案原則（總體）按照挖掘機各個機構(gòu)和裝置的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機連接起來的組合體叫做挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機的機械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機械能，實現(xiàn)各種動作。2.2.1 單斗液壓挖掘機作業(yè)過程液壓

25、挖掘機的作業(yè)過程包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走，以及其它輔助動作，除輔助動作不需要功率驅(qū)動外，其它都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。由于挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求：實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化。因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應(yīng)變化。為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作同時進行，叫做復(fù)合動作，這兩項要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。2.2.2 對液壓系統(tǒng)作業(yè)動作要求液壓挖掘機的動作復(fù)雜，機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫

26、度變化和地理條件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，對其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的作業(yè)動作要求如下。保證液壓挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn)復(fù)合動作。保證工作裝置的動作與回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)動作既能單獨動作，又能作復(fù)合動作，以提高液壓挖掘機的作業(yè)效率。履帶式液壓挖掘機的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動，使挖掘機行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的機動性。保證液壓挖掘機工作安全可靠，對各機構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護措施。例如，對回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而下降過快；防止機器下坡

27、行駛時超速溜坡等。2.2.3 對液壓系統(tǒng)基本的要求根據(jù)液壓挖掘機的作業(yè)動作和環(huán)境特點，對液壓系統(tǒng)提出如下要求。液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性。液壓系統(tǒng)和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動沖擊作用下，應(yīng)具有足夠的可靠性。選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。由于液壓挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。在必要時采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機操作的舒適性，減輕操作人員的勞動強度。在液壓系統(tǒng)中采用先進的自動控制技術(shù)，提高液壓挖掘機的技術(shù)性能指標(biāo)

28、，使液壓挖掘機具有節(jié)能、高效和自動適應(yīng)負(fù)載變化的特點2。2.3 小結(jié) 本章介紹了液壓挖掘機的總體設(shè)計，了解液壓挖掘機的工作原理、液壓系統(tǒng)的大概理解、主要是工作裝置的設(shè)計的總體方案等。3挖掘機的工作裝置設(shè)計3.1 確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式3.1.1 確定動臂的結(jié)構(gòu)形式動臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動臂分為整體式和組合式兩類。 圖圖 3-1 整體式直動臂整體式直動臂直動臂構(gòu)造簡單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機,如圖31 所示。采用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。整體式彎動臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強度值得注意，有

29、時采用三節(jié)變動臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。整體式變動臂結(jié)構(gòu)簡單、價廉，風(fēng)度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺點是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴大機械通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說，長期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖 11 所示。組合式動臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。組合式動臂與整體式動臂相比各有優(yōu)缺點，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動臂的主要優(yōu)點是：工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進行調(diào)整。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時調(diào)整時間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時可以進行無級

30、調(diào)節(jié)。較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便。一般情況下，下動臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。 裝車運輸比較方便。由于上述優(yōu)點，組合式動臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用液壓挖掘機作業(yè)條件多時采用組合式動臂較為合適。本次設(shè)計作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動臂1。3.1.2確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式斗桿也有整體式和合式兩種，大多數(shù)挖掘機都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長度或杠桿時采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置24 個可供調(diào)節(jié)時選擇的與動臂端部鉸接的孔。有些反鏟采用組合式斗桿。3.1

31、.3 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)本次設(shè)計斗容量為 0.25 m3挖掘機，所以斗齒安裝方式為螺栓連接.3.1.4 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式（圖 32） ，其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同，圖 32a 為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機構(gòu)。圖 32b 中鏟斗液壓缸通過搖桿 1 和連桿 2 與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機構(gòu)。圖 32d 和圖32b 類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。圖 32c的機構(gòu)傳動比與 b 差不多，但鏟斗擺角位置順時針方向轉(zhuǎn)動了一個角度。六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大

32、的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機構(gòu)的傳動特性。六連桿方式 b 和 d 在液壓缸行程相同時，后者能得到更大的鏟斗轉(zhuǎn)角。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。本設(shè)計中選用圖 32b 的連接方式。圖圖 3-23-2 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式3.2 確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置反鏟工作裝置實際上是多個連桿機構(gòu)的組合。在發(fā)動機功率、整機質(zhì)量和鏟斗容量等主要參數(shù)及工作裝置基本形式初步確定的情況下，工作裝置各鉸點在布置及各工作油缸參數(shù)的選擇是否合理，會直接影響液壓挖掘機的實際挖掘能力。3.2.1 動臂油缸的布置圖圖 3-23-2 四連桿鏈接方式圖四連桿鏈接方式圖

33、動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式。油缸前傾布置方案，如圖 33 所示，動臂油缸與動臂鉸接于 E 點。當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。油缸后傾布置方案，如圖 34 所示，當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升到上極限位置時，動臂油缸軸線向后方傾斜。當(dāng)兩方案的動臂油缸安裝尺寸 DE、鏟斗最大挖掘高度 H 和地面最大挖掘半徑 R 相等時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即2h。此外，在后傾方案中，動臂 EF 部分往往比前傾方案的長，因此動臂1h所受彎矩也比較大。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。然而，后傾方案動臂下鉸點 C 與動臂

34、油缸下鉸點 D 的距離 CD 雙前傾方案的大，則動臂在上下兩極位置時，動臂油缸的作用力臂 Cp 也較大。因此，在動臂油缸作用國相同時，后傾方案得到較大的動臂作用力矩，這量其優(yōu)點。圖圖 3-33-3 動臂油缸前傾布置動臂油缸前傾布置圖圖 3-43-4 動臂油缸后傾布置動臂油缸后傾布置為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘機將長動臂 CEF改換成短動臂 CEF（圖 34） ，并配以長斗桿。在最大深度處挖掘時，采用鏟斗挖掘而還是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為。2h2h顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng) C、D 兩鉸點位置和CE 長度均不變時，通過加大動臂油缸長度可以增大動臂仰角，從而增大最大

35、挖掘高度，但會影響到最大挖掘測試。所以，在布置油缸時，應(yīng)綜合考慮動臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動臂舉升力的挖掘力等因素。本設(shè)計選用動臂油缸前傾布置方案1,2。3.2.2 斗桿油缸的布置確定斗桿油缸鉸點、行程及斗桿力臂比時應(yīng)該考慮下列因素。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推伸時和油缸最大伸出時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的偷稅漏稅力矩應(yīng)該足以支承滿載鏟斗和斗桿靜止不動。油缸力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘范圍可以取得越小一些。保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取 100130。在斗桿油缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之

36、間的距離應(yīng)大于10cm。一般來說，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小一些。鉸點位置的確定需要反復(fù)進行。在計算中初定鉸點位置，如不夠合理，應(yīng)進行適當(dāng)修改。3.2.3 鏟斗油缸的布置確定鏟斗油缸鉸點應(yīng)考慮以下因素。保證轉(zhuǎn)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)鏟斗油缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動.保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140160，在特殊作業(yè)時可以大于180，擺角位置可以按圖3-5布置。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1525，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時

37、，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。鏟斗從位置到位置時（圖35） ，鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗齒最大切削角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時，正好斗齒挖掘力也最大。實際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。在許多情況下，特別是進行復(fù)合動作挖掘時，鏟斗的切削轉(zhuǎn)角一般都小于100，而且鏟斗也不一定都在初始位置開始挖掘。因此，目前一般取位置至位置的轉(zhuǎn)角為3050，在這個角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開始挖掘時就有一定的挖掘力1。圖圖 3-5 鏟斗擺角范圍鏟斗擺角范圍3.3 動臂、斗桿、鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇3.3.1 反鏟裝置總體方案的選擇反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計

38、任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時照顧其它條件下性能。反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面：動臂及動臂液壓缸的布置確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式或整體式動臂的形狀。確定動臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。前面已確定采用整體式動臂，動臂液壓缸的布置為下置式。斗桿及斗桿液壓缸的布置確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點調(diào)節(jié)。前面已確定采用整體式桿。確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)=。1K21l

39、l對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)2 時， （有反鏟取3）稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng)1K1K1.5 葉屬于短動臂長斗桿方案。在 1.52 之間稱為中間比例方1K1K案。要求適用性較強而又無配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的反鏟常取中間比例方案。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時，不同的配置或鉸點連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對象明確的條件下采用整體式動臂和斗桿固定鉸接，值由作業(yè)條件確1K定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，愈大1K作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看大宜用于斗桿挖掘為主，因其剛度較易1K保證。而值小宜用于以轉(zhuǎn)斗

40、挖掘為主。1K本設(shè)計采用中間比例方案,取1.75。1K確定配套鏟斗的種類、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機構(gòu)傳動比是否需要調(diào)節(jié)。根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比。考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運動幅度等因素一般取1.61.7，個別情況下因動臂擺角和鉸點布置要求可以取11.75，而取1.61.7，1.61.7。1233.3.2 機構(gòu)自身幾何參數(shù)機構(gòu)自身幾何參數(shù)有三類，第一類是決定機構(gòu)運動特性的必要參數(shù)，稱原始參數(shù)，本次設(shè)計主要選擇長度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類是由第一類參數(shù)推算出來的參數(shù)，稱推導(dǎo)參數(shù)，多為運

41、算中需要的角度參數(shù)；第三類是作方案分析比較所需要的其它特性參數(shù)。反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算圖式及有關(guān)符號于圖 3-7 所示。反鏟機構(gòu)各部分原始參數(shù)、推導(dǎo)參數(shù)和部分特性參數(shù)見表 3-1 所示。圖圖 3-73-7 反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算簡圖反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算簡圖表表 3-13-1 反產(chǎn)機構(gòu)自身幾何機構(gòu)表反產(chǎn)機構(gòu)自身幾何機構(gòu)表機構(gòu)組成鏟斗斗桿動臂機體參數(shù)分類符號意義原始參數(shù)L3=QV,l12=MHl13=MN,l14=HNl24=QK,l25=KVl29=KHl2=FQ,l9=EFl10=FG,l11=EGl15=GN,l16=FNl21=NQl1=CF,l6=CDl7=CB,l8=DF

42、l22=BFl4=CP,l5=CAl17=CI,l19=CTl30=CS,l38=JTl39=JI推導(dǎo)參數(shù)9NMH10KQV4EFG5GNF6GFN7NQF8NFQ2BCF3DFC11CAP9TCPK2=,l392llK2=,l34142ll1CZF=57ll特性參數(shù)K2=,l3324llK1=21ll11備注l 斗桿長2l1動臂長1動臂彎角懸掛式11ACU3.3.3 斗形參數(shù)的選擇鏟斗的參數(shù)選擇圖圖 3-83-8 鏟斗主參數(shù)示意圖鏟斗主參數(shù)示意圖斗容量、平均斗寬，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角qBR（這里令）是鏟斗的四個主要參數(shù)。、及三者與之2maxRB2q間有以下幾何關(guān)系（圖 38） 。=

43、 (31)qSKBR)2sin2(212其中：0.25 m3 其中：=0.25m3鏟斗斗容量；qq鏟斗挖掘半徑，單位m；R鏟斗斗寬，根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計值和推薦范圍，查表B261，取800mm；B 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取90100，取22951.658rad。2把、代入式(31)得：qB20.250.8（1.658sin95）212RSK其中是土壤的松散系數(shù)，取近似值 1.25。SK解得：869mmR鏟斗上兩個鉸點與的間距（圖 37）太大將影響鏟斗傳動KQ24l特性，太小則影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度，一般取特性=0.30.38,取2k324ll0.340.34，=869mm1,2,3。2k324ll

44、R3.3.4 動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇由于參數(shù)機重7.5 噸,根據(jù)國內(nèi)外液壓挖掘機有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通G過類比法，選出鏟斗容量0.25m3。q又根據(jù)經(jīng)驗公式計算法，參考表 1-3 機體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù)表，線尺寸參數(shù):=mLiLik3G得出: 最大挖掘半徑=3.35=6557mm；R13G 最大挖掘深度=2.05=4013mm；Hmax13G 最大卸載高度1.55=3034mm；Hmax33G據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑值一般與+ + 的和值很接近。因R1l1l2l3此由要求，已定的和可按下列經(jīng)驗公式初選、：R13l1Kl1l2（3-l21311KLR2） =Kl1l2其中：=6557mm；1.75；L3=

45、869mmR11K經(jīng)計算得出：=1750mm；l2 = 3720mml1在三角形 CZF 中，、和都可以根據(jù)經(jīng)驗初選出：1l13K其中：動臂的彎角，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，1但太小對結(jié)構(gòu)的強度不利，一般取 120140，取140；1前面已算出為 3720mm；l1動臂轉(zhuǎn)折處的長度比，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點 B 的位置3KZCZF來考慮，初步設(shè)計取1.11.3，取1.2；3K3K動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比 K4按不同情況選取，專用反鏟可取0.8；以反鏟為主的通用機，0.81.1；斗容量 1m3左右的4K4K通用機，則可取1。4K本設(shè)計中取1。4K的取值對特性參數(shù)、最大挖掘

46、深度和最大挖高114KHmax1有影響。Hmax2加大會使減小或使增大，這下符合反鏟作業(yè)要求，因此基11Hmax1本用作反鏟的小型機取60。11本設(shè)計中取70。11斗桿液壓缸全縮時=最大，常選 （）CFQ832832=160180.max本設(shè)計中?。ǎ?70。832max圖圖 3-93-9 液壓缸布置圖液壓缸布置圖取決于液壓缸布置形式， （圖 3-9） ，動臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一BCZ夾角較小，可能為零。動臂單液壓缸在動臂上的鉸點一般置于動臂下翼加耳座上，B 在 Z 的下面。初定BCZ5，根據(jù)已知ZCF18.1 ，解得BCF13.1。 由圖 3-12 得最大卸載高度的表達式為+）211max111

47、15Amax3sin(sinYHll 32118max1max322)180sin(ll（3-4）由圖 3-13 得最大挖掘深度絕對值的表達式為 AYllllH1152min111123max1sin)sin( （3-5）將這兩式相加，消去，5l并令，+-，得到：A112BA8max32- -A)Hmax1Hmax3l1)sin(max1Asin(min1+-1=0 （3-2l)Bsin(max16）又特性參數(shù)：圖圖 3-103-10 動臂機構(gòu)簡圖動臂機構(gòu)簡圖4Kmin11max1sinsin （3-7）因此sinmin114max1sinK=) （3-8）cosmin12124max12si

48、n(1K 將上式代入式（3-6）則得到一元函數(shù) f()=0。式中和max1Hmax1H已根據(jù)經(jīng)驗公式計算法求出，max3經(jīng)計算得出：29.6；73.5min1max1最后由式（3-5）求為5l（3-9）5l11max1min1123sin)sin(HYAlllA615mm（其中：=3720mm；1750mm；70+13.1=83.1；由于履帶總高1l2lA0.320.626，近似取=63mm）3GAY然后，解下面的聯(lián)立方程，可求 和 ：=arcos()=arc()min1572min125272 llLll2122 =arcos()=arc() （3-10max1572max125272 ll

49、Lll2222）于是：=min1L5l =x max1Lmin1L（3-11） =1Lmin1L經(jīng)計算得出：1.63；0.67；=952mm；min1L152mm；=161mmmax1L7l得到的結(jié)果符合下列幾何條件：+=2.36；|- =0.9613.3.5 斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇計算斗桿挖掘阻力：斗桿挖掘過程中，切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角=5080,取65，在這轉(zhuǎn)角gg過程中，鏟斗被裝滿，這時半齒的實際行程為：grs601745. 0其中：斗桿挖掘時的切削半徑，；6r6rFV取2.0680.8691750mmmaxFV32ll 斗桿挖掘時的切土厚度

50、可按下式計算：ghSgBSKqh SgBKrq601745. 0斗桿挖掘阻力為： (312)sgggKrqKBhKW600101745. 0式中挖掘比阻力，由表 010查得，20（級土壤以下）0K0K土壤松散系數(shù)近似值取 1.25。sK斗桿與鏟斗和之間，為了滿足開挖和最后卸載及運輸狀態(tài)2l3lminFV的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達到 150180，322min2322230cosllFVll計算得：1385mmmin6rminFV把、代入式 3-12 得0Kqmin6rgsK2.546KN1,4sgggKrqKBhKW600101745. 03.3.6 連桿，搖臂參數(shù)的選擇 從幾何可容性與結(jié)構(gòu)

51、布置的角度對鏟斗機構(gòu)的要求考慮，必須保證鏟斗六連桿機構(gòu)在全行程中任一瞬間時都不會被破壞，即保證、3lGFN及四邊形在任何瞬間皆成立。根據(jù)鏟斗六連桿機構(gòu)的要GNMHNQK求，借助電子計算機選出可行的方案5,6：HN=420mm； NQ=256mm； HK=360mm； QK=327mm3.4 小結(jié) 本章主要對工作裝置的各個參數(shù)進行設(shè)計，其中包括鏟斗的主要參數(shù)，斗桿，動臂的長度，以及其中各種角度的選擇，一個四連桿機構(gòu)參數(shù)的選擇等。4 挖掘力的計算4.1 工作液壓缸的理論挖掘力 挖掘力是衡量反鏟裝置挖掘性能的重要指標(biāo)之一。關(guān)于挖掘力的概念目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一的定義，因此可比性較差。4.1.1 鏟斗連桿機

52、構(gòu)的傳動比利用圖中鏟斗連桿機構(gòu)傳動比計算簡圖計算其傳動比。鏟斗液壓缸對 N 點的作用力臂為 r1=l4sin(a6+a10)連桿 HK 對 N 點的作用力臂為 r2=l4sin(a8)連桿 HK 對 Q 點的作用力臂為 r3=l2sin(a9)鏟斗連桿機構(gòu)總的傳動比為 i=（r1 r3）/（r2 l1）4.1.2 鏟斗液壓缸的理論挖掘力反鏟裝置主要采用斗桿液壓缸或鏟斗液壓缸進行挖掘。假定不考慮下列因素：工作裝置自重和土重；液壓系統(tǒng)和連桿機構(gòu)的效率；工作液壓缸的被壓。工作液壓缸外伸時由該液壓缸理論推力所產(chǎn)生的斗齒切向挖掘力稱為工作液壓缸的理論挖掘力。圖圖4-14-1 鏟斗液壓缸理論挖掘力計算簡圖

53、鏟斗液壓缸理論挖掘力計算簡圖如圖，鏟斗挖掘時鏟斗液壓缸的理論挖掘力為F=F1 (r1 r3)/(r2 l1)=F1 r式中 F1鏟斗液壓缸的理論推力，F(xiàn)1=p A3，A3為鏟斗液壓缸大腔作用面積，p為液壓系統(tǒng)的工作壓力因挖掘力是隨著鏟斗轉(zhuǎn)角的變化而變化的，計算位置較多，為了減少計算量采用 軟件編程計算各位置的挖掘力，并找到其最大挖掘力。C語言程序如下：#include#include#define 11 1200#define 12 405#define 13 350#define 14 510#define 15 450#define 16 1811#define a1 1.745#defi

54、ne a7 0.224#define F1 226822.99Main()FILE*fp;Float I,17,a2,a4,a6,a8,a9,a10,r,r1,r2,b1,b2,r3,L3,F;For(i=2.966494;i=0;i=i-0.0175)a2=2*3.1415926-a1-i-0.870505;If (a2=3.1415926)a2=a1+i+0.87045;17=sqrt(pow(12,2)+pow(13,2)-2*12*13*cos(a2);a4=acos(pow(l3,2)+pow(l7,2)-pow(l2,2)/(2*l3*l7);a5=acos(pow(l4,2)+p

55、ow(l7,2)-pow(l5,2)/(2*l4*l7);a6=3.1415926-a5-a7;a8=acos(pow(l4,2)+pow(l5,2)-pow(l7,2)/(2*l4*l5);L3=sqrt(pow(l4,2)+pow(l6,2)-2*l4*l6*cos(a6);a10=acos(pow(L3,2)+pow(l6,2)-pow(l4,2)/(2*L3*l6);r1=l4*sin(a6+a10);b1=(3.1415926-a2-a4);b2=(3.1415926-a5-a8);r3=l2*sin(b2-b1);else if(a23.1415926)a2=2*3.1415926

56、-a1-i-0.870405;l7=sqrt(pow(l2,2)+pow(l3,2)-(2*l2*l3*cos(a2);a4=acos(pow(l3,2)+pow(l7,2)-pow(l2,2)/(2*l3*l7);a5=acos(pow(l4,2)+pow(l7,2)-pow(l5,2)/(2*l4*l7);a6=3.1415926-a4-a5-a7;a8=acos(pow(l4,2)+pow(l5,2)-pow(l7,2)/(2*l4*l5);L3=sqrt(pow(l4,2)+pow(l6,2)-2*l4*l6*cos(a6);a10=acos(pow(L3,2)+pow(l6,2)-p

57、ow(l4,2)/(2*L3*l6);b1=(3.1415926-a2-a4);b2=(3.1415926-a5-a8);a9=3.1415926-b1-b2;r1=l4*sin(a6+a10);r3=l2*sin(a9);r2=l4*sin(a8);r=r1*r3/(r2*l1);F=F1*r;printf(%fn,F);fp=fopen(j11.txt,a+);fprintf(fp,%fn,F);fclose(fp); return(i);4.2 鏟斗挖掘阻力的計算鏟斗挖掘時，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯變化。經(jīng)過試驗表明，切削阻力與切削深度基本上成正比。但總的說前半過程切削阻力較后

58、半過程高，因前半過程的切削角不利，產(chǎn)生了較大的切削阻力，對斗形切削刃所作的大曲率切削試驗得到了同樣結(jié)果，其切削阻力可以用下列公式表達。 17000)cos1 (501235. 1maxmax1XZABDkkkkRCF式中土壤硬實密實計打擊次數(shù)，對級土壤，915，對級CC土壤，1635；本設(shè)計取15。CC鏟斗與斗桿鉸點齒尖距離，即鏟斗的轉(zhuǎn)斗切削半徑，m；DR0.803m.DR 挖掘過程中總轉(zhuǎn)角的一半，即最大轉(zhuǎn)斗挖掘力位置， （） ；前max面設(shè)計已得出47.5。max切削刃寬度影響系數(shù)，12.6b,b 為鏟斗寬度 0.75m；BkBk2.95m；Bk切削角變化影響系數(shù)，取1.3；AkAk斗齒的影

59、響系數(shù)，取0.75（無齒時取1） ；zkzkzk前邊斗齒對地面傾斜角度的影響系數(shù)，取1.151；XkXk因計算位置較多，計算量較大，故采用計算機軟件對其編程計算。 C語言程序如下：#include#includemain()FILE *fp;float b,c,i,F;for(i=0;i=1.66;i=i+0.0175) b=cos(0.830)/cos(0.830-i);c=120*(1-b);F=120*pow(c,1.35)*(1+2.6*0.97)*1.3*0.75*1.06+15000;printf(%fde%fn,i,F);fp=fopen(j2.txt,a+);fprintf(f

60、p,%fn,F);fclose(fp); return(i);4.3 理論挖掘力與挖掘阻力的比較分析 鏟斗挖掘力、挖掘阻力以及傳動比的關(guān)系如圖 4-2 所示： 圖圖4-24-2 鏟斗機構(gòu)載荷曲線圖鏟斗機構(gòu)載荷曲線圖從圖中可以看出鏟斗機構(gòu)的理論挖掘力能夠完成對類土壤的挖掘要求。其中最大理論挖掘力約為95KN，符合小型挖掘機設(shè)計要求。由上表可以看出該工作裝置的最大挖掘力可達到95KN，是同類型產(chǎn)品所不能達到的，具有一定的領(lǐng)先水平。4.4 小結(jié) 本章主要利用c語言編程來比較鏟斗的挖掘里和挖掘阻力，結(jié)合傳動比，最終得出它們?nèi)哧P(guān)系的曲線圖，使得簡單明了。5挖掘機液壓系統(tǒng)的介紹按照液壓挖掘機工作裝置和各

61、個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合，稱為挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓挖掘機的基本液壓系統(tǒng)是由能使挖掘機完成基本作業(yè)動作并以手動控制為主的基本功能回路所構(gòu)成的液壓系統(tǒng)。一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。執(zhí)行元件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，驅(qū)動負(fù)載做直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動?？刂圃锤鞣N液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同

62、，液壓閥可分為壓力控制、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（安全閥） 、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方向不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例閥。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。液壓系統(tǒng)的主要內(nèi)容是系統(tǒng)設(shè)計和液壓元件選擇。液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計，要滿足機械傳動要求、并考慮動作配合和運動速度，力求效率高，液壓元件容易制造或購置，此外，還要保證工作安全可靠，操

63、作簡便，造價低廉和便于檢修。因此，必須充分了解所設(shè)計挖掘機的工作條件、負(fù)荷大小與變化、動作特性、元件配套和三化要求等8,9。5.1 確定液壓系統(tǒng)類型挖掘機的液壓系統(tǒng)類型很多，習(xí)慣上是按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。一般有六種基本形式：單泵或雙泵單回路定量系統(tǒng)；雙泵雙路定量系統(tǒng)；多泵多路定量系統(tǒng)；雙泵雙路分功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)；雙泵雙路全功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)；多泵多路定量、變量混合系統(tǒng)。另外，按液流循環(huán)方式的不同，還可分為開式與閉式兩種系統(tǒng)10。根據(jù)參考定型產(chǎn)品，選擇雙泵單回路定量系統(tǒng)可以滿足工況要求。5.2 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇5.2.1 系統(tǒng)主參數(shù)的選擇系統(tǒng)工作壓力，流量，

64、以及兩者的乘積，即系統(tǒng)液壓功率是pQyN液壓系統(tǒng)的主參數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計中，往往是先選定工作壓力，然后根p據(jù)各執(zhí)行元件的運動速度，來確定流量。Q系統(tǒng)工作壓力要根據(jù)技術(shù)要求、經(jīng)濟效果和制造可能性等三方面p來確定。在外負(fù)荷已定情況下，系統(tǒng)壓力選得愈高，各液壓元件的幾何尺寸就越小，可以獲得比較輕巧緊湊的結(jié)構(gòu)，對大型挖掘機來說，更為重要，所以，一般應(yīng)盡可能選取較高的工作壓力。但是，壓力的選擇還要考慮制造、裝配、密封、維修等因素，壓力太高，密封要求也高、制造維修困難，增大了液壓振動與沖擊，影響了元件壽命和可靠性，此外，壓力增高太多，元件與管道的壁厚相應(yīng)增加，尺寸與重量的減少率交款愈來愈小。現(xiàn)有單斗液壓挖掘機

65、所用工作壓力有：中高壓壓力小于 20000kPa,常用于機重小于 15t，液壓功率40kW 以下的小型機。高壓壓力小于 32000kPa，是目前 15t 級以上的中型、大型機最普遍采用的壓力等級，根據(jù)目前生產(chǎn)水平，壓力再進一步提高，經(jīng)濟上不能帶來相應(yīng)的優(yōu)越性。超高壓壓力超過 32000kPa，很多液壓元件需要專門制造，采用這種壓力等級的只占挖掘機總數(shù)的 10%左右11。本設(shè)計中由于機重小于 15t,液壓功率小于 40kW，工作壓力選用中高壓，取16000 kPa。p5.2.2 挖掘機液壓缸作用力的確定各油缸的作用力應(yīng)保證工作裝置在挖掘過程中，斗齒有足夠的挖掘力，以及保證在卸載時能把滿斗土壤舉升

66、到最大幅度和高度所需的舉升力。工作裝置各油缸作用力有以下兩種情況。當(dāng)油缸兩腔分別接高低壓油路時產(chǎn)生推動機構(gòu)進行運動的作用力稱為主動作用力（簡稱作用力或者工作力） ，其最大值取決于該油路的工作壓力和油缸直徑（活塞作用面積） 。工作裝置工作時作用于閉鎖狀態(tài)（即油缸兩腔與高低壓油路斷開）的油缸上的作用力稱為被動作用力，其最大值則取決于該油缸油路的過載溢流閥壓力和承載活塞面積。當(dāng)油缸作用力大于外載荷的作用力的時候，該油缸便無回縮現(xiàn)象；否則由于過載溢流閥打開而溢流，便使油缸發(fā)生回縮。確定工作裝置各油缸的作用力和可能產(chǎn)生的被動作用力后，便可以按照選定的液壓系統(tǒng)的工作壓力確定油缸所需的缸徑以及過載溢流壓力。油缸的行程則由工作裝置機構(gòu)方案所確定，它與工作裝置的結(jié)構(gòu)方案及鉸點位置有關(guān)，而機構(gòu)方案也決定了各油缸在主動和被動狀態(tài)下的作用力。液壓挖掘機工作裝置上設(shè)置的油缸主要有三種：鏟斗油缸、斗桿油缸和動臂油缸。這些油缸作用力的確定，則取決于工作裝置的形式和工作情況。鏟斗油缸作用力的確定反鏟裝置在作業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗油缸設(shè)計的依據(jù)。初步設(shè)計時按額定斗容量及工作條件（土壤級別） ，