3687 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))
3687 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì)),小型,液壓,挖掘機(jī),設(shè)計(jì),工作,裝置
CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))學(xué)生姓名: 胡剛學(xué)班專號(hào):級(jí):業(yè):200521250309機(jī)制 05-03機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師: 黃東勝2009 年 6 月小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))學(xué)生 姓 名 : 胡剛學(xué)班號(hào):級(jí):200521250309機(jī)制 05-03所在院(系 ):指導(dǎo) 教 師 :完成 日 期 :城南學(xué)院黃東勝2009.6.10CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))學(xué)生姓名: 胡剛學(xué)班專號(hào):級(jí):業(yè):200521250309機(jī)制 05-03機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師: 黃東勝2009 年 6 月小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))學(xué)生 姓 名 : 胡剛學(xué)班號(hào):級(jí):200521250309機(jī)制 05-03所在院(系 ):指導(dǎo) 教 師 :完成 日 期 :城南學(xué)院黃東勝2009.6.10畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書城南 學(xué)院 機(jī)制 專業(yè) 班題 目 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))任務(wù)起止日期: 2009 年 2 月 23 日 2009 年 6 月 12 日學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師胡剛黃東勝學(xué) 號(hào) 200521250319教研 室主任 年 月 日審查院 長(zhǎng) 年 月 日批準(zhǔn)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)課題內(nèi)容小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)公路建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展,對(duì)挖掘機(jī)的需求也與日俱增,但小型液壓挖掘機(jī)品種規(guī)格相對(duì)較少,且大多價(jià)格昂貴。本課題開發(fā)一種價(jià)格較低廉,性能較好 ,功能較齊備,適合中小型工程施工和公路養(yǎng)護(hù)部門使用的小型液壓挖掘機(jī)。主要內(nèi)容:小型單斗液壓挖掘機(jī)總體方案設(shè)計(jì),總體參數(shù)計(jì)算確定(斗容量、最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大挖掘半徑、最大卸載高度、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、最大挖掘力、爬坡度、最大牽引力、行走速度、挖掘軌跡等),整機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(液壓系統(tǒng)工作壓力、各油缸行程,液壓系統(tǒng)圖),液壓油箱總成及零部件設(shè)計(jì)。課題任務(wù)要求任務(wù):小型液壓挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工作裝置總體設(shè)計(jì)液壓油箱零部件設(shè)計(jì)要求:1. 深入了解現(xiàn)行公路施工與設(shè)計(jì)的實(shí)際情況2. 廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料3. 按計(jì)劃認(rèn)真完成設(shè)計(jì)任務(wù)課題完成后應(yīng)提交的資料(或圖表、設(shè)計(jì)圖紙)1.2.開題報(bào)告,不少于 2000 字設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一本,不少于 1字1)2)3)4)5)英文摘要總體設(shè)計(jì)的方案和計(jì)算液壓傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓元件選型設(shè)計(jì)總結(jié)3.4.相關(guān)英文資料及譯文設(shè)計(jì)圖紙1)2)3)4)總體設(shè)計(jì)圖液壓系統(tǒng)圖挖掘軌跡圖液壓油箱總成圖和零件圖主要參考文獻(xiàn)與外文翻譯文件(由指導(dǎo)教師選定)1. 黃東勝、邱斌 現(xiàn)代挖掘機(jī)械M 北京:人民交通出版社,20032 何挺繼、朝勇 . 現(xiàn)代公路施工機(jī)械M 北京:人民交通出版社,19993 朱齊平 . 進(jìn)口工程機(jī)械使用維修手冊(cè)M 沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,20014 趙顯新 . 工程機(jī)械液壓傳動(dòng)裝置原理與檢修M 沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,20005 單斗液壓挖掘機(jī)M 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,19806 J. of Mechanical EngineeringJ同組設(shè)計(jì)者注:1. 此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。如不夠填寫,可另加頁(yè)。2. 此任務(wù)書最遲必須在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開始前一周下達(dá)給學(xué)生。3. 此任務(wù)書可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)表格下載區(qū)下載序號(hào)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)工 作 任 務(wù)工 作 進(jìn) 度 日 程 安 排周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 201 畢業(yè)實(shí)習(xí) - - -2 查閱資料,翻譯英文文獻(xiàn) - -3 總體方案設(shè)計(jì) - -4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) - -5 零部件設(shè)計(jì) - -6 修改設(shè)計(jì)計(jì)算說明書及圖紙 - -7 整理說明書 -8 準(zhǔn)備答辯 -9 答辯 -10二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度計(jì)劃表注:1. 此表由指導(dǎo)教師填寫;2. 此表每個(gè)學(xué)生人手一份,作為畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)檢查工作進(jìn)度之依據(jù);3. 進(jìn)度安排請(qǐng)用“一” 在相應(yīng)位置畫出。時(shí)間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段內(nèi)容 組織紀(jì)律 完成任務(wù)情況 組織紀(jì)律 完成任務(wù)情況 組織紀(jì)律 完成任務(wù)情況檢查記錄教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期三、學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)階段任務(wù)情況檢查表注:1. 此表應(yīng)由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫。階段分布由各學(xué)院自行決定。2. “組織紀(jì)律”一檔應(yīng)按長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)生學(xué)籍管理實(shí)施辦法精神,根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況,如實(shí)填寫。3. “完成任務(wù)情況” 一檔應(yīng)按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫。包括優(yōu)點(diǎn),存在的問題與建議4. 對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者,指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出忠告并督促其完成。四、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)裝袋要求:1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)按以下排列順序印刷與裝訂成一本(撰寫規(guī)范見教務(wù)處網(wǎng)頁(yè))。(1) 封面(3) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(5) 英文摘要(7) 正文(9) 致謝(11) 附件 1:開題報(bào)告(文獻(xiàn)綜述)(2) 扉 頁(yè)(4) 中文摘要(6) 目錄(8) 參考文獻(xiàn)(10) 附錄(公式的推演、圖表、程序等)(12) 附件 2:譯文及原文影印件2. 需單獨(dú)裝訂的圖紙(設(shè)計(jì)類)按順序裝訂成一本。3. 修改稿(經(jīng)、管、文法類專業(yè))按順序裝訂成一本。4.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 成績(jī)?cè)u(píng)定冊(cè)一份。5論文電子文檔由各學(xué)院收集保存。學(xué)生送交全部文件日期學(xué)生(簽名)指導(dǎo)教師驗(yàn)收(簽名)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))第一章 緒論1.1 設(shè)計(jì)的背景和意義我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,在其遼闊的土地上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè),這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù),而液壓挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械。它正以其適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高等優(yōu)越性越來(lái)越受到施工單位的重視。因此,在我國(guó)存在著一個(gè)巨大的液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)和更為巨大的潛在市場(chǎng)。近年來(lái),我國(guó)液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量在不斷增加,1994 年全國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量為 2010臺(tái),1995 年為 2366 臺(tái),1996 年產(chǎn)量達(dá)到 3104 臺(tái),1997 年為 3341 臺(tái),1998 年產(chǎn)量達(dá)到 4021 臺(tái),而 1999 年全國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量近 6000 臺(tái),比 1998 年增長(zhǎng)近40。從 1994 年到 1999 年近 5 年時(shí)間,全國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量翻了兩番。另一方面,現(xiàn)在廣大用戶,各級(jí)施工單位對(duì)液壓挖掘機(jī)在施工作業(yè)中的重要性或不可缺少性認(rèn)識(shí)越來(lái)越清晰,用液壓挖掘機(jī)在眾多場(chǎng)合替代裝載機(jī)、推土機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)的合理性也越來(lái)越明顯。因此,可以肯定液壓挖掘機(jī)的發(fā)展空間很大。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展,液壓挖掘機(jī)的需求量將逐年大幅度增長(zhǎng)??梢灶A(yù)料,今后幾年我國(guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)將會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展,液壓挖掘機(jī)的年產(chǎn)量將會(huì)以高于 20的速度增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng),主要由以下諸多領(lǐng)域組成:首先是交通運(yùn)輸工業(yè)領(lǐng)域,其次是能源工業(yè)領(lǐng)域,第三個(gè)領(lǐng)域是原材料工業(yè)領(lǐng)域。科學(xué)在發(fā)展,社會(huì)在進(jìn)步,對(duì)挖掘機(jī)的各方面的性能的要求也在不斷的提高 。國(guó)內(nèi)外各個(gè)生產(chǎn)廠家都在積極采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)來(lái)提高其性能。例如德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置,使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來(lái)工作;美國(guó)林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800 型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng),可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了 CAPS(計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)),提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率,更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置,它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。工作裝置是液壓挖掘機(jī)的重要組成部分,直接影響著挖掘機(jī)械的工作狀態(tài),本畢業(yè)設(shè)計(jì)將圍繞液壓挖掘機(jī)的工作裝置來(lái)進(jìn)行,以推動(dòng)國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。1.2 挖掘機(jī)的行業(yè)現(xiàn)狀自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái),中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)也步入了快速發(fā)展期。近幾年來(lái),小型工程機(jī)械作為后起之秀,在施工中,開始部分取代中大型機(jī)械的位置,受到用戶的普遍歡迎。目前,我國(guó)小型挖掘機(jī)市場(chǎng)正處在高速發(fā)展階段。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程向深度和廣度的發(fā)展,道路和市政設(shè)施的修繕維護(hù)及城市小型工程項(xiàng)目的增多,其工程業(yè)務(wù)量占社會(huì)施工總量的比重越來(lái)越大。據(jù)測(cè)算,一臺(tái) 10 噸位小型挖掘機(jī)的作業(yè)效率可以替代 3050 個(gè)勞動(dòng)力,極大地降低了施工成本和管理成本,使得多功能小型挖掘機(jī)的需求量不斷上升。2002第 1 頁(yè) 共 66 頁(yè)年行業(yè)銷售量只有 1400 多臺(tái),到 2006 年達(dá)到了 1.7 萬(wàn)余臺(tái),到 2007 年就已經(jīng)達(dá)到了 2 萬(wàn)余臺(tái),增長(zhǎng)了十幾倍,2008 年剛剛過去幾個(gè)月,就已經(jīng)呈現(xiàn)出了長(zhǎng)足增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。許多國(guó)外企業(yè)在中國(guó)加大投資,進(jìn)軍小挖產(chǎn)業(yè)正是他們看好中國(guó)工程機(jī)械市場(chǎng)的具體表現(xiàn)。從市場(chǎng)份額來(lái)講,國(guó)內(nèi)小型挖掘機(jī)主要還是以斗山、現(xiàn)代、小松、日立等日韓品牌為主,約占行業(yè)銷量的一半以上。本土小型挖掘機(jī)經(jīng)過山河智能 、玉柴等供應(yīng)商多年的努力,正在逐步擴(kuò)大市場(chǎng)占有率,目前中國(guó)本土小挖企業(yè)市場(chǎng)份額每年都在大幅攀升。近幾年,小型挖掘機(jī)市場(chǎng)持續(xù)強(qiáng)力增長(zhǎng),特別是在出口方面,小型挖掘機(jī)對(duì)我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)出口市場(chǎng)起到了一定引領(lǐng)作用。我國(guó)本土小型挖掘機(jī)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉,性價(jià)比方面具有比較高的優(yōu)勢(shì),受到海外市場(chǎng)的普遍青睞。2007 年我國(guó)小型挖掘機(jī)市場(chǎng)銷量首次突破 2 萬(wàn)臺(tái)大關(guān),其中近 20左右小挖銷量是出口海外市場(chǎng)的,其中國(guó)內(nèi)某些小挖制造商的出口比例達(dá)到 40以上,甚至某些企業(yè)生產(chǎn)的小型挖掘機(jī)全部用來(lái)出口,滿足海外市場(chǎng)的需求。目前出口正成為拉動(dòng)國(guó)內(nèi)小型挖掘機(jī)行業(yè)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的一個(gè)主要?jiǎng)恿Γ熬笆挚春谩?.3 挖掘機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)從 20 世紀(jì)后期開始,挖掘機(jī)的生產(chǎn)向多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要,國(guó)外發(fā)展了斗容量在 0.25m以下的微型挖掘機(jī),最小的斗容量?jī)H在 0.01m。另外,數(shù)量最多的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能,配備了多種工作裝置除正鏟、反鏟外,還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等,以滿足各種施工的需要。與此同時(shí),發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī) ,如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī),不斷改進(jìn)和革新控制方式,使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無(wú)線電操縱,利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切,挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu),加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如,德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置,使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來(lái)工作;美國(guó)林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800 型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng),可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了 CAPS(計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)),提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率,更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能;日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng),利用精控模式選擇系統(tǒng),減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗,并處長(zhǎng)了零部件的使用壽命;德國(guó)奧加凱(O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性,使油泵具有最大的工作效率;日本神鋼公司在新型的 904、905、907、909 型液壓挖掘機(jī)上采用智能第 2 頁(yè) 共 66 頁(yè)型控制系統(tǒng),即使無(wú)經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作;德國(guó)利勃海爾公司開發(fā)了 ECO(電子控制作業(yè))的操縱裝置,可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能,取得了高效率、低油耗的效果;美國(guó)卡特匹勒公司在新型 B 系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的 3114T 型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等,進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國(guó)大宇公司在 DH280 型挖掘機(jī)上采用了EPOS-電子功率優(yōu)化系統(tǒng),根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率,使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近,即發(fā)動(dòng)機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn),這樣既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率,又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。4)更新設(shè)計(jì)理論,提高可靠性,延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論,以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法,并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面,促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法,并創(chuàng)立了預(yù)測(cè)產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序,研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下,借助于大量試驗(yàn),縮短了新產(chǎn)品的研究周期,加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程,并提高其可靠性和耐久性。例如,液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到 85%-95%,使用壽命超過 1 萬(wàn)小時(shí)。5)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù),改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室,安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅,用隔音措施降低噪聲干擾。6)進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中,壓力減小時(shí)和增大流量變化,使液壓泵功率保持恒定,亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量(降低速度),使挖掘力成倍增長(zhǎng)率加 ;采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通,成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速運(yùn)動(dòng)。此外,液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用,為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。7)迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20 世紀(jì) 70 年代,為了節(jié)省能源消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染,使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè),降低挖掘機(jī)口音,改善駕駛員工作條件,逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動(dòng)控制技術(shù)。隨著對(duì)挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高,促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用,并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍 。20 世紀(jì) 80 年代,以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù),特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用,推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣,并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志,亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。1.4 存在問題我國(guó)小挖發(fā)展態(tài)勢(shì)良好,但依然存在很多問題。一、國(guó)內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平、質(zhì)量、可靠性參差不齊,僅有少數(shù)企業(yè)質(zhì)量技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平接近,這主要是國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)的體系建設(shè)相對(duì)落后所致。國(guó)內(nèi)第 3 頁(yè) 共 66 頁(yè)眾多的小型挖掘機(jī)制造企業(yè)普遍存在機(jī)制、資金、人才、管理等綜合實(shí)力不足的現(xiàn)象,難以形成核心競(jìng)爭(zhēng)力和規(guī)模化發(fā)展。目前小型挖掘機(jī)零部件國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到70,占采購(gòu)成本的 50。各大挖掘機(jī)制造商背后都有世界知名的零部件商作技術(shù)支撐,零部件技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)整機(jī)性能和可靠性的提高。小型挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)中泵、閥、馬達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)、工藝和知識(shí)產(chǎn)權(quán)基本掌握在日本、德國(guó)等少數(shù)國(guó)家的廠商手中,采購(gòu)成本約占據(jù)了整機(jī)成本的 40。與挖掘機(jī)相配套的小型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也掌握在日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家手中。隨著國(guó)內(nèi)小挖市場(chǎng)的持續(xù)升溫,國(guó)產(chǎn)小挖關(guān)鍵配套件缺失的矛盾進(jìn)一步升級(jí)。制約我國(guó)工程機(jī)械品質(zhì)提升的一個(gè)重要因素,就是基礎(chǔ)配套件的落后以及上游供應(yīng)鏈的薄弱。迫于競(jìng)爭(zhēng)的加劇,挖掘機(jī)制造企業(yè)對(duì)配套件質(zhì)量的要求越來(lái)越高,國(guó)產(chǎn)小挖企業(yè)幾乎都選擇進(jìn)口的關(guān)鍵零部件。從國(guó)外進(jìn)口零部件,不僅供貨期不能保證,導(dǎo)致企業(yè)無(wú)法進(jìn)一步提高產(chǎn)量。同時(shí),從國(guó)外采購(gòu)的全套液壓系統(tǒng),占到了整機(jī)成本的 30 ,而且價(jià)格沒有商量的余地。加上售前、售后服務(wù)不到位等因素,大大制約了國(guó)產(chǎn)小挖的快速發(fā)展。二、進(jìn)口二手挖掘機(jī)對(duì)國(guó)內(nèi)小型挖掘機(jī)行業(yè)的影響也很大。目前國(guó)內(nèi)存在大量進(jìn)口的二手設(shè)備,以挖掘機(jī)數(shù)量最為巨大,其中包括了相當(dāng)比例的小型挖掘機(jī),對(duì)國(guó)內(nèi)本行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了相當(dāng)大的沖擊。第 4 頁(yè) 共 66 頁(yè)第二章 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.1 引言單斗液壓挖掘機(jī)是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動(dòng)進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是目前挖掘機(jī)械中重要的機(jī)種之一。單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程是以鏟斗(一般裝有斗齒)的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi),斗滿后提升?;剞D(zhuǎn)至卸上位置進(jìn)行卸土,卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到地面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后,機(jī)械移動(dòng)一段距離,以便繼續(xù)作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的自行式土方機(jī)械。2.2 液壓挖掘機(jī)的基本組成分析與工作原理單斗液壓挖掘機(jī)為實(shí)現(xiàn)周期性作業(yè)的要求,設(shè)有下列基本組成部分:工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。常用的全回轉(zhuǎn)式(轉(zhuǎn)角 3600)挖掘機(jī),其動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)備和駕駛室等都在轉(zhuǎn)臺(tái)上,稱上部轉(zhuǎn)臺(tái)。因而這種挖掘機(jī)也可概括為由工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分組成,而挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。圖 2-1 為液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動(dòng)示意圖,如圖所示,柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵 ,操縱分配閥,將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理,各部分的運(yùn)動(dòng)通過液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗 1、斗桿 2、動(dòng)臂 3、連桿 4 及相應(yīng)的三組液壓缸 5. 6. 7組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上,通過動(dòng)臂缸的伸縮,使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);而鏟斗鉸接于斗桿前端,通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘作業(yè)時(shí),接通回轉(zhuǎn)馬達(dá),轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái),使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置,同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮;動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸,液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng),使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后,鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油,使動(dòng)臂抬起,隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá),使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置,再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮,使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后 ,工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中,由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同 ,反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過程僅為一般的理想過程??傊簤和诰驒C(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度,鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng),加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間,再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走(移位),使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大,從而滿足挖掘作業(yè)的要求。第 5 頁(yè) 共 66 頁(yè)0)圖 2-1 液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動(dòng)示意圖1-鏟斗 2 斗桿 3-動(dòng)臂 4-連桿 5、6、7-液壓油缸-挖掘裝置 -回轉(zhuǎn)裝置 -行走裝置2.3 反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一。反鏟裝置是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置,也是建筑型挖掘機(jī)的主要工作裝置。2.3.1 結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式由于整體式彎動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉,剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕,并且有利于得到較大的挖掘深度,故該反鏟液壓挖掘機(jī)采用整體式彎動(dòng)臂。同時(shí)采用整體式可調(diào)節(jié)斗桿以增大作業(yè)適應(yīng)性。(2)動(dòng)臂及斗桿油缸的布置動(dòng)臂油缸裝于動(dòng)臂的前下方,下支承點(diǎn)設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前,并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面。兩動(dòng)臂油缸活塞桿分別鉸接動(dòng)臂兩側(cè),在結(jié)構(gòu)上有加筋保證強(qiáng)度。而斗桿油缸鉸接于動(dòng)臂上端,活塞桿鉸接于斗桿大端。(3)鏟斗與鏟斗油缸的連接方式鏟斗油缸通過搖桿和連桿與鏟斗相連,它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu),因此較四連桿連接方式在相同的油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角,改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。(4)鏟斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于鏟斗的作業(yè)對(duì)象繁多,作業(yè)條件也不同,鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。采用切削前緣齊平,帶側(cè)齒,側(cè)壁微凸形鏟斗以增大對(duì)巖石的作業(yè)效果。2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇第 6 頁(yè) 共 66 頁(yè)裝置設(shè)計(jì))反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)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,并照顧到其他裝置的性能。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(shí),照顧其他條件的性能。反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面:(1)動(dòng)臂及動(dòng)臂油缸的布置確定用組合式或整體式動(dòng)臂,以及組合式動(dòng)臂的組合方式或整體式動(dòng)臂的形狀。確定動(dòng)臂油缸的布置為懸掛式或是下置式。本設(shè)計(jì)采用整體式動(dòng)臂,動(dòng)臂彎角 a1 150 (其推薦范圍:150170),動(dòng)臂油缸采取下置式布置。(2)斗桿及斗桿油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(diǎn)調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)采用整體式斗桿,不采用變鉸點(diǎn)調(diào)節(jié)。(3)確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比,即特性參數(shù) k1 l1 l 2 。對(duì)于一定的工作尺寸而言,動(dòng)臂與斗桿之間的長(zhǎng)度比可在很大范圍內(nèi)選擇。一般當(dāng) k12 時(shí)稱為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案,當(dāng) k11.5 時(shí)屬于短動(dòng)臂長(zhǎng)斗桿方案。k1在 1.5-2 之間稱為中間比例方案。本設(shè)計(jì)特性參數(shù) k1 l1 l 2 =1.46,從作業(yè)范圍來(lái)看,在挖高、挖深、挖掘半徑均相同的條件下,k1 越大,工作范圍越窄。從挖掘方式來(lái)看,k1 大宜用于斗桿挖掘?yàn)橹?,因其剛度易保證。而 k1 值小宜用于鏟斗挖掘?yàn)橹鞯取?4)確定配套鏟斗的種類,斗容量及其主要參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)選定其斗容量為 0.2m3。2.4 本章小結(jié)本章首先介紹了液壓挖掘機(jī)的整體組成及工作原理,重點(diǎn)分析了反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)組成和工作特點(diǎn),然后分別對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇,以便借助于電子計(jì)算機(jī)及相關(guān)資料進(jìn)行方案比較和參數(shù)選擇。第 7 頁(yè) 共 66 頁(yè)參數(shù)分類機(jī)構(gòu)參數(shù)組成鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 機(jī)體符號(hào)意義小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))第三章 工作裝置的主要參數(shù)選擇及驗(yàn)算3.1 工作裝置的設(shè)計(jì)原則與參數(shù)說明反鏟裝置的合理設(shè)計(jì)問題至今尚未理想的解決。以往多按經(jīng)驗(yàn),采取統(tǒng)計(jì)和作圖試湊的方法,現(xiàn)在盡可能采用數(shù)解分析方法,并利用電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。3.1.1 工作裝置的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)滿足下列要求:(1)主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足使用要求。在設(shè)計(jì)通用反鏟裝置時(shí)要考慮與同類型,同等級(jí)及其相比的先進(jìn)性,考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,并注意到運(yùn)動(dòng)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。(2)整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求,并具一定的先進(jìn)性。(3)功率利用情況盡可能好,理論工作循環(huán)時(shí)間盡可能短。(4)確定鉸點(diǎn)布置,結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時(shí)盡可能使受力狀態(tài)有利。在保證強(qiáng)度,剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。(5)作業(yè)條件復(fù)雜,使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)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(jiǎn)單,換裝方便。(6)運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的的姿態(tài),使運(yùn)輸尺寸小,行駛穩(wěn)定性好。保證安全可靠,并盡可能使油缸卸載或減載。(7)工作裝置油缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化,采用系列參數(shù),盡可能減少油缸零件種類,尤其是易損件的種類。(8)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置要便于裝拆和維修,尤其應(yīng)便于易損壞的更換。(9)采用合理措施來(lái)滿足特殊使用要求。3.1.2 機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)機(jī)構(gòu)的自身幾何參數(shù)有三類:第一類是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù),稱原始參數(shù),這里主要選擇長(zhǎng)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(lái)的參數(shù),稱推倒參數(shù),多為運(yùn)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他特性參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及相關(guān)符號(hào)見圖 3-1所示。表 3-1 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)第 8 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))原始參數(shù)L3=QV, l12=MHl13=MN,l14=HNl24=QK,l25=KVl29=KHL2=FQ , l10=FG , L1=CF,l6=CDl11=EG, l15=GN , l7=CB,l8=DFl16=FN l22=BF.l4=CP, l5=CA9=NMH , 4=EFG, 2=BCF 11=CAP推 10= KQV 5=GNF 3=DFC 12=ACP導(dǎo)參數(shù)6=GFN7=NQF8=NFQ特 K2=l24/l3, L3 K5=l2/l9, L2 L1 11性參數(shù)1=CFU=L7/L5K1=L1/L2備注L2 為斗桿長(zhǎng) L1 為動(dòng)臂長(zhǎng)1 為動(dòng)臂轉(zhuǎn)角下置式圖 3-1 反鏟工作裝置機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖3.2 斗型參數(shù)的選擇第 9 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))斗容量 q,平均斗寬 B,轉(zhuǎn)斗挖掘半徑 R 和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角 2 (令2 = max)是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。R,B 及 2 三者與 q 之間有以下幾何關(guān)系(31)式中 q標(biāo)準(zhǔn)斗容量即堆尖斗容, q 0.2m3 ;B平均斗寬,查表 26,選取 B=750mm;R轉(zhuǎn)斗挖掘半徑;土壤松散系數(shù),取 1.25;挖掘裝滿角,全面考慮有關(guān)因素,可以取 2 =90o100o,取 2 =96o。將以上各值代入式(31) ,計(jì)算得 R 790mm 800mm。鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn) K 和 Q 的間距 太大將影響鏟斗機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性,太小則影 響 鏟 斗 結(jié) 構(gòu) 剛 度 , 一 般 取 特 性 參 數(shù) k 2 l 24l3 KQQV 0.3 0.38 。取.則 KQ 0.375QV 0.375800 300mm一般地,取 a10KQV 95 115 ,取 a10 10003.3 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比,即特性參數(shù) K1 l1 l2。對(duì)于一定的工作尺寸而言,動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比可以在很大的范圍內(nèi)選擇。由樣機(jī),初選 K1 1.46。據(jù)統(tǒng)計(jì),最大挖掘半徑 R1 值一般與 l1 l 2 l3 的和值很接近。因此由要求的R1 ,已定的 l3 和 K1可按下列近似經(jīng)驗(yàn)公式初選 l1和 l 2 :l 2 R1 l 31 K1 (32)l1 K1l2第 10 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))由原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為 R1 5500mm , l3 R 800mm代入公式(32)得 l 2 =1810mm, l1=2610mm。動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 按不同情況選取,以反鏟為主的通用挖掘機(jī)要適當(dāng)顧及其他換用裝置要求在地面以上作業(yè)時(shí)有足夠的提升力矩可取K 4 =0.81.1。初選 K 4 =0.9。a11的取值對(duì)參數(shù)特性 K4 ,最大挖掘深度 H1max 有影響。加大 a11 會(huì)使 K 4 減小或使 H1max 增大,這正符合反鏟作業(yè)要求。因此基本用作反鏟的小型機(jī)取 a11 60,有的甚至取 a1180 。初選 a11=80。根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力,流量,系統(tǒng)回路,供油方式,工廠制造條件和三化的要求等確定液壓缸的伸縮比。增大液壓缸伸縮比 1 可以增大動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角 max ,但由于受油缸穩(wěn)定性的限制, 1 一般取 1.61.7。初選動(dòng)臂液壓缸的伸縮比 1 =1.67。由機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表及線尺寸參數(shù)公式:(33)由公式(33)可得 l 5=AC=560mm如圖 31。第 11 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 31 AC 計(jì)算簡(jiǎn)圖動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸鉸點(diǎn)的幾何關(guān)系可按圖 32 用公式表達(dá):由樣機(jī),初選無(wú)因次比例系數(shù) =0.5,則由 l 5l1min可得 L1min =1120mm,動(dòng)臂在上極限位置時(shí)由 CAB1得(34)(35)圖 32 動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸鉸點(diǎn)位置的幾何關(guān)系動(dòng)臂在下極限位置時(shí)由 CAB 得(36)(37)又由 CAB1得 l 5sin L 1maxsin a sin l5L1maxsin由 CAB 得 l5sin L 1maxsin sin l 5L1maxsin第 12 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))于是動(dòng)臂在上,下極限位置時(shí)液壓缸作用力臂相應(yīng)為力臂比 K 4 e ze0 L1max 1 p 2L1max 1 M 2 1 1 p 2 1 M2 0.9 (38)取無(wú)因次比例系數(shù) l5L1min, l7L1min,把它們代入式(35)和式(37) ,得出p 2 2 122 M 2 222 (39)將式(39)代入式(38)得 1.4由式(39),(36),(37)得 l 7 1568 mm從 CAB 和 CAB1中可以看到 , , 之間的關(guān)系: 1.9 1.67 ; 0.9 1。符合要求 大于 ,此時(shí) l7 l5 。懸掛式動(dòng)臂連接方案即屬于此類。由式(34)和(36)得顯然,動(dòng)臂的擺角為 - 84斗桿液壓缸全縮時(shí)CFQ a32 a8 最大,常選(a32 a8 ) max 160 180 。初選(a32 a 8 ) max 170。第 13 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))當(dāng)懸掛式動(dòng)臂液壓缸全縮,斗桿液壓缸全縮,QV 連線處于垂直狀態(tài)時(shí)可以得到最大卸載高度狀態(tài),如圖 33。由圖知最大卸載高度的表達(dá)式為:H 3max Yc sin( a111min a2 ) l 2 sin( a32max1min a8 a11 a2 180 ) l3(3-10)初選 a1 130 ,則圖 33 最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖由正弦定理得, l1sin a1 l 22sin a2,因此 a 2 23 , a39 180 a1 a2 27將以上所得代入式(310)可得Y c 780 mm當(dāng)懸掛式動(dòng)臂液壓缸全伸,F(xiàn)QV 三點(diǎn)同直線并處于垂直狀態(tài)時(shí)可以得到最大挖掘深度狀態(tài),如圖 34。由圖知最大挖掘深度的表達(dá)式為:第 14 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 34 最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖3.4 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇確定斗桿液壓缸的鉸點(diǎn)位置,行程及力臂比時(shí)應(yīng)考慮以下因素:1.保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。一般來(lái)說希望液壓缸在全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力始終大于正常挖掘阻力;液壓缸全伸時(shí)的作用力矩應(yīng)足以支承滿載斗和斗桿靜止不動(dòng);液壓缸作用力臂最大時(shí)產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘阻力。2.保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。對(duì)于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鞯闹行⌒头寸P,選擇斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)斗桿液壓缸的閉鎖能力,要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓缸的挖掘力能得到充分的發(fā)揮。3.保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍大致在 105125之間。在滿足工作范圍和運(yùn)輸要求的前提下此值應(yīng)盡可能取的小些。一般說斗桿愈長(zhǎng),其擺角范圍第 15 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))也可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí),鏟斗前臂與動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于 10cm。斗桿上EFQ 的大小取決于結(jié)構(gòu)因素,并考慮到工作范圍一般在130 170之間。本設(shè)計(jì)取EFQ 140 。參考國(guó)內(nèi)同類機(jī)型機(jī)器斗桿挖掘力值 ,按要求的最大挖掘力確定斗桿液壓缸的最大作用力臂 。初選斗桿液壓缸缸筒內(nèi)徑為 140mm,桿徑為80mm,伸縮比 2 1.67??刹榈?,液壓缸的推力為 215.46KN,拉力為 145.04KN。e2 max l 9則 e2 max l 9PG max ( l2 l3 )P240 (1810 800 )215.46 484.5mm(311)斗桿的擺角在105125 之間,取 2max 110斗桿液壓缸初始力臂 e20 與最大力臂 e2 max 之比是斗桿擺角 2max 的余弦函數(shù)。設(shè) e20 e2 Z ,則可見 l9 已定時(shí) 2max 愈大, e20 和 e2 Z 就愈小。如圖 35 所示,平均挖掘力也就越小。第 16 頁(yè) 共 66 頁(yè)2l9sin小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 35由圖 35,取 e20 e2 Z ,求得斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖l 2min 2max221 1185mml 2max 1978.5mml8 l 22min l92 2l 2min l 9 cos 2 max2 (312)將所得結(jié)果代入式(312)得挖掘機(jī)在最大卸載高度處,斗桿液壓缸全縮,此時(shí)3.5 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇作機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇時(shí),已知待選的參數(shù)還有 7 個(gè)(見圖 36)即。第 17 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 36 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇如前所述,鏟斗在挖掘過程中的轉(zhuǎn)角大致為 90100,為了要滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求,鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150180,本設(shè)計(jì)初選 3max 160 。如圖 37 所示,設(shè) l3 l3 min 時(shí)斗齒尖為 V0 ,則V0肯能在 FQ 延長(zhǎng)線上,或者在其上側(cè)的 030處,本設(shè)計(jì)初選V 0 在其上側(cè) 15處,此時(shí) V 0QV1 為仰角。圖 37 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇要求鏟斗液壓缸伸縮比應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi),對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)可取 3 1 .45 1 .65 。本設(shè)計(jì)初選 3 1.46。由圖得, MM 1 S 517mm ,即轉(zhuǎn)斗液壓缸的行程。則第 18 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))則可測(cè)的GFQ 60 , GF 567mm。由結(jié)構(gòu)確定 G 點(diǎn)位置,必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在 l3 全行程中任一瞬時(shí)都不會(huì)被破壞,即保證GFQ ,GNM 在任何瞬時(shí)都成立。l 3 全行程中機(jī)構(gòu)都不應(yīng)出現(xiàn)死點(diǎn) ,且傳動(dòng)角應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。在任何瞬間各構(gòu)件之間都不應(yīng)有干涉,碰撞現(xiàn)象。3.6 本章小結(jié)前述機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇計(jì)算是初步的。所謂“設(shè)計(jì)要求” 只考慮了工作尺寸和各油缸的作用力矩及其變化規(guī)律兩方面。接著應(yīng)考察各油缸作用力矩的均衡性,整機(jī)挖掘穩(wěn)定性,整機(jī)與地面的附著性,滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性等,以綜合比較各初選方案,從而確定最佳的機(jī)構(gòu)參數(shù)。第 19 頁(yè) 共 66 頁(yè)斗容 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸0.2 0.223 0.179 0.086 0.055 0.051 0.017 0.055小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))第四章 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置受力分析4.1 引言本章主要討論液壓挖掘機(jī)反鏟裝置設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)工況及計(jì)算位置的選擇,載荷的分析和計(jì)算圖式等。工作裝置主要由鏟斗,斗桿,動(dòng)臂以及連桿機(jī)構(gòu)的各種工作由缸組成。對(duì)這些結(jié)構(gòu)件的分析計(jì)算,首先應(yīng)確定各結(jié)構(gòu)的最不利工況,即在這工況下對(duì)某一結(jié)構(gòu)件可能出現(xiàn)的最大應(yīng)力,以這工況作為設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)的依據(jù),也就是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中計(jì)算位置的選擇,計(jì)算圖式和載荷的確定問題。由于影響挖掘機(jī)挖掘力的因素很多,如三個(gè)工作油缸的匹配,整機(jī)穩(wěn)定問題等,并且同樣的反鏟裝置還有較多的形式,因此對(duì)計(jì)算位置的選擇,看法很不一致,更無(wú)統(tǒng)一的規(guī)定。隨著電子計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用,目前已有可能對(duì)挖掘機(jī)的所有工況及其挖掘過程中指定的千百個(gè)位置進(jìn)行作用力分析和對(duì)各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行較多的可能危險(xiǎn)斷面進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算,再結(jié)合樣機(jī)的應(yīng)力測(cè)試,使工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有可能得到比較可靠而又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。4.2 動(dòng)臂液壓缸的作用力計(jì)算動(dòng)臂液壓缸應(yīng)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達(dá)到最高和最遠(yuǎn)的位置??蛇x用三個(gè)計(jì)算位置:1.從最大挖掘深度處提起滿載斗(圖 41 a)2.最大挖掘半徑時(shí)舉起滿載斗(圖 41 b)3.最大卸載高度時(shí)提起滿載斗(圖 41 c)根據(jù)斗容量查參考資料確定工作裝置各部分重量:表 4-1 反鏟裝置的構(gòu)造近似質(zhì)量表4.2.1.從最大挖掘深度處提起滿載斗表 4-2 最大挖掘深度處各重量的近似力臂值表(mm )土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂第 20 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))1703 1253 2163 1873 1613 2323 2093 743 429由 有:圖 41 動(dòng)臂液壓缸的作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖第 21 頁(yè) 共 66 頁(yè)土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂4050 1200 3010 4340 1540 3830 4540 490 542土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂3953 773 2393 4153 943 3043 4063 193 403小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))4.2.2.從最大挖掘半徑處提起滿載斗表 4-3 最大挖掘半徑處各重量的近似力臂值表(mm )由 M c 0 有:4.2.3.從最大卸載高度處提起滿載斗表 4-4 最大卸載高度處各重量的近似力臂值表(mm )由 M c 0 有:4.3 液壓缸的閉鎖壓力計(jì)算確定合理的液壓缸閉鎖能力是保證挖掘力得到充分發(fā)揮的條件之一。在挖掘范圍內(nèi)當(dāng)工作裝置處于不同位置時(shí)各液壓缸所受到的被動(dòng)作用力值也不同,要全面地確定各位置下的液壓缸被動(dòng)作用力,既很繁瑣,又無(wú)必要。一般常選定幾個(gè)反鏟作業(yè)主要工況作為計(jì)算位置來(lái)計(jì)算各液壓缸應(yīng)有的閉鎖力,使之在該工況下不發(fā)生液壓缸被動(dòng)回縮或伸長(zhǎng)的現(xiàn)象,從而保證了工作液壓缸作用力的發(fā)揮。根據(jù)參考資料初選動(dòng)臂液壓缸一支,缸徑 140mm,桿徑 80mm。則動(dòng)臂液壓缸大腔推力 246.2KN,動(dòng)臂液壓缸小腔推力 165.8KN,初選斗桿液壓缸一支,缸徑 100mm,桿徑 50mm。則斗桿液壓缸大腔推力 125.6KN,斗桿液壓缸小腔推力 94.2KN,第 22 頁(yè) 共 66 頁(yè)233 269 215 127 174 1487 1677 1873 2000 1233 3927 253 429 418小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))初選鏟斗液壓缸一支,缸徑 100mm,桿徑 50mm。則鏟斗液壓缸大腔推力 125.6KN,鏟斗液壓缸小腔推力 94.2KN,為確定各液壓缸的閉鎖壓力,選用以下三個(gè)計(jì)算位置:1.動(dòng)臂處于最低位置,斗桿呈垂直狀態(tài),轉(zhuǎn)斗挖掘,其作用力臂為最大(圖 42)。因此鏟斗液壓缸產(chǎn)生的挖掘力為最大,挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn) C,斗桿鉸點(diǎn) F 所造成的力矩均接近最大值,而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小。表 4-5 第一種工況時(shí)各作用力的近似力臂值表(mm )轉(zhuǎn)斗液壓缸挖掘力 可通過對(duì) Q 點(diǎn)的力矩平衡方程求得:從可能出現(xiàn)的最不利的情況出發(fā),假設(shè)存在法向阻力,其值取各力對(duì) F 點(diǎn)取矩,可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力 第 23 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 42 第一種工況液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖其中, G2 斗桿,轉(zhuǎn)斗液壓缸及連桿機(jī)構(gòu)總重使斗桿液壓缸受壓縮(液壓缸的大腔為高壓腔)。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力等于液壓缸的工作壓力,則大腔的閉鎖力等于其作用力 125.6KN,而小于 =128KN,顯然液壓缸會(huì)回縮。為了防止液壓缸回縮,限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力,超出的百分比為:第 24 頁(yè) 共 66 頁(yè)248 282 300 133 448 318 2620 2448 2268 1233 1676 4621 429 480小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn) C 取矩,求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力 P1 使動(dòng)臂液壓缸受壓縮(液壓缸的大腔為高壓腔)。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力等于液壓缸的工作壓力,則大腔的閉鎖力等于其作用力 246.2KN,而小于 =249.7KN,顯然液壓缸會(huì)回縮。為了防止液壓缸回縮,限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力,超出的百分比為:2.動(dòng)臂處于最低位置,斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) F,斗與斗桿鉸點(diǎn) Q,斗齒尖 V 三點(diǎn)共線 ,斗桿挖掘,其作用力臂最大(圖 43)。這種情況下斗桿液壓缸產(chǎn)生最大挖掘力 ,挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn) C 的力矩接近最大值,而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小。表 4-6 第二種工況時(shí)各作用力的近似力臂值表(mm )同理,對(duì) F 點(diǎn)取矩得仍取W 2 0.2W1 0.2 22.6 4.52KN第 25 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 43 第二種工況液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn) C 取矩:P1 使動(dòng)臂液壓缸受壓縮(液壓缸的大腔為高壓腔)。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力等于液壓缸的工作壓力,則大腔的閉鎖力等于其作用力 246.2KN,而大于 P1 =236.72KN,顯然能鎖住。第 26 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))富余的百分比為:各力對(duì) Q 點(diǎn)取矩,可得到鏟斗液壓缸所受的被動(dòng)作用力 P3 :P3使鏟斗液壓缸受壓縮(液壓缸的大腔為高壓腔)。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力等于液壓缸的工作壓力,則大腔的閉鎖力等于其作用力 125.6KN,而大于 P1 =98KN,顯然能鎖住。富余的百分比為:3.動(dòng)臂處于最低位置,挖掘深度最大,F(xiàn)、Q、V 三點(diǎn)共線,鏟斗挖掘,要求能克服平均挖掘阻力(圖 44)。在這種挖掘狀態(tài)下,挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn) C 必將造成最大的挖掘阻力矩。它會(huì)要求液壓缸缸徑加大,或閉鎖力過分增高,這種過分要求被認(rèn)為是不合理的。因此在這種位置挖掘時(shí)要求只克服平均挖掘阻力。首先計(jì)算最大挖掘阻力:W1max C R (1 cos max)l35 BAZX D (41)式中 C 土壤硬質(zhì)系數(shù)。對(duì)于 III 級(jí)土宜取 C 90 150 ,取 C=100。鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒齒距離,單位為 cm。取 R l 3 80cm 。 2max 挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半, max 48B 切削刃寬度影響系數(shù), B 1 2.6b , b 為鏟斗平均寬度,單位為 m。A 切削角變化影響系數(shù),取 A 1.3。斗的側(cè)壁厚度影響系數(shù),初選 X 1 .15cm 。Z 帶有斗齒的系數(shù), Z=0.75。第 27 頁(yè) 共 66 頁(yè)248 279 299 70 140 2610 2069 2000 1233 2000 3940 429 484小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))D切削刃擠壓土壤的力,根據(jù)斗容大小在 D=1000017000N 的范圍內(nèi)選取,斗容小于 0.25m3 時(shí),D 應(yīng)小于 10000N。取 D=8000N。鏟斗平均挖掘阻力:取W1J 30kN表 4-7 第三種工況時(shí)各作用力的近似力臂值表(mm )對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn) C 取矩:p1 使動(dòng)臂液壓缸受壓縮(液壓缸的大腔為高壓腔)。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力等于液壓缸的工作壓力,則大腔的閉鎖力等于其作用力 246.2KN,而小于 p1 =281.4KN,顯然液壓缸會(huì)回縮。為了防止液壓缸回縮,限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力,超出的百分比為: P1 P1P1 281.4 246.2246.2 100 14.3第 28 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 44 第三種工況液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖同理,對(duì) F 點(diǎn)取矩得:P2使斗桿液壓缸受壓縮(液壓缸的大腔為高壓腔)。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力等于液壓缸的工作壓力,則大腔的閉鎖力等于其作用力 125.6KN,而小于 P2 =150.9KN,顯然液壓缸會(huì)回縮。第 29 頁(yè) 共 66 頁(yè)液壓缸種類液壓缸參數(shù) 液壓缸閉鎖壓力(Mp)只數(shù)缸徑 桿徑 行程 大腔推力 第工況 第工況 第工況mm KN 閉鎖壓力超壓 閉鎖壓力超壓 閉鎖壓力超壓動(dòng)臂缸 1 140 80 750 246.2 16.22 1.4% 15.38 3.8% 18.28 14.3%斗桿缸 1 100 50 794 125.6 16.31 1.9% 19.22 20.1%轉(zhuǎn)斗缸 1 100 50 517 125.6 12.49 -22% 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))為了防止液壓缸回縮,限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力,超出的百分比為:表 4-8 液壓缸閉鎖力計(jì)算結(jié)果匯總表4.4 本章小結(jié)從反鏟挖掘機(jī)的工作原理分析可知,它是靠油缸力來(lái)進(jìn)行挖掘工作的,而且為了克服鏟斗上的阻力矩,各個(gè)工作油缸在各個(gè)位置上必須要提供最大的推力。其工作過程可分為挖掘過程和提升過程,其中挖掘工作是由鏟斗油缸或斗桿油缸完成的,提升工作由動(dòng)臂油缸完成。挖掘力是衡量挖掘機(jī)反鏟裝置性能的重要性能指標(biāo)之一,挖掘力又可以分為工作油缸的理論挖掘力、整機(jī)理論挖掘力和整機(jī)實(shí)際挖掘力,本章主要計(jì)算的是動(dòng)臂,斗桿及鏟斗與各油缸之間的作用力。第 30 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))第五章 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置強(qiáng)度分析5.1 引言液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的主要構(gòu)件一般由不同厚度的進(jìn)口 16Mn 鋼焊接而成,該鋼材綜合性能、焊接性及低溫韌性、冷沖壓及切削性均好很好,但缺口敏感性較碳鋼差,價(jià)廉,廣泛用于大型船舶、車輛、橋梁、鍋爐、壓力容器、起重及礦山設(shè)備、電站及承受動(dòng)負(fù)荷等的焊接結(jié)構(gòu),材料的性能決定了挖掘機(jī)的工作尺寸,并影響挖掘機(jī)的工作性能和整體穩(wěn)定性。但對(duì)于挖掘機(jī)這種復(fù)雜動(dòng)作的機(jī)械來(lái)說,每一個(gè)姿態(tài)下的受力情況都相差很大,因而對(duì)不同姿態(tài)工作裝置的建模存在很大差異。以下將不同的姿態(tài)位置對(duì)工作影響較大的受力及計(jì)算結(jié)果加以比較,來(lái)檢驗(yàn)工作裝置的強(qiáng)度。其相關(guān)材料性能如表 5-1 所示:表 5-1 16Mn 鋼的有關(guān)材料屬性表5.2 有限元法分析簡(jiǎn)介挖掘機(jī)的有限元分析是伴隨著有限元理論和有限元軟件的廣泛應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)的,特別是自 20 世紀(jì)八十年代以來(lái),隨著國(guó)外幾種商用有限元軟件進(jìn)入我國(guó)挖掘機(jī)有限元分析的研究已初具規(guī)模。在眾多有限元軟件中,比較可靠的有國(guó)外的 Ansys,NASTRAN,MOCAL,ALGOR 等,國(guó)內(nèi)真正通用的還幾乎沒有,所能做到的只是一些用于某種單元或是某個(gè)機(jī)構(gòu)的有限元分析。有限元的分析:自國(guó)外幾家大型有限元軟件在我國(guó)投放以來(lái),有限元分析在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。其中有很多是挖掘機(jī)的有限元分析。總的來(lái)說,這類分析主要集中在對(duì)某些部件的研究上。對(duì)整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析既可以提高我國(guó)設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)水平,反過來(lái)也可以利用有限元分析解決挖掘機(jī)在使用中出現(xiàn)的問題??傊捎谟邢拊獑卧ㄔ谖覈?guó)應(yīng)用比較晚,且主要集中在力學(xué)領(lǐng)域,因此對(duì)挖掘機(jī)的有限元分析還存在一定的局限性??梢灶A(yù)見,隨著大型和超大型挖掘機(jī)的不斷涌現(xiàn),合理地設(shè)計(jì)各構(gòu)件更加重要。本論文利用大型有限元軟件 Ansys對(duì)履帶式單斗液壓挖掘機(jī)的整個(gè)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析。5.3 不同工況下姿態(tài)的選取原則5.3.1 鏟斗最高位置處的姿態(tài)第 31 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 5-1 鏟斗最高位置鏟斗最高位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全伸,斗桿油缸和鏟斗油缸全縮時(shí),如圖 5-1所示。目的是為了檢驗(yàn)卸載或空載過程中,工作裝置發(fā)生抖動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和頻率的影響,通常利用激勵(lì)法驗(yàn)證工作機(jī)構(gòu)的固有頻率也常選擇此位置來(lái)測(cè)試。5.3.2 最高卸載位置處的姿態(tài)圖 5-2 最高卸載位置當(dāng)工作裝置處于最高卸載高度處,此時(shí)動(dòng)臂與斗桿油缸全縮,鏟斗處在垂直工作地面向下的位置,如圖 5-2 所示。該位置挖掘機(jī)工作裝置先滿斗上升,到卸載位置處開始卸載,其目標(biāo)是使裝載車達(dá)到盡可能多的物料裝載.其中涉及的運(yùn)動(dòng)包括,上升過程的加速與減速,卸載過程的抖動(dòng)卸料及卸載完后的加速下降.因此,該位置可以用以檢驗(yàn)受沖擊時(shí)工作裝置受到的影響,是求解與驗(yàn)證工作裝置動(dòng)強(qiáng)度和應(yīng)力的良好位置,也是驗(yàn)證物體能否發(fā)生共振的一個(gè)重要位置。5.3.3 停機(jī)面最大挖掘半徑處的姿態(tài)圖 5-3 停機(jī)面最大挖掘半徑在挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范中,最大挖掘半徑是評(píng)價(jià)挖掘能力的主要標(biāo)準(zhǔn)之一,它決定著挖掘機(jī)的挖掘范圍.因而,在設(shè)計(jì)時(shí),技術(shù)人員必須考慮清楚該位置的受力情況。該位置出現(xiàn)在斗桿油缸全縮,鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)這三點(diǎn)處于同一直線上,且大臂油缸縮進(jìn)使鏟斗齒尖處于地面上,如圖 5-3 所示。在該位置處,工作裝置下落時(shí),挖掘機(jī)將會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力,在挖掘的過程中也將受到很大的土壤阻力。因此考慮此位置的受力與沖擊將是力學(xué)分析和強(qiáng)度檢驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。5.3.4 最深挖掘位置處的姿態(tài)第 32 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 5-4 最深挖掘位置此位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮,斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直于挖掘面,如圖 5-4 所示。該位置處,鏟斗中物料較多,土壤挖掘阻力較大,大臂、斗桿與鏟斗的受力都很大,同時(shí)該位置也是用于計(jì)算斗桿與鏟斗的危險(xiǎn)情況的典型受力位置。因而,此位置也是整個(gè)力學(xué)分析中較為重要的一個(gè)姿態(tài)。5.3.5 油缸全縮位置處的姿態(tài)圖 5-5 油缸全縮位置油缸全縮位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸、斗桿油缸及鏟斗油缸全縮時(shí),如圖 5-5 所示 。該位置也是當(dāng)前挖掘機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中的一個(gè)重要指標(biāo),選擇此位置,用于檢驗(yàn)在不同挖掘角下,挖掘阻力對(duì)工作裝置的影響。5.3.6 動(dòng)臂、斗桿最大受力位置處的姿態(tài)圖 5-6 動(dòng)臂、斗桿最大受力位置動(dòng)臂、斗桿最大受力位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮,斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直斗桿油缸,如圖 5-6 所示。據(jù)計(jì)算,此位置對(duì)動(dòng)臂與斗桿都產(chǎn)生最大的力矩,是動(dòng)臂和斗桿出現(xiàn)危險(xiǎn)截面處的工況。相同挖掘力作用時(shí),對(duì)動(dòng)臂、斗桿產(chǎn)生的作用力最大。對(duì)此位置進(jìn)行強(qiáng)度及第 33 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))模態(tài)分析有利于檢驗(yàn)動(dòng)臂與鏟斗的最大變形與最大受力,從中得出動(dòng)臂破壞的原因。5.4 各姿態(tài)的強(qiáng)度分析5.4.1 鏟斗最高位置的強(qiáng)度分析(1)單元?jiǎng)澐郑汗ぷ餮b置鏟斗最高位置,而且挖掘機(jī)按最大旋轉(zhuǎn)速度和最大角加速度工作。這時(shí)建立的有限元模型中,其節(jié)點(diǎn)的總數(shù)為 4944 個(gè),單元的總數(shù)為 7388 個(gè)。單元的類型有三角形,四邊形等單元。(2)受力分布:對(duì)此位置受力分析時(shí),考慮的力有:工作裝置的重力和工作裝置上升的慣性力。風(fēng)載荷和各桿之間的摩擦力作用與上述兩種力相比很小,可經(jīng)忽略。(3)計(jì)算結(jié)構(gòu)與分析:經(jīng)分析得到的最大變形為 12.1mm,如圖 5-7 所示,最大應(yīng)力為 86.3MPa,如圖 5-8 所示。與許用應(yīng)力 345MPa 相比,此工況下工作裝置的受力是安全的。圖 5-7 最大變形云圖 圖 5-8 最大應(yīng)力云圖5.4.2 最高卸載位置的強(qiáng)度分析(1)單元?jiǎng)澐郑涸诠ぷ餮b置處于最高卸載位置時(shí),建立有限元模型圖,劃分的節(jié)點(diǎn)總數(shù)為 6438 個(gè),單元總數(shù)為 9603 個(gè)。(2)受力分析:對(duì)其施加力,這時(shí)的力主要是各構(gòu)件的自重,物料的重量及滿斗時(shí)卸載過程的沖擊力和旋轉(zhuǎn)時(shí)兩者的慣性力,忽略風(fēng)載,摩擦等。(3)計(jì)算結(jié)果與分析:(3-1)在重力的作用下,工作裝置的最大變形出現(xiàn)在鏟斗與連桿機(jī)構(gòu)相鉸接的地方,且最大變形量為 42.3mm,此時(shí)的位移變形如圖 5-9 所示。(3-2)在重力與旋轉(zhuǎn)角速度的作用下,工作裝置的最大變形出現(xiàn)在鏟斗與連桿機(jī)構(gòu)相鉸接的地方,且最大變形量為 49.1mm,此時(shí)的位移變形如圖 5-10 所示 。(3-3)在重力的作用下,工作裝置的最大應(yīng)力出現(xiàn)在動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸的鉸接處,此時(shí)的最大應(yīng)力值為 185.3Mpa,如圖 5-11 所示,對(duì)于靜力分析來(lái)說,工作裝置的應(yīng)力沒有超出其極限應(yīng)力與許用應(yīng)力的范圍。因而此情況下的設(shè)計(jì)是安全的。但是此時(shí)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在動(dòng)臂與鏟斗的鉸接處,就說明這個(gè)位置的受力是最大的,當(dāng)處于動(dòng)載荷下有可能發(fā)生斷裂或破壞,要注意次位置的結(jié)構(gòu)及制造工藝。第 34 頁(yè) 共 66 頁(yè)小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì))圖 5-9 重力作用下的變形云圖 圖 5-10 重力與角速度作用下的變形云圖圖 5-11 重力與角速度作用下的應(yīng)力云圖5.4.3 最大挖掘半徑時(shí)的強(qiáng)度分析(1)單元?jiǎng)澐郑涸谧畲笸诰虬霃教?,建立了工作裝置的有限元模型,其單元總數(shù)為 7744 個(gè),節(jié)點(diǎn)總數(shù)為 6452 個(gè)。(2)受力分析:此處受到的靜力有重力和最大挖掘力。忽略了風(fēng)載荷與阻尼力的影響。(3)計(jì)算結(jié)果與分析:經(jīng)分析可得,最大的變形為 51.6mm,如圖 5-12 所示,最大應(yīng)力值為 284.2MPa,如圖 5-1
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小型
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3687 小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)(工作裝置設(shè)計(jì)),小型,液壓,挖掘機(jī),設(shè)計(jì),工作,裝置
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