畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-3kN微型裝載機(jī)設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）

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1、安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 1 頁 裝 訂 線 目錄 中文摘要 3 英文摘要 4 正文 1 行走裝置 7 11 構(gòu)造和傳動形式 7 12 行走系的設(shè)計(jì) 8 13 四輪一帶等有關(guān)參數(shù)的初步確定和行走結(jié)構(gòu)布 置8 2 回轉(zhuǎn)裝置 9 21 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承 10 22 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 11 23 轉(zhuǎn)臺 12 3 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 31 裝載工作對工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 15 32 履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的類型的綜合分析和選用 16 33 鏟斗 18 34 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 19 35 工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算 25 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 2 頁 裝 訂 線 36 轉(zhuǎn)

2、斗油缸和舉臂油缸的設(shè)計(jì) 28 結(jié)論 32 謝辭 33 參考文獻(xiàn) 34 附錄 35 中英文翻譯及原文 35 翻譯 35 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 3 頁 裝 訂 線 摘 要 本文設(shè)計(jì)的是一種微型挖掘機(jī)，作在為工業(yè)、民用上有特殊用途的 裝載機(jī)械，它可以用于煤礦井下狹小空間的清理、裝載、運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳎?也可以用于冶金、礦山、隧道建設(shè)等場合的挖掘裝載工作。在本設(shè)計(jì)中， 通過對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的了解和分析，利用任務(wù)書上所給定的挖掘機(jī)鏟 斗額定裝載載荷，先計(jì)算出鏟斗的斗容，而后選用標(biāo)準(zhǔn)容量的鏟斗，根 據(jù)所選出的標(biāo)準(zhǔn)鏟斗，計(jì)算出挖掘機(jī)的最大鏟取阻力、最大卸載高度、 最小卸載距離等一些設(shè)計(jì)所必需用

3、到的量。通過對工作機(jī)構(gòu)上九個(gè)鉸接 點(diǎn)位置的確定來設(shè)計(jì)出動臂的模型及動臂上各點(diǎn)的受力，然后計(jì)算出舉 臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸的內(nèi)徑、活塞桿的桿徑，選出標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸。根據(jù)轉(zhuǎn) 臺以上部分的重力計(jì)算選擇馬達(dá)和滾動軸承，然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的行走裝 置。 關(guān)鍵詞：鏟斗、液壓缸、動臂、挖掘機(jī) 全套全套 CAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 4 頁 裝 訂 線 Abstract What this text design is a micro-excavator which has special use in the fields of industry and a

4、griculture. It can work in a narrow and small place to clean carry and transport the stones and it can be used in metallurgy, digging mine and tunnel construction as well. By consulting the latest professional technology and theories, taking account of the practical need of the market and making use

5、 of the given rated weight from the task paper, I firstly calculate the capacity of bucket and then select standard bucket data to calculate some essential data such as the largest scooping resistance, the largest unloading height and the largest unloading distance, etc. Through the position of nine

6、 attachment points in the system I initially design the arm model and the force of all points. By analyzing the force of the tow important points, calculate the diameter of the raising arm cylinder and the turning bucket, and the diameter of the piston pole, and the distance of travel of the piston,

7、 then select the standard cylinder. According to the gravities of the above parts, calculate and select the motor and the roll over the bearings. Then design the device of the walk KeyKey wordswords: bucketbucket ,cylinder,cylinder, thethe movingmoving armarm ,excavator,excavator 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁

8、第 5 頁 裝 訂 線 緒論 一、挖掘機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用和發(fā)展概況 （一）挖掘機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用 挖掘機(jī)械包括各種類型和功能的挖掘機(jī)，有單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī)兩類。其共 同特點(diǎn)是鏟斗按照一定順序、間歇或連續(xù)地進(jìn)行挖掘、裝載、卸載和整機(jī)移動。由 于機(jī)械具有許多優(yōu)點(diǎn)，在土方施工中得到廣泛應(yīng)用。 單斗挖掘機(jī)是一種利用單個(gè)鏟斗挖掘或裝載土壤或石塊的機(jī)械，廣泛應(yīng)用在建筑 施工、筑路工程、水電建設(shè)、港口工程、農(nóng)田改造、國防工事的土方施工和露天礦 場的采掘作業(yè)中，對減輕繁重的體力勞動、加快施工速度、實(shí)現(xiàn)土方工程機(jī)械化、 提高勞動生產(chǎn)率起了很大的作用。 （二）國外挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 當(dāng)前各工業(yè)大國的挖掘機(jī)制造

9、業(yè)已是一種具有相當(dāng)規(guī)模的行業(yè)，美國、德國、日 本、俄羅斯是世界上挖掘機(jī)比較多的國家 （三）國內(nèi)挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 我國挖掘機(jī)行業(yè)在幾十年之內(nèi)，從無到有、從小到大，做出了很大的成績，然而還 存在企業(yè)生產(chǎn)組織管理水平低、產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量不能滿足建設(shè)需要、產(chǎn)品性能不夠 先進(jìn)、質(zhì)量有待提高、可靠性低、壽命短、以及設(shè)計(jì)研究和試驗(yàn)等基礎(chǔ)比較薄弱等 缺點(diǎn)。 二、挖掘機(jī)的發(fā)展趨向 （1） 在品種規(guī)格方面，趨向于大型化、微型化、多功能和專業(yè)化發(fā)展 為適 應(yīng)不同工程對象的施工要求和國際市場競爭需要，挖掘機(jī)品種將持續(xù)增 長，除一般機(jī)型外，重點(diǎn)在于：1）發(fā)展大功率、大斗容、大生產(chǎn)率的巨 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁

10、 第 6 頁 裝 訂 線 型機(jī)械，以滿足礦場采掘工程的需要。2）由于城鎮(zhèn)建筑和修理工程的需 要，發(fā)展機(jī)重不到 1t、斗容小于 0.02m 的微型挖掘機(jī)，這種挖掘機(jī)十分 輕便靈活、易搬好運(yùn)，可在狹窄空間順利地工作，以進(jìn)行輔助性工作。 3）對常規(guī)的中小型挖掘機(jī)，要求增多工作裝置。以適應(yīng)多種工作的需要。 4）專門用途的挖掘機(jī)，則要求向?qū)Ｓ没l(fā)展，以提高機(jī)械的工作性能和 經(jīng)濟(jì)效益。 （2） 重視挖掘機(jī)的質(zhì)量和質(zhì)量管理，重視實(shí)驗(yàn)研究 國外挖掘機(jī)廠十分重視 機(jī)械生產(chǎn)質(zhì)量管理，認(rèn)為是企業(yè)生存和發(fā)展的主要環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)組織上 不斷提高專業(yè)化程度，在生產(chǎn)管理上不斷完善管理體系、嚴(yán)格檢驗(yàn)制度、 提高產(chǎn)品可靠性和壽命

11、。 （3） 普遍重視產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。大力采用新技術(shù)、新工藝、新 材料和新結(jié)構(gòu)。 三、本人設(shè)計(jì)課題簡介 我設(shè)計(jì)的是一種微型單斗挖掘機(jī)，該挖掘機(jī)可用于煤礦井下狹小空間的清理、 裝載、運(yùn)輸工作，也可以用冶金、礦山、隧道建設(shè)等場合的工作。這類挖掘機(jī)的工 作效率約為人工的 6 倍以上，使用這類挖掘機(jī)進(jìn)行清理、運(yùn)輸可為煤礦的安全生產(chǎn) 提供有利的保障。 電動挖掘機(jī)存在的問題：由于是電動機(jī)驅(qū)動，挖掘機(jī)不得不拖帶很長的電纜， 使得電纜長期在地面拖動，有時(shí)操作人員不注意，可能碾壓電纜，電纜被拖曳受到 磨損。極易發(fā)生導(dǎo)電、漏電現(xiàn)象，從而引發(fā)人身、設(shè)備事故，同時(shí)也使車輛的機(jī)動 性受到很大的限制。解決這一問

12、題的途徑有兩個(gè)方案：一是加裝卷纜裝置，二是采 用其它無須從井下電網(wǎng)取電，因而也就不需要拖動帶電纜的動力裝置。 本設(shè)計(jì)包括挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置、工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，以工作裝置的 設(shè)計(jì)計(jì)算為重點(diǎn)，設(shè)計(jì)的程序和過程如正文所示。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 7 頁 裝 訂 線 正文 1 行走裝置 挖掘機(jī)的行走裝置既是機(jī)械的運(yùn)行部分,又是機(jī)械的支承.挖掘作業(yè)時(shí)機(jī)械不走, 行走裝置要承受整臺機(jī)械的的自重和外載,這是與運(yùn)輸車輛和鏟土運(yùn)輸機(jī)械所不同的, 因此設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的行走裝置時(shí)應(yīng)兼顧支承和運(yùn)行兩個(gè)方面的需要. 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)行走裝置可分為履帶式和輪胎式兩大類. 履帶式行走裝置牽引力

13、大,接地比壓小,因而越野性能好,爬坡能力大,且轉(zhuǎn)彎半徑 小,機(jī)動靈活,獲得廣泛應(yīng)用.但運(yùn)行和轉(zhuǎn)彎時(shí)功率消耗大,零件磨損快,履帶板醫(yī)損路面, 故一般僅作場地內(nèi)部運(yùn)行,長距離運(yùn)行時(shí)需借助其它車輛. 輪胎式行走裝置運(yùn)行速度快,機(jī)動性能好,運(yùn)行式輪胎不損壞路面,因而在城市建 設(shè)中很受歡迎.缺點(diǎn)是接地比壓大,爬坡能力小,挖掘作業(yè)時(shí)一般需要專門支腿以確保 機(jī)身穩(wěn)定,運(yùn)行時(shí)要受橋梁的容許負(fù)荷限制,目前還限于斗容 1 立方米以下的挖掘機(jī)采 用. 因本人設(shè)計(jì)的是一種微型挖掘機(jī),故綜觀兩種行走裝置的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),應(yīng)采用履帶式 行走裝置. 1.1 構(gòu)造和傳動形式 履帶行走裝置由四輪一帶(即驅(qū)動輪 2,導(dǎo)向輪 7,支重

14、輪 3,托輪 6,以及履帶 1,如圖 所示),張緊裝置 4 和緩沖彈簧 5,行走機(jī)構(gòu) 11(包括底架 10,橫梁 9 和履帶架 8)等組成. 圖（1）： 機(jī)械運(yùn)行時(shí),驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力,力圖把履帶從支重輪下拉出.由于 支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力,阻止履帶的拉出,迫使驅(qū)動輪卷繞履帶向前 運(yùn)行. 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 8 頁 裝 訂 線 1.2 行走系的設(shè)計(jì) 履帶行走裝置由于運(yùn)行速度低,一般為 13m/h,因此設(shè)計(jì)時(shí)主要保證支承性能,并 兼顧運(yùn)行性能,其步驟是: (1) 初定四輪一帶等有關(guān)參數(shù)和行走系結(jié)構(gòu)布置; (2) 計(jì)算承載能力,包括接地比壓和行走架結(jié)構(gòu)

15、強(qiáng)度計(jì)算; (3) 選擇行走機(jī)構(gòu)傳動方案,擬定行走液壓系統(tǒng),確定行走液壓馬達(dá)主參數(shù)和減速器 速比,驗(yàn)算行走速度爬坡能力和原地轉(zhuǎn)彎能力等. 1.3.四輪一帶等有關(guān)參數(shù)的初步確定和行走系結(jié)構(gòu)布置. (1)履帶支承長度 L,軌距 B 和履帶板寬度 b 應(yīng)合理匹配,使接地比壓,附著性能和 轉(zhuǎn)彎性能均符合要求. 令 L0為 m;h0表示履帶高度,h0為 m;G 表示整機(jī)質(zhì)量, G 為 t, 則 L0 , L0+0.35h0, L0 3 07 . 1 G L (2) 履帶節(jié)距 t0和驅(qū)動輪齒數(shù) z 應(yīng)在滿足強(qiáng)度,剛度的情況下盡可能取小值以降 低履帶高度. t0與 G 的關(guān)系為: t0=(1517.5),其

16、中 t0為 mm,G 為 kg.驅(qū)動輪齒數(shù)為奇數(shù),z=1923. 4 G 為使 h0不致過大,由兼顧履帶運(yùn)動的平穩(wěn)性,當(dāng) t0去小值時(shí)則 z 取大值,當(dāng) t0取大值時(shí) z 取小值. (3)履帶緩沖彈簧張緊力和工作行程的確定 履帶行走裝置的導(dǎo)向輪通過緩沖彈 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 9 頁 裝 訂 線 簧和張緊裝置固定在履帶架上,它可以沿履帶架滑動以改變輪距,保證履帶的拆裝,減 少運(yùn)行過程的沖擊,避免軌鏈脫軌. 緩沖彈簧應(yīng)有足夠的預(yù)緊力 F,該力保證緩沖彈簧不會外來的微小沖擊而產(chǎn)生變 形,引起履帶振跳或脫軌,但過大會惡化履帶架受力,加劇零部件磨損,降低行走裝置效 率.一般可近似取

17、為 1.5Fk(Fk一條履帶的牽引力),履帶的張緊度一般控制在 24cm.緩 沖彈簧最大變形時(shí)的張緊力應(yīng)保證倒退時(shí)軌鏈仍能與驅(qū)動輪正常嚙合,一般可取為 3Fk.緩沖彈簧的工作行程要適當(dāng),可近似取為 t0/4. (4)行走系結(jié)構(gòu)布置 根據(jù)已選定的輪距和四輪直徑確定四輪位置 支重輪數(shù)一般為 57 個(gè),其間隙應(yīng)保持在 70mm 左右.靠近導(dǎo)向輪的一個(gè)支重輪,應(yīng)保 證導(dǎo)向輪在緩沖行程內(nèi)不受到干擾,靠近驅(qū)動輪的一個(gè)支重輪勿與驅(qū)動輪相碰. 導(dǎo)向輪,驅(qū)動輪下方與支重輪下緣約同處一水平線上,以增加接地長度.驅(qū)動輪布 置在后方可縮短履帶驅(qū)動段的長度,減少功率損失.托輪主要用來限制履帶上分支垂度,當(dāng) L0m 時(shí)取

18、一個(gè),否則取兩個(gè).如取兩個(gè),其間距約為輪距的一半.托輪上輪緣平面的高2 度 h2+0.5d 略大于驅(qū)動輪的節(jié)圓半徑,以便于履帶脫離驅(qū)動輪的嚙合,便于履帶借自重 滑向?qū)蜉啞?圖（2） 2. 回轉(zhuǎn)裝置 回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，如圖所示。圖中回轉(zhuǎn)支承 3 的外 座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接，內(nèi)座圈（帶齒）用螺栓與底架 4 連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè) 置有滾動體。工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷，水平載荷和傾復(fù)力矩通過回轉(zhuǎn)支 撐的外座圈、滾動體、內(nèi)座圈傳給底架。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 2 的殼體固定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒 輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的赤圈相嚙合。小齒輪既可以繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可以繞 轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心線公轉(zhuǎn)，

19、當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)就相對底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 10 頁 裝 訂 線 圖（3）： 2.1 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承 2.1.1 構(gòu)造和類型特點(diǎn) 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承由內(nèi)、外座圈，滾動體，隔離體，密封裝置，潤滑 裝置和連接螺栓等組成。它是在普通滾動軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又 有其特點(diǎn)。普通軸承主要起支承作用而它還要傳遞運(yùn)動；普通軸承內(nèi)外 座圈的寬度與徑向尺寸之比遠(yuǎn)大于回轉(zhuǎn)支承，其剛度靠軸承座裝配來保 證，而回轉(zhuǎn)支承則靠支承它的轉(zhuǎn)臺與底架來保證，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)臺 與底架的剛度；普通軸承轉(zhuǎn)速高，滾動體與滾道接觸的變化次數(shù)也多， 失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)速低，載荷大

20、，失效形式主要是 塑性變形，故一般進(jìn)行靜容量計(jì)算即可。 回轉(zhuǎn)支承按滾動體形式有滾球和滾柱，按滾動體排數(shù)有單排、雙排和多排；按滾 道形式有圓弧曲面、平面和鋼絲滾道等。常用的有單排滾球式、雙排滾球式、單排 交叉滾柱式和組合滾柱式四種。 結(jié)合本人所設(shè)計(jì)的微型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可采用單排交叉滾柱式。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 11 頁 裝 訂 線 圖（4） 2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 2.2.1 傳動方式及其特點(diǎn) 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 50%70%，能量消耗 約占 25%40%，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 30%40%，因此 合理的確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的

21、液壓油路型式和結(jié)構(gòu)方案，正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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等都是具有重要 的意義的。 對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求是： （1）在回轉(zhuǎn)力矩和角加速度不超過允許值的前提下，盡可能縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間； （2）回轉(zhuǎn)是工作裝置的動載系數(shù)不應(yīng)超過應(yīng)許值； （3）回轉(zhuǎn)能量損失最小。 2.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 1、轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量 J= 3 5 960G 式中 G整機(jī)質(zhì)量，G為 t; J轉(zhuǎn)動慣量,J為 kgm2 J=8708.4kgm2 3 5 4860 對于標(biāo)準(zhǔn)斗容為 0.12m3的鏟斗，其整機(jī)質(zhì)量為 4t,啟動角加速度為 1.0008rads-2,制動 安徽工業(yè)

22、大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 12 頁 裝 訂 線 角加速度為 1.3624rads-2，最佳轉(zhuǎn)速為 8.1888rmin M=J=Jaz=870841.3624=11864.3Nm 式中 aZ為制動角加速度 p電=M=10168.8W 30 n M 30 1888 . 8 14 . 3 3 . 11864 查閱第 2 版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5，選取最大輸出轉(zhuǎn)矩為 11270Nm,徑向球塞馬達(dá)，型 號為：1QJM52-5.0,其排量為 5.0Lr-1,額定壓力為 10MPa. 2.3 轉(zhuǎn)臺 2.3.1 轉(zhuǎn)臺平衡和配重的確定 挖掘機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺上部自重和載荷合力的位置是經(jīng)常變化的，而且偏向載荷方 面。

23、為了平衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺上的各個(gè)裝置需要合理布置，并在尾部另加配重，一 改善下部結(jié)構(gòu)受力、減輕回轉(zhuǎn)支承磨損，保證整機(jī)穩(wěn)定性。 圖（5） 由上圖可知，布置的原則是左右對稱，質(zhì)量盡量均衡，較重的部件應(yīng)該盡量靠近轉(zhuǎn) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 13 頁 裝 訂 線 臺尾部，此外還要考慮各個(gè)裝置工作上的協(xié)調(diào)，司機(jī)維修使用方便等。 有時(shí)轉(zhuǎn)臺布置受結(jié)構(gòu)尺寸限制，重心偏離縱軸線，致使左右履帶接地比壓不等， 影響行走架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和行駛性能。一般可通過調(diào)整配重重心來解決，如下圖所示 圖（6） 圖中 x 為轉(zhuǎn)臺重心偏離縱軸線值，x 為配重重心偏離縱軸線值。對縱軸線取力矩平 衡可求得 x. 確定配重的原則

24、應(yīng)使重載大幅度時(shí)轉(zhuǎn)臺上部合力 F 的偏心距 與空載小幅 度時(shí)合力 的偏心距 大致相等，如圖所示。 根據(jù)國內(nèi)外許多挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為挖掘機(jī)處于運(yùn)輸狀態(tài)，斗桿 缸和鏟斗鋼全伸，動臂放低使鏟斗離地約 1m。轉(zhuǎn)臺上部連同工作裝置的重心 應(yīng)通過回轉(zhuǎn)中心。由于這些部件的質(zhì)量和位置已經(jīng)初步確定，配重 即可由下 式求得。 = 5 g 5 44332211 l lglglglg 式中 g1、g2g3、g4分別為動臂、斗桿、鏟斗及轉(zhuǎn)臺的質(zhì)量 l1 l2 l3 l4以上部件質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的相應(yīng)距離 l5為配重 g5的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 14 頁 裝 訂 線 2.3

25、.2 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 轉(zhuǎn)臺的主要承載部分是由鋼板組成抗扭和抗彎剛度極強(qiáng)的箱形框架結(jié)構(gòu) 主梁 1，動臂和動臂鋼根部就支承在主梁的凸耳上。微型挖掘機(jī)為單耳。主 梁下有襯板和支承環(huán) 2 與回轉(zhuǎn)支承連接。左右側(cè)焊有小框架作為附加承載部 分。 轉(zhuǎn)臺屬于受力復(fù)雜的超靜定體系，初步計(jì)算時(shí)可簡化為兩個(gè)簡支梁，支承 位置是主梁軸線與回轉(zhuǎn)支承滾道中心圓的交叉點(diǎn)。轉(zhuǎn)臺上載荷簡化作用在主 梁上 。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 15 頁 裝 訂 線 圖（7） 另外轉(zhuǎn)臺支承處應(yīng)有足夠的剛度以保證回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 3. 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)是履帶式挖掘機(jī)上直接實(shí)現(xiàn)鏟裝物料的裝置，它的結(jié)構(gòu)和性能都能顯 著

26、地影響著整機(jī)的工作尺寸、性能參數(shù)、發(fā)動機(jī)功率及生產(chǎn)率。因此，這部分設(shè)計(jì) 是我這次設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)。 我設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由鏟斗 1、動臂 2、連桿 3、搖桿 4、轉(zhuǎn)斗油缸 5、舉臂油缸 6 等組成。整個(gè)工作機(jī)構(gòu)鉸接在車架 7 上。 圖（8） 3.1 裝載工作對工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 3.1.1 履帶式裝載機(jī)工作過程 履帶式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械，它的工作過程由 5 種 工作狀態(tài)或工況組成： （1）工況 1插入狀態(tài) 動臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對地面呈 3 度到 5 度前傾角； 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 16 頁 裝 訂 線

27、 開動挖掘機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。 （2）工況 2鏟裝狀態(tài) 工況 1 以后，轉(zhuǎn)動鏟斗，鏟運(yùn)物料，待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至水平位置為止。 （3）工況 3重載運(yùn)輸狀態(tài) 舉升動臂，將工況 2 之鏟斗升高到適當(dāng)位置（以斗底離地的位置不小于最小允 許距離為準(zhǔn)） ，然后驅(qū)動挖掘機(jī)，載重駛向卸載點(diǎn)。 （4）工況 4卸載狀態(tài) 在卸載點(diǎn)，舉生動臂使鏟斗至卸載位置，翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車或固定料廠卸載； 卸畢，下放動臂，使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài)。 （5）工況 5空載運(yùn)輸狀態(tài) 卸載結(jié)束后，挖掘機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。 3.1.2 履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 （1）生產(chǎn)率高 （2）插入和鏟取能力大，能耗小； （3）結(jié)構(gòu)和

28、工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要； （4）零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理； （5）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造維修容易，操作使用方便； （6）合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到滿載卸凈、運(yùn)輸平穩(wěn)； （7）鏟斗由工況 2 被舉升到最高卸載位置的過程中，為避免鏟斗中物料散出，鏟 斗應(yīng)作“平移運(yùn)動” ； （8） 保證必要的卸載角、卸載高度和卸載距離 （9） 鏟斗能夠自動平放 （10）盡量減小工作機(jī)構(gòu)的前懸（工作機(jī)構(gòu)重心到整機(jī)重心的距離） 、長度和高度， 以提高挖掘機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野 3.2 履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)類型的綜合分析和選用 綜合國內(nèi)外履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的形式，主要有 7 種類

29、型的連桿機(jī)構(gòu)，按構(gòu) 件數(shù)不同可分為三桿、四桿、五桿、六桿、八桿連桿機(jī)構(gòu)；按輸入和輸出桿是 否相同，又可分為正轉(zhuǎn)（同向）和反轉(zhuǎn)（反向）連桿機(jī)構(gòu)。 3.2.1 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)痘油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)痘鏟取，鏟取力較大；各構(gòu)件尺寸設(shè) 計(jì)合理時(shí)，鏟斗能獲得較好的舉升平動性能，連桿系統(tǒng)傳動比較大，鏟斗能 獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈、速度快；因而傳動比大，還 可以適當(dāng)減小連桿系統(tǒng)尺寸，因而可以改善司機(jī)視野。 這種機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)鏟斗自動放平。 3.2.2 轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)斗油缸與鏟斗和搖臂直接連接，易于設(shè)計(jì)成兩個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu)，鏟斗 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

30、說明書 共 頁 第 17 頁 裝 訂 線 平動性能極佳；結(jié)構(gòu)比八桿機(jī)構(gòu)簡單；司機(jī)視野較好。這種機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗 時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟取力相對較??；連桿系統(tǒng)傳動比小，使得轉(zhuǎn)斗油缸活塞 行程大、油缸加長、卸載速度不如八缸機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗油缸前置，使工作機(jī) 構(gòu)前懸增大，影響整機(jī)穩(wěn)定性和行使的平穩(wěn)性；也不能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動放平。 3.2.3 轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 它與前者油缸前置式相比，前懸較小、傳動比較大、活塞行程較短；有可能將 動臂、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿的中心線設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，從而簡化了結(jié)構(gòu)，改善 了動臂和鉸銷的的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸接點(diǎn)位置較高，影響司機(jī) 視野。其他同前置式。 3.

31、2.4 轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)有兩大優(yōu)點(diǎn)： 1）轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗，并且連桿系數(shù)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值， 所以可獲得相當(dāng)大的鏟取力； 2）恰當(dāng)?shù)倪x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以 實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動放平。這是其他六種工作機(jī)構(gòu)所望塵莫及的。 此外，結(jié)構(gòu)十分緊湊前懸小，司機(jī)視野好也是這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。 缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄部位，容易發(fā)生構(gòu)件相互干擾， 設(shè)計(jì)時(shí)需特別精心。 3.2.5 正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 它是 7 種連桿機(jī)構(gòu)形式中最簡單的一種；很易設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動；前懸較小。 缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油；油缸輸出力小，又因連桿系統(tǒng)倍力系數(shù)難以設(shè)計(jì)出較

32、 大值，所以鏟取力相對較小，這種結(jié)構(gòu)傳動比不易得到較大值，所以轉(zhuǎn)斗油缸活塞 行程大、油缸長；此外，在鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易于底部相碰，減小了卸載角。為 避免碰撞，往往把斗底加工成凹形，因而既減小了斗容，又增加了制造困難。這種 結(jié)構(gòu)也不能實(shí)現(xiàn)鏟斗自動平放。 3.2.6 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)在活塞桿和鏟斗之間加了一根短連桿，從而使四桿機(jī)構(gòu)變成了五桿機(jī) 構(gòu)。當(dāng)鏟斗端平時(shí)，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一條線，如同一桿； 而鏟斗卸載時(shí)，短連桿能相對活塞桿轉(zhuǎn)動，避免了活塞桿與斗底相碰。 其缺點(diǎn)與四桿機(jī)構(gòu)相同。 3.2.7 動臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu) 它的最大特點(diǎn)是動臂可借助油缸進(jìn)行伸縮。這種結(jié)構(gòu)的鏟斗

33、插入工況是依靠動 臂伸出實(shí)現(xiàn)的，它解決了靠機(jī)器人行走時(shí)插入易使輪胎嚴(yán)重磨損的問題；卸載時(shí)， 可伸出動臂，以獲取較大的卸載高度和卸載距離，而運(yùn)輸工況時(shí)，可縮回動臂，以 減小前懸，從而提高行使的穩(wěn)定性。 這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，既不能實(shí)現(xiàn)鏟斗平動，又不能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動平放；結(jié)構(gòu) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 18 頁 裝 訂 線 比較復(fù)雜。 綜上分析可知，反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)能比較全面地滿足轉(zhuǎn)載工作要求，所以我所 設(shè)計(jì)的微型挖掘機(jī)就采用了這種工作機(jī)構(gòu)。 3.3 鏟斗設(shè)計(jì) 鏟斗是工作機(jī)構(gòu)的主要組成部分，一般用鋼板焊接而成。 由于鏟斗直接與物料接觸，是裝運(yùn)卸的工具和容器，所以它的外型、各部分構(gòu) 件、

34、幾何尺寸、質(zhì)量和強(qiáng)度等等，都嚴(yán)重影響著整機(jī)的生產(chǎn)能力、功率和效率等。 鏟斗設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是“減小裝載工作阻力，滿足生產(chǎn)率需要” 。同時(shí)要做到 各種工況下不易撒料，耐磨、抗沖擊、強(qiáng)度好。 3.3.1 斗容的計(jì)算 因?yàn)楸救嗽O(shè)計(jì)的是井下微型挖掘機(jī)，所以其工作對象主要是礦巖，其松散體 容重一般為 2t/m3左右，參照機(jī)械工業(yè)出版社出版的礦山裝載機(jī)械設(shè)計(jì)可知 Vr=0.5mr Vr鏟斗額定斗容 Mr鏟斗額定載重量 由于設(shè)計(jì)任務(wù)書中給定的是微型挖掘機(jī)的額定載荷為 3KN，根據(jù)公式： F=mg m=300Kg g F 10 3000 故 Vr=0.5*300=150 故額定斗容為 0.15m3 選取標(biāo)準(zhǔn)斗容

35、為 0.12m3的鏟斗，如下圖所示 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 19 頁 裝 訂 線 圖（9） 3.4 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 3.4.1 機(jī)構(gòu)分析 反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)的簡圖如下： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 20 頁 裝 訂 線 圖（10） 它是由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸 CD、搖臂 CBE、連桿 FE、鏟斗 GF、動臂 GBA 和機(jī)架 AD 六個(gè)構(gòu)件組成。實(shí)際上，它是由兩 個(gè)反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)GFEB 和 BCDA(即圖中 GF2E2B 和 BC2DA)所串聯(lián)而成。當(dāng)舉升 動臂時(shí)，若假定動臂為固定桿，則可以把機(jī)架 AD 視為輸入桿，把

36、鏟斗 GF 看成輸 出桿，由于 AD 和 GF 轉(zhuǎn)向相反，所以可以把此機(jī)構(gòu)稱作反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。 舉升機(jī)構(gòu)主要由舉臂油缸 HM 和動臂 GBA 構(gòu)成。 當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞 G 點(diǎn)作定軸運(yùn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉 鎖，舉升油缸動作時(shí)，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動，即一邊隨動臂對 A 點(diǎn)作牽連運(yùn)動，同 時(shí)又相對動臂繞 G 點(diǎn)作相對運(yùn)動。 3.4.2 設(shè)計(jì)方法 （一）因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)直接與整機(jī)的基本性能 和工作參數(shù)有關(guān)，所以先初步設(shè)計(jì)出整機(jī)的主要參數(shù)，然 后以其為條件，再進(jìn)行連桿系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)。 整機(jī)參數(shù)可運(yùn)用“回歸分析法”求得。 機(jī)重： ms= 3048.2776+2.2479mr=3

37、722.37Kg 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 21 頁 裝 訂 線 最大卸載高度： hx=191.7706mr0.2468=783.67mm 最小卸載距離： lx=499+0.075mr=521.5mm 最大鏟取力： Fsh0=23751.87+14.356mr=28058.67N （二）若將反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)放置到直角坐標(biāo)系中，只要確定了某一 典型工況的九個(gè)鉸接點(diǎn)和的坐標(biāo)，則即可求得工作機(jī)構(gòu)連 桿系統(tǒng)中各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。 3.4.3 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 （）動臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn) G、B、A 的確定 1確定坐標(biāo)系 如圖所示：先在坐標(biāo)紙上選取直角坐標(biāo)系 XOY，并選定比例

38、尺寸 圖（11） 2畫鏟斗圖 把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫在 XOY 坐標(biāo)系里，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo) 原點(diǎn) O，斗前臂與 X 軸呈 35前傾角。此時(shí)是鏟斗插入堆料時(shí)的位置，即工況 1 3確定動臂與鏟斗的鉸接點(diǎn) G 由于 G 點(diǎn)的坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力久越大，所以 G 點(diǎn)靠近 O 點(diǎn)是有利的， 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 22 頁 裝 訂 線 但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減??；而 G 點(diǎn)的 Y 坐標(biāo)值增大，鏟斗 在堆料中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了 G 點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn) F 的距離，使鏟取力下降。 綜合考慮各種因素的影響，一般取 yG=250350mm

39、 之間，我取 yG=250mm 4確定動臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn) A (1)以 G 點(diǎn)為圓心，使鏟斗瞬時(shí)針轉(zhuǎn)動，至鏟斗口 OO 與軸平行為止，即工況 2 （2）根據(jù)算出的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫出鏟斗在最高位置 卸載時(shí)的位置圖，即工況 4 (3) 以 G點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與 X 軸平行，即得鏟斗口被舉升到 最高位置圖（工況 3） 。 （4） 聯(lián)結(jié) GG并作垂直平分線。因?yàn)?G 和 G點(diǎn)在以 A 點(diǎn)為圓心，動臂 AG 長為 半徑的圓弧上，所以 A 點(diǎn)必在 GG的垂直平分線上。 A 點(diǎn)的位置應(yīng)該盡可能低一點(diǎn)，因?yàn)檫@樣可以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高 度，改善司機(jī)視野。 5

40、確定動臂與搖臂的鉸接點(diǎn) B B 點(diǎn)是一個(gè)非常重要的點(diǎn)，它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置 及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大的影響。根據(jù)分析和和參考，一般取 B 點(diǎn)在 AG 聯(lián)線 下方，并在 AG 的垂直平分線左右盡量靠近工況 2 時(shí)的鏟斗處。 （二）連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn) F、E 的確定 因?yàn)樵谇懊?GB 兩點(diǎn)已經(jīng)被確定，再確定 F 和 E 是為了最終確定與鏟斗相連的四桿 機(jī)構(gòu) GFEB 即 GF EB 的尺寸。 2 在確定 F、E 兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的要求，必須保證鏟斗在各個(gè)工況時(shí) 的轉(zhuǎn)角又得注意動力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的鏟取力，同時(shí) 還得防止各種機(jī)

41、構(gòu)運(yùn)動被破壞的現(xiàn)象。 設(shè)計(jì)方法如下： 1按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，令 GF 桿為最短桿，BG 桿為最長桿，則必有： GF+BGFE+BE (1) 令 GF=a, FE=b, BE=c, BG=d 將（1）不等號兩邊同除以 d，則得下式 K=+-1 (2) d b d c d a 上式各值可在下列值域選?。?K=0.9500.995 a=(0.30.5)d (3) c=(0.40.8)d 根據(jù)前面設(shè)計(jì)時(shí)所確定的幾個(gè)鉸接點(diǎn)的位置： 取 G(700,250) A(800,740) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 23 頁 裝 訂 線 B(720,720) 所以 BG=d=470.4mm 2

42、2 )250720()700720( 由（1） 、 （2） 、 （3） ，取 K=0.95, a=0.4d, c=0.5d, 可得： a=188.16mm b=35705mm c=235.2mm 2確定 E 和 F 的位置 這兩個(gè)點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：1）E 不可與前橋相碰，并由足夠的 最小離地距離；2） 工況 1 時(shí)，使 EF 桿盡量與 GF 垂直，這樣可以獲得 較大的傳動角和倍力系數(shù)；3） 工況 2 時(shí)，EF 與 GF 兩桿的夾角必須小 于 170，即傳動角不能小于 10，以免運(yùn)動時(shí)發(fā)生自鎖；4） 工況 4 時(shí)，EF 與 GF 的傳動角也必須大于 10. 具體作法如下 1）初

43、選 E 點(diǎn)法 如圖所示，鏟斗取工況 1 以 B 點(diǎn)為圓心，以 BE=c 為半徑畫??；初選 E 點(diǎn)，使其落在 B 點(diǎn)右 下方的弧段上；再分別以 E 和 G 點(diǎn)為圓心，以 FE=b 和 GF=a 分別為 半徑畫弧，得交點(diǎn)，即為 F。 用前面所說的四點(diǎn)要求檢驗(yàn)所得的四桿機(jī)構(gòu) GFEB，若不滿足，可調(diào) 整 E 點(diǎn)位置，重復(fù)上述步驟，直至滿意為止。 圖（12） （三）轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接 C 點(diǎn) D 和的確定 如果 C 和 D 點(diǎn)的位置確定了，也就確定了與機(jī)架聯(lián)結(jié)的四桿機(jī)構(gòu) BCDA 的尺寸，C 和 D 的布置直接影響到鏟斗舉升平動和自動放平 性能，對鏟取力和動臂舉升阻力矩的影響都比較大。 （1）

44、確定 C 點(diǎn) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 24 頁 裝 訂 線 從力的傳遞效果出發(fā)，可知，顯然使搖臂 BC 段長一些有利，這可 以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使鏟取力相應(yīng)增加。但加長 BC 段，必 將減小鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個(gè)工況的 要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。因此，可?。?BC (0. 71.0)BE 因?yàn)?BE=c=235.2mm 所以 BC 188.16mm C 點(diǎn)一般取在 B 點(diǎn)左上方，BC 與 BE 夾角（即搖桿折角） ，可取 180， 并使工況 1 時(shí)搖臂 BC 與轉(zhuǎn)斗油缸 CD 趨130CBE 近垂直，C 點(diǎn)運(yùn)動不得與鏟斗干擾，其高度不能影響司機(jī)視

45、野。 （2）確定 D 點(diǎn) 轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn) D，是依據(jù)鏟斗由工況 2 舉升到工況 3 過程為平動和由工況 4 下降到工況 1 時(shí)能自動平放這兩大要求來 確定的。 經(jīng)過查閱一些書籍和分析研究得出：D 點(diǎn)設(shè)計(jì)在 A 點(diǎn)下方教好，這樣不 但平動性能好，而且動臂舉升時(shí)，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油 缸的設(shè)計(jì)。 （四）舉臂油缸與動臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn) H 及 M 的確定。 舉臂油缸的布置應(yīng)該本著舉臂時(shí)工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件 互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原則來確定。一般舉臂油缸都布置在前橋與 前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。 一般點(diǎn)選定在 AH 聯(lián)線附近或上方，并取 AH。不可能太大， 3 A

46、G 它還得受到油缸行程的控制， 取 AH= AG=166.7mm 3 1 3 1 22 )250740()700800( 考慮到聯(lián)合鏟裝（邊插入邊舉臂）工況的需要，在滿足 M 點(diǎn)離地高 度要求的前提下，令工況 1 時(shí) AH 與 MH 趨于垂直。這是因?yàn)?，鏟斗開 始從堆料中提升式 4 阻力矩最大，這樣，可以獲得較大的初始舉升工作 力矩。 M 點(diǎn)往前腳方向靠是有利的，這樣可以使舉臂油缸在動臂整個(gè)舉升 過程中，舉升工作力臂大小的變化較小，即工作力矩變化不大，避免鏟 斗舉升到最高位置時(shí)的舉升力不足，因?yàn)檫@時(shí)的工作力臂往往較小或是 最小。 經(jīng)過上述各步作圖，整個(gè)工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)即設(shè)計(jì)完畢。 安

47、徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 25 頁 裝 訂 線 3.5 工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算 3.5.1 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)各桿件長度尺寸確定以后，接著對零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。 零部件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量作到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，如轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸 都已經(jīng)有系列產(chǎn)品，可以根據(jù)受力分析直接選用，這有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高和制造 成本的降低。 3.5.2 確定計(jì)算強(qiáng)度的工況 強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，根據(jù)工作機(jī)構(gòu)受力最大和最危險(xiǎn)的工況時(shí)的外載荷，對工作機(jī)構(gòu) 進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核或計(jì)算。 實(shí)驗(yàn)證明，履帶式挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)在插入、鏟取、舉升和卸載等各種工況中， 以偏載時(shí)的聯(lián)合鏟裝即外載荷作用于鏟斗切削刃一側(cè)，鏟斗

48、一邊插入料堆最大 深度一邊舉升動臂時(shí)的受力狀態(tài)最為惡劣。 在實(shí)際裝載作業(yè)中，經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的惡劣工況是：鏟斗在挖掘機(jī)牽引力的作用 下，先插入料堆最大深度，與此同時(shí)，轉(zhuǎn)斗油缸動作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗鏟裝物料，這時(shí)插 入阻力和鏟取阻力均達(dá)最大值，而且作用點(diǎn)均在鏟斗切削刃一端，即偏載時(shí)邊插入 邊轉(zhuǎn)斗工況，所以，一般對此工況下的工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算或校核。 3.5.3 外載荷計(jì)算 如下圖所示，挖掘機(jī)鏟裝工作時(shí)，斗尖上可能產(chǎn)生的最大（極限）插入阻力和 最大（極限）鏟取阻力分別為 Fin和 Fsh。 圖（13） 最大插入阻力的計(jì)算 Fin=9.8k1k2k3k4BL-1.25 式中 Fin鏟斗插入阻力，F(xiàn)in為 N

49、安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 26 頁 裝 訂 線 k1物料的塊度與松散程度系數(shù) K2物料的性質(zhì)系數(shù) K3物料堆高系數(shù) K4鏟斗的斗形系數(shù) B鏟斗寬度,B為 cm L鏟斗一次插入深度，L為 cm 取 k1=1, K2=0.14, K3=1, K4=1.2,B=73.2cm,L=20cm 則 Fin=5097.2N （一） 最大鏟取阻力 Fsh的計(jì)算 Fsh可用整機(jī)參數(shù)初步設(shè)計(jì)時(shí)所確定的最大鏟取力代替 Fsh=28058.67N 四、工作機(jī)構(gòu)各構(gòu)件受力分析 （一） 正載邊插入邊鏟取工況時(shí)的受力分析 如下圖所示： 圖（14） 把工作機(jī)構(gòu)解體，分解成鏟斗、連桿、搖臂、動臂、轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂

50、油缸等分離體。 在鏟斗斗尖取外力 Fx=和 Fy= 2 in F 2 sh F 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 27 頁 裝 訂 線 連桿、轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸可以看成二力桿 對圖（14）中的（1） ，運(yùn)用平面力系平衡原理可得： FFsin20+Fy+FGy=0 (1) FFcos20+Fx+FGx=0 (2) FF 100+FGy700= FGx250 （3） 聯(lián)立（1） 、 （2） 、 （3）即可求得： FF=9587303N FGy=-46792.4N FGx=-92669.4N 對于圖（14）中的（2） ，運(yùn)用平面力系平衡原理可得： FE=FF=-95873.3 對于圖（14）

51、中的（3） ，運(yùn)用平面力系平衡原理可得： Fc+FBx=FESin70 (1) FBy=FE Sin20 (2) 先計(jì)算 C 點(diǎn)的受力，取工況 1 時(shí)鏟斗、連桿和搖臂為研究對象，用圖解法， 如下圖所示： 圖（15） Fc=)( 1 21Ksh GKFKa n 式中 n轉(zhuǎn)斗油缸個(gè)數(shù) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 28 頁 裝 訂 線 a各鉸銷摩擦損失系數(shù)，可取 a=1.151.25； Fc鉸接點(diǎn) C 的約束反力; GK鏟斗自重力； K1K2倍力系數(shù)。這里 K1=,K2= 31 42 ll ll 31 52 ll ll 查閱單斗挖掘機(jī)基本參數(shù)表，可知，標(biāo)準(zhǔn)斗容為 0.12m3的整 機(jī)質(zhì)

52、量為 4t,其各部分重力公式為： GKG Gii KGi為各部分重力系數(shù)，查表可得正鏟的 KGi范圍是 0.170.22 平均值為 0.20 計(jì)算鏟斗質(zhì)量： GK=0.20400000.1=800N =BCSin70=188.160.89=167.65mm 1 l l2=235.2mm l4=700mm 取 l5=350mm 由前面所確定的 F 點(diǎn)的位置可算得： l3=180mm Fdg=Fc=)800 18065.167 350 2 . 235 67.28058 18065.167 700 2 . 235 (2 . 1 1 1 =183724N 聯(lián)立（1） 、 （2）可得： FBX=-931

53、32.6N FBY=-32790.6N FB=N 3 . 99208 22 BYBX FF 3.6 轉(zhuǎn)斗油缸及舉臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 轉(zhuǎn)斗油缸和舉臂油缸的設(shè)計(jì)主要根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需最大鏟取力和最大舉升力來進(jìn) 行 3.6.1 最大鏟取力 Fsh0和轉(zhuǎn)斗油缸所需輸出力 Fdg的確定 （一）Fsh0的計(jì)算 Fsh0是裝載機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，F(xiàn)sh0應(yīng)該能克服最大鏟取力 Fsh的作用。 =28058.67N shsh FF 0 （二）Fdg的確定 Fdg=183724N 3.6.2 最大舉升載荷 mmax最大舉升力 Fj舉臂油缸所需輸出力 Fbg的確定 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 29 頁

54、裝 訂 線 （一）確定 mmax mmax=1.7mr=1.7300=540Kg (二)確定 FJ 舉起 mmas所需的舉臂油缸的輸出力叫最大舉升力。它不僅要滿足 mmax的需要， 而且應(yīng)該滿足工作機(jī)構(gòu)正載聯(lián)合鏟取時(shí)需要。 正載聯(lián)合鏟取時(shí)，F(xiàn)j的計(jì)算如圖 圖（16） 對整個(gè)工作裝置研究，對 A 取矩，即可算得 FJ。 根據(jù)平面力系力矩平衡，可得取AGAH 3 1 AH=166.7mm 即 a=166.7mm c=XA=800mm b=YA=740mm d 取 720mm Fsh=28058.67N Fin=5097.2N 動臂的重量 G 由公式 Gi=KGiG 可算得 G=0.2400010=

55、2000N FJ166.7=28058.678800+5097.2740+2000720=165920N （4）計(jì)算舉臂油缸所需輸出力 Fbg Fbg= J aF n 1 式中 n舉臂油缸個(gè)數(shù)； a摩擦損失系數(shù)，一般取 a=1.25 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 共 頁 第 30 頁 裝 訂 線 Fbg=207400N16592025 . 1 1 1 3.6.3 油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （一） 轉(zhuǎn)斗油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸的類型：選用雙作用液壓缸 液壓缸的安裝方式：頭部耳環(huán) 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算： 液壓缸的主要幾何尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑 D、活塞桿的直徑 d 和液壓缸行程 s。 （1） 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)載荷力的大小和所選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D D= P F 2 1057 . 3 式中：D液壓缸內(nèi)徑（m