畢業(yè)設(shè)計（論文）-2噸液壓挖掘機的挖掘機構(gòu)（含全套CAD圖紙）

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1、 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 全套完整版全套完整版 CAD 圖紙等，聯(lián)系圖紙等，聯(lián)系 153893706 1 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)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

2、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，用來挖掘電纜溝和管道 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 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

3、，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 液壓挖掘機的工作特點和基本類型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)點液壓挖掘機的主要優(yōu)點 液壓挖掘機在動力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

4、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)準化、系列化、通用化。 基于液壓傳動的上述優(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。 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

5、液壓挖掘機鏟斗挖掘力120150KN，而同級機械傳動 3 挖掘機只有100KN左右。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 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

6、。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。 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。 由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液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

7、、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。 液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準化、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個機構(gòu)采用機械傳 動，

8、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 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 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

9、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

10、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。 1.2 液壓挖掘機的發(fā)展概況液壓挖掘機的發(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

11、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、 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 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。22 20 世紀 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

12、。 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況國內(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 70 年代末 80 年代初，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)

13、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。 1.3 本次設(shè)計概述本次設(shè)計概述 本次

14、設(shè)計斗容量為 0.2m3,全液壓履帶式挖掘機型號為 WLY20 型，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。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 1.4 反鏟裝置的工作原理反鏟裝置的工作原理 反鏟工作裝置是液壓挖掘機的一種主要工作裝置，如圖 11 所示。 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

15、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，

16、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)束時裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚 圖11 整體式彎動臂 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 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

17、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。 1.5 本次設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計斗容量 0.2m3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，挖及以下土壤。 2 總體設(shè)計方案 2.1 工作裝置設(shè)計方案原則工作裝置設(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

18、進性?？紤]國家標(biāo)準的規(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

19、化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 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)設(shè)計方案原則（總體）液壓系統(tǒng)設(shè)計方案原則（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)過程單斗液壓挖掘機作業(yè)過程 液壓挖

20、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，負載變化

21、大，沖 擊和振動頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫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。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 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

22、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；防止機器下坡行駛時超速溜坡等。 2.2.2 對液壓系統(tǒng)基本的要求對液壓系統(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

23、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)，使液 壓挖掘機具有節(jié)能、高效和自動適應(yīng)負載變化的特點。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 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。 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

24、 31 所示。 圖31 整體式直動臂 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 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 21 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

25、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： 1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調(diào)節(jié)。 2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。 3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

26、業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動臂。 3.1.2 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式確定斗桿的結(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。 3.1.3 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu) 3.1.3.13.1.3.1 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對挖掘機的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個鏟斗來適應(yīng)任

27、何作業(yè)對象和條件較困 難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有甚至 十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)形式各異的鏟斗。 目前，對鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場試驗、實驗室試驗或模型試驗階 段，未建立起較系統(tǒng)的理論。例如有人曾將兩只 0.6m3容量而斗型不同的反鏟 斗裝在 RH6 液壓挖掘機上進行對比試驗，結(jié)果如表 31 所示。由于砂的挖掘 阻力較小，對鏟斗設(shè)計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結(jié)果差別 不大。而對頁巖作業(yè)效果就大不一樣，其中一個鏟斗的切削前緣中間略微凸出， 不帶側(cè)齒，側(cè)臂略呈凹形，這些因素使頁巖挖掘阻力降低。另一個鏟斗的情況 則相反。 對各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要

28、求是： 1有利于物料的自由流動，因此鏟斗內(nèi)臂不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。 斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運動規(guī)律。 2要使物料易于卸凈。用于粘土的鏟斗卸載時不易卸凈，因此延長了作 業(yè)循環(huán)時間，降低了有效斗容量。國外采用設(shè)有強制卸土的粘土鏟斗。 反反 鏟鏟 斗斗 對對 比比 試試 驗驗 結(jié)結(jié) 果果 表表 3-13-1 作業(yè)條件 鏟斗 編號 鏟斗充滿 時間 （s） 生產(chǎn)率 （10KN/h） 效率 （%） 在頁巖中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 19.05 40.6 42.6 22.68 100 53.3 在砂中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 5.9 6.3 163.5 152.7 100 93.3

29、3為了使裝進鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大 于 4：1。當(dāng)此比值大于 50：1 時顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質(zhì)。 4裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時的挖掘線比壓，以便切入或 破碎阻力較大有物料。挖硬土或碎石時還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、 形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)都值得研究，對它的主要要求是挖掘阻力小，耐 磨，易于更換。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 3.1.3.23.1.3.2 確定斗齒安裝方式確定斗齒安裝方式 目前，國產(chǎn)挖掘機斗齒安裝方式主要有兩類，斗容量 q0.6m3時多采用 螺栓連接（圖 32a） ，斗容量 q0.6

30、m3時時多采用橡膠卡銷結(jié)構(gòu)（圖 32b） 。 本次設(shè)計斗容量為 0.2 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的連接方式 鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式（圖 33） ，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 33a 為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸 組成四連桿機構(gòu)。圖 33b 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 33d 和圖 33b 類似，區(qū)別在于前者液 圖 32 斗齒安裝方式 壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。圖 33c 的機構(gòu)傳動比與 b 差不多，但鏟斗 擺角位置順時針方

31、向轉(zhuǎn)動了一個角度。 )螺栓連接方式；橡膠卡銷連接方式 1-卡銷；2-橡膠卡銷；3-齒座；4-斗齒 a) 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 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 33b 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

32、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 動臂油缸的布置動臂油缸的布置 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 34 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。 圖33 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 油缸后傾布置方案，如圖 35 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

33、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。此外， 2 h 1 h 在后傾方案中，動臂 EF 部分往往比前傾方案的長，因此動臂所受彎矩也比較 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。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 圖34 動臂油缸前傾布置 圖35 動臂油缸后傾布置方案 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）

34、第 17 頁 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 35） ，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。 2 h 2 h 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。 3.2.2 斗桿油缸的布置斗桿油缸的布置 確定斗桿油缸鉸點、行程及斗桿力臂比時應(yīng)該考慮下

35、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 鏟斗油缸的布置鏟斗油缸的布置 確定鏟斗油缸鉸點

36、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3-7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，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。 鏟斗從位置到位置時（圖36） ，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 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆

37、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 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。 3.3 動臂、斗桿、鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇動臂、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

38、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： 1.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。 圖3-6 鏟斗擺角范圍 45 140 50 1525 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 2.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

39、體式桿。 3.確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)=。 1 K 2 1 l 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)1.5 葉屬 1 K 1 K 1 K 于短動臂長斗桿方案。在 1.52 之間稱為中間比例方案。 1 K 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)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、 1 K 挖深與挖掘半徑均

40、相同的條件下，愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看大 1 K 1 K 宜用于斗桿挖掘為主，因其剛度較易保證。而值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主。 1 K 本設(shè)計采用中間比例方案,取1.8。 1 K 4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)。 5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?？紤]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 1 情況下因動臂擺角和鉸點布置要求可以取1.75，而取 1 1.61.7，1.61.7。 2 3 3.3.2 機構(gòu)自身幾何參數(shù)機構(gòu)自身

41、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 3-2 所示。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 a a a a a a a a a a l l l l l l l l l ll l l l l l l l l l l l l l L L L V F K Q N

42、 H M G E D B Z C A T JI l l l 圖3-7 反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算簡圖 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 反反 鏟鏟 機機 構(gòu)構(gòu) 自自 身身 幾幾 何何 參參 數(shù)數(shù) 表表 表表 3-23-2 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=MH l13=MN,l14=HN l24=QK,l25=KV l29=KH l2=FQ,l9=EF l10=FG,l11=EG l15=GN,l16=FN l21=NQ l1=CF,l6=CD l7=CB,l8=DF l22=BF l4=CP,l5=CA l17=

43、CI,l19=CT l30=CS,l38=JT l39=JI 推導(dǎo)參數(shù) 9NMH 10KQV 4EFG 5GNF 6GFN 7NQF 8NFQ 2BCF 3DFC 11CAP 9TCP K2=,l3 9 2 l l K2=,l3 41 42 l l 1CZF = 5 7 l l 特性參數(shù) K2=,l3 3 24 l l K1= 2 1 l l 11 備注 l 斗桿長 2 l1動臂長 1動臂彎角 懸掛式 11 ACU 各液壓缸運動參數(shù)的意義見表 33 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 3.3.3 斗形參數(shù)的選擇斗形參數(shù)的選擇 3.3.3.13.3.3.1 鏟斗主要參數(shù)的

44、選擇鏟斗主要參數(shù)的選擇 斗容量、平均斗寬，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（這里qBR2 令）是鏟斗的四個主要參數(shù)。、及三者與之間有以下幾何 max RB2q 關(guān)系（圖 38）. = 式(31)q S KBR)2sin2( 2 1 2 其中：0.2m 其中：=0.2m3(已知)，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B 圍，查表 26，取0.75m；B 鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取90100，22 取951.658rad2 把、代入式(31)得：qB2 0.20.75（1.658sin95） 2 1 2 R S K 解得：0.803mR 中國礦業(yè)大學(xué)

45、07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 鏟斗上兩個鉸點與的間距（圖 37）太大將影KQ 24 l 響鏟斗傳動特性，太小則影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度，一般取特性=0.30.38, 2 k 3 24 l l 取0.340.34，=0.803m,得出=0.273m。當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時取 2 k 3 24 l l R 24 l 2 k 較小值，一般取=95115，取=105。KQV 10 KQV 反鏟工作液壓缸運動參數(shù)表反鏟工作液壓缸運動參數(shù)表 表表 3 33 3 參 數(shù) 意 義 瞬時力臂 瞬時長度 全縮力臂 全縮長度 全縮力臂 全伸長度 特性參數(shù)液壓缸種類 參 數(shù) 符 號 動臂液壓缸 1 1 L e 10 1

46、min L e z e1 1max L = min1 1max L L max 圖38 鏟斗主參數(shù)示意圖 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 斗桿液壓缸 2 2 L e 20 2min L e z e2 2max L = min2 2max L L 鏟斗液壓缸 3 3 L e z e2 2min L z e3 3max L = min3 3 L L man 3.3.3.2 斗形尺寸計算斗形尺寸計算 根據(jù)鏟斗主要參數(shù)可進一步設(shè)計計算斗形其尺寸，如圖 3-9 所示。圖中三 角形為等腰三角形，段為直線，弧段為拋物線。點至直線OGEOAABA 的距離為，拋物線定點高度為，一般取

47、。斗尖角取值范圍一EBHLHL 般為 2030，斗側(cè)壁角為取 3050，包角取 108。常見鏟斗 斗形參數(shù)參考表 3-1。改變?nèi)切蔚男螤羁梢垣@得不同的形狀的斗形。OEG 斗形尺寸根據(jù)比擬法=0.75m(已知)、=0.803m(已知), 得出：b D R =0.294m;=0.534m;=0.87; 1 x 2 x 3 x =0.7324m;=0.0706m;Rm =40; =23; =108 =0.56m.HL 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 3.3.3.3 初選斗齒的幾何形狀初選斗齒的幾何形狀 鏟斗的幾何形狀應(yīng)對挖掘比阻力達到最小值。鏟斗及切削時的主要參數(shù)， 如

48、圖 3-10 所示，圖中鏟斗容量 q、長度 L、寬度 B、高度 H、切削角 、刃角 和后角 等參數(shù)的選擇都對挖掘比阻力有直接影響。斗齒在鏟斗上的布置 （齒寬和齒距）也是一個重要參數(shù) 為使斗側(cè)壁不參與切削，鏟斗應(yīng)裝有側(cè)齒。 一般齒寬0.11=0.11=0.064m;bq 3 2 . 0 齒長 0.260.260.152m;lq 3 2 . 0 齒距為：=(2.53.5)=(0.160.192)m,取=0.18maba 斗前臂與切削面的間隙取=0.7=0.0448mfb 又由于鏟斗寬度 B=0.75m,齒寬與齒距之和為 0.064+0.18=0.244m =3.07 因此鏟斗裝有 3 個齒。 ba

49、 B 244 . 0 75 . 0 另外齒尖應(yīng)保持銳利，否則挖掘阻力將急劇增加。新鑄（或鍛）的齒只有 一個小的圓弧尖連續(xù)工作后，齒尖將逐漸磨損，并變鈍。通常，挖掘級 土壤，齒尖顯著磨鈍后，挖掘阻用將增加 50100%。因此，為避免這種超 O y=ax2+bx+c ) l 圖39 反鏟鏟斗計算尺寸 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 載挖掘，應(yīng)及時更換或在齒刃口上堆焊硬質(zhì)合金層。 斗齒做成楔入式或組合式，以便快速更換和修補。 切削角對切削阻力影響也很大。通常，挖級土?xí)r，斗切削角為 2035（較大值適用于硬土，小值適用于一般土） ，常用切削角為 30，本次設(shè)計取30，后角不

50、應(yīng)小于 5，刃角取 25。 3.3.4 動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇 由于鏟斗容量0.2m3,根據(jù)國內(nèi)外液壓挖掘機有關(guān)設(shè)計標(biāo)準，通過類比q 法，選出參數(shù)機重5 噸。G 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):=mL iLi k 3 G 得出:最大挖掘半徑=3.35=5.728m；R 1 3 5 最大挖掘深度=2.05=3.505m；H max1 3 5 最大卸載高度1.55=2.65m；H max3 3 5 據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑值一般與+ + 的和值很接近。因此由要R 1 l 1 l 2 l 3 求，已定的和可按下列經(jīng)驗公式初選、：R 13 l

51、 1 Kl 1 l 2 l 圖310 鏟斗的基本參數(shù) 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 式（3-2）l 2 1 31 1K LR =Kl 1 l 2 其中：=5.728m；1.8；R 11 K 經(jīng)計算得出：=1.759m；l 2 = =1.81.759=3.166ml 11 Kl 2 在三角形 CZF 中，、和都可以根據(jù)經(jīng)驗初選出： 1 l 13 K 其中：動臂的彎角，采用彎角能增加挖掘深度，但降低 1 了卸載高度，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 3.166m；l 1 動臂轉(zhuǎn)折處的長度比，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液 3 K ZC ZF

52、 壓缸鉸點 B 的位置來考慮，初步設(shè)計取 1.11.3，取1.2； 3 K 3 K 因此根據(jù)公式：可以算出、 41 l 42 l 39 l 41 13 2 3 1 cos21KK l 5 B 17.9 140 Z C F 圖311 動臂實際尺寸 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 lK l 42341 式（3-3） =ZCFarccos() 39 142 2 41 2 1 2 42 2ll lll 經(jīng)計算得出：ZC= =1.529m； 41 l ZF= =1.834m； 42 l =17.9 39 如圖 311 所示。 動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比 K4按不同情況選取

53、，專用反鏟可取 0.8；以反鏟為主的通用機，0.81.1；斗容量 1m3左右的通用機， 4 K 4 K 則可取1。 4 K 本設(shè)計中取1。 4 K 的取值對特性參數(shù)、最大挖掘深度和最大挖高有影響。 11 4 KH max1 H max2 加大會使減小或使增大，這下符合反鏟作業(yè)要求，因此基本用 11 H max1 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（圖 312） ，常選 （）CFQ 832 832 = max 160180. 本設(shè)計中?。ǎ?70。 832 max 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 取決于液壓缸布置形式， （圖

54、3-11） ，動臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角BCZ 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CZF22.1 ，解得BCF 17.1。 由圖 3-12 得最大卸載高度的表達式為 ） 211max11115Amax3 sin(sinYHll 式（3- 32118max1max322 )180sin(ll 4） 由圖 3-13 得最大挖掘深度絕對值的表達式為 式 A YllllH 1152min111123max1 sin)sin( （3-5） 將這兩式相加，消去， 5 l 并令，+-，得到：A 11 2 BA 8 max32 - -

55、A)H max1 H max3 l 1 )sin( max1 Asin( min1 +-1=0 式（3- 2 l)Bsin( max1 圖312 最大卸載高度時動臂機構(gòu)計算簡圖 1 11 2 328 X Y O 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 6） 又特性參數(shù)： 式（3- 4 K min11 max1 sin sin 7） 因此 sin min1 14 max1 sin K =) 式（3-cos min1 2 1 2 4 max1 2 sin (1 K 8） 將上式代入式（3-6）則得到一元函數(shù) f()=0。式中和已 max1 H max1 H max3 圖313

56、最大挖掘深度時動臂 機構(gòu)計算簡圖 11 2 11 1 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 根據(jù)經(jīng)驗公式計算法求出， 經(jīng)計算得出：29.6；73.5 min1 max1 最后由式（3-5）求為 5 l 式（3- 5 l 11 max1min1123 sin )sin( HYAlll A 9） 70sin 505 . 3 65 . 0 ) 6 . 29 1 . 97sin(166 . 3 562 . 2 0.638m （其中：=3.166m；1.759m；97.1； 1 l 2 lA 由于履帶總高0.320.547，近似取=0.65m） 3 5 A Y 然后，解下面的聯(lián)立方

57、程，可求 和 ： =arcos()=arc() min1 57 2 min1 2 5 2 7 2 ll Lll 2 1 22 =arcos()=arc() 式（3- max1 57 2 max1 2 5 2 7 2 ll Lll 2 222 10） 于是： = min1 L 5 l =x max1 L min1 L 式（3-11） = 1 L min1 L 經(jīng)計算得出：1.63；0.67；=0.952m； min1 L 1.52m；=1.61m max1 L 7 l 得到的結(jié)果符合下列幾何條件：+=2.36；|- =0.961 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 32 頁 3.3

58、.5 斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇 第一步計算斗桿挖掘阻力： 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)角過程中， g g 鏟斗被裝滿，這時半齒的實際行程為： g rs 6 01745 . 0 其中：斗桿挖掘時的切削半徑，； 6 r 6 rFV 取1.7590.8032.562m max FV 32 ll 斗桿挖掘時的切土厚度可按下式計算： g h S g BSK q h SgBK r q 6 01745 . 0 斗桿挖掘阻力為： 式(312) sg gg Kr qK BhKW 6 0 01 01745 . 0

59、式中挖掘比阻力，由表 010查得，20（級土壤以 0 K 0 K 下） 土壤松散系數(shù)近似值取 1.25。 s K 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)的要 2 l 3 l min FV 求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達到 150180， 32 2 min 2 3 2 2 2 30cos ll FVll 0.866 803 . 0 759 . 1 2 803 . 0 759 . 1 2 min 22 FV 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 33 頁 計算得：1.137m min6 r min FV 把、代入式 3-12 得 0 Kq min6 r g s K 2.48KN

60、3 max1 10 25 . 1 65137 . 1 01745 . 0 2 . 020 g W 第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。 m 2 32max 9max2 )( P llP le G 455 . 0 96.13 803 . 0 759 . 1 48 . 2 ）（ 其中：根據(jù)經(jīng)驗公式計算法得出13.96KN 2 P 斗桿液壓缸初始力臂與最大力臂之比是斗桿擺角的余弦函數(shù)。 20 e max2 e max2 設(shè),則 z ee 220 9 max2 9 max2 202 cos l l e e 2 cos max2 由圖 313，取，求得 z ee 220 1.203m 1 2 sin2

61、2 max2 9 min2 l L 16 . 1 5 . 52sin455 . 0 2 （其中斗桿擺角范圍大致在 105125，取105） max2 ) 2 cos(2 max2 9min2 2 9 2 min2 8 lLlLl =） 2 105 cos(455 . 0 2455 . 0 203 . 1 22 =1.588m 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 34 頁 3.3.5 連桿、搖臂參數(shù)的選擇連桿、搖臂參數(shù)的選擇 從幾何可容性與結(jié)構(gòu)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、 3 lGFN 及四邊形在任何瞬間皆成立。

62、根據(jù)鏟斗六連桿機構(gòu)的要求，借助GNMHNQK 電子計算機選出可行的方案： 0.27m；0.156m；0.195m；0.312m；0.3mQNMHNMHKHN 4 挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計 按照液壓挖掘機工作裝置和各個機構(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

63、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)動負載做直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動?？刂圃?各種液壓閥）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，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)設(shè)計的主要內(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，操作 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢