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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）
題目： 液壓挖掘機(jī)
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 程鵬
學(xué) 號(hào)： 20101172
專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
年 級(jí)： 機(jī)制1004
指導(dǎo)教師： 康麗春 職 稱：導(dǎo)師
0
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是履帶式液壓挖掘機(jī)功挖掘機(jī)。和其他類型的比較，類似于這種類型的挖掘機(jī)性能良好并且應(yīng)用廣泛，軟土地表面或沼澤地面也可以行使使用，并且可以減少對(duì)地面的壓力。
液壓挖掘機(jī)的主要特點(diǎn)是：可無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，動(dòng)作快，液壓元件的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)慣性，加速性能好，并能高速反轉(zhuǎn)，傳輸是非常順利，非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可吸收的影響和振動(dòng)，操作省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，泛化。
本設(shè)計(jì)斗容量是Q=0.2m3，它屬于小型液壓挖掘機(jī)，工作裝置的傳動(dòng)原理，液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計(jì)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，選擇為履帶式的液壓挖掘機(jī)，為了滿足要求。在轉(zhuǎn)盤上表面是整個(gè)旋轉(zhuǎn)，因此它可以在更大的范圍內(nèi)工作。由于采用液壓傳動(dòng)與控制可以提高整體性能。隨著現(xiàn)代挖掘機(jī)相比，開采量增加到2 ~ 3倍，質(zhì)量大約是6噸，挖掘力約為30kN，排放的最大高度約為2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半徑大約是5.728m，可從機(jī)器的操作能力有了很大的提高，不僅挖掘能力大，和機(jī)器的重量，傳動(dòng)平穩(wěn)，工作效率很高，結(jié)構(gòu)緊湊
ABSTRACT
The topic of this graduation design is mining mechanism of Hydraulic Excavator Power crawler. The hydraulic excavators and other types of comparison, similar to this type of excavator with good performance and the application is wide, the soft land surface or marshy ground area can also use widening, lengthening and floating track to reduce the earth pressure of the.
The main characteristics of hydraulic excavator is: can the stepless speed regulation and speed range is very large, can obtain a lower stable rotational speed, fast action, hydraulic component motion motion inertia, acceleration performance is very good, and can operate high speed reversal, the transmission is very smooth, very simple structure, can absorb the impact and vibration, labor-saving operation, easy to realize automatic control, easy to realize the standardization, seriation, generalization.
This design is the main parameters of bucket capacity of 0.2m3, it belongs to the small hydraulic excavator working device, hydraulic excavator, the main design of transmission principle.
In the graduation design, the crawler walking device, in order to meet the requirements of. Upper surface of the turnplate is the entire rotation, therefore it may work in a greater scope. Because of the use of hydraulic transmission and control the overall performance can be improved. Compared with modern excavator, the mining capacity increased to 2 ~ 3 times, the quality is about 6 tons, digging force is about 30kN, the maximum discharge height is about 2.65m, the maximum digging depth is 4.2m, maximum digging radius is about 5.728m, can be seen from the machine operation ability have improved greatly, not only the mining capacity is big, and the weight of the machine, the transmission is steady, the work efficiency is very high, the structure is compact
Key word：Hydraulic pressure excavator ；Excavation organization??；Hydraulic system
?
目錄
摘 要 1
ABSTRACT 2
第一章 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 4
1. 1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn) 4
1. 2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) 4
1. 3 反鏟裝置的工作原理 5
第二章 工作裝置基本尺寸計(jì)算 8
2. 1 鏟斗參數(shù)的選擇 8
2. 2 斗齒參數(shù)的選擇 9
2. 3 動(dòng)臂參數(shù)的選擇 9
2. 4 斗桿參數(shù)的選擇 10
2. 5 連桿、搖臂參數(shù)的選擇 11
第三章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3. 1 設(shè)計(jì)要求 12
3. 2 動(dòng)力元件的選擇 12
3. 3 執(zhí)行元件的選擇 13
3. 4 液壓控制元件選擇 15
3. 5 液壓系統(tǒng)輔助元件選擇 15
第四章 注釋 16
參考文獻(xiàn) 17
第一章 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型
1. 1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)
液壓挖掘機(jī)傳和統(tǒng)機(jī)械的相比呢有很多的優(yōu)點(diǎn)他的動(dòng)力裝置和工作裝置都是用容積式的液壓靜壓傳動(dòng)。
1.一千比1的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的比值決定了他的調(diào)速范圍非常的大。
2.單快速運(yùn)作時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作調(diào)整反轉(zhuǎn)。
3.自動(dòng)化的控制比較容易，而且傳動(dòng)起來(lái)很平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)也是非常的簡(jiǎn)單
4.易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化、通用化?！?
5.能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速最低可以達(dá)到1r/min.
1. 2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)
我們可以通過(guò)對(duì)不同的角度對(duì)液壓挖掘機(jī)進(jìn)行劃分。
(1)首先我們根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的類型分類。
如果所有液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的方法的傳播,是一種全液壓驅(qū)動(dòng),或者是全液壓驅(qū)動(dòng)的主要液壓。他之間的主要區(qū)別是在行走的機(jī)制,我們采用液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
(2)根據(jù)液壓挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)的類型
行走的不同的方式也可以進(jìn)行劃分,如卡特彼勒、車輪,汽車類型,等等
我們決定采用履帶式液壓挖掘機(jī),這個(gè)設(shè)計(jì),因?yàn)槊x通常是全液壓驅(qū)動(dòng),這和我們的設(shè)計(jì)符合對(duì)方,和跟蹤在任何道路可以走,有很高的適應(yīng)性,并且他在土壤的吸附能力比所有其他人,所以決定走他會(huì)很光滑,所以履帶的優(yōu)點(diǎn)很多。
(3)根據(jù)液壓挖掘機(jī)工作裝置
根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同,可分為鉸接和伸縮臂挖掘機(jī)。的工作裝置鉸接應(yīng)用比較普遍。挖掘機(jī)工作裝置組件通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸鏈點(diǎn)完成作業(yè)。伸縮臂挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂和伸縮臂,可以在主臂臂可伸縮的手臂,也可以。伸縮臂前一桶,適合光滑和清理操作,尤其是在溝坡。
1. 3 反鏟裝置的工作原理
反鏟工作裝置是挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的主要工作裝置，如圖1所示1顯示。
液壓挖掘機(jī)工作裝置一般由1油管、2動(dòng)臂液壓缸、3動(dòng)臂4斗桿液壓缸、5斗桿、6鏟斗液壓缸、7六連桿、8側(cè)板、9鏟斗、10側(cè)板和11鏟斗斗齒。改變液壓缸的行程在開采過(guò)程中實(shí)現(xiàn)每類的行為。1臂下鉸點(diǎn)往往與該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接臂缸數(shù)，和2支臂，通過(guò)改變動(dòng)臂油缸行程可以改變臂角度，實(shí)現(xiàn)上下手臂。當(dāng)斗桿4鉸接臂上，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的固定，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)角度鏟斗液壓缸由5的控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮自如，斗桿可轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸點(diǎn)任意的手臂。斗6鉸接在斗桿的4端，鏟斗液壓缸5的速度使鏟斗繞鉸點(diǎn)擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)。為了提高斗角，鏟斗液壓缸的連桿機(jī)構(gòu)（即7連桿和搖桿8）連接桶。液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要用于挖掘下面的土壤表面，如采礦，開挖溝槽，對(duì)挖掘軌跡運(yùn)動(dòng)和組合取決于液壓缸。液壓反鏟挖掘機(jī)工作過(guò)程是，首先對(duì)手臂挖掘位置，然后再旋轉(zhuǎn)斗桿是一個(gè)桶，當(dāng)挖掘到滿斗，升降臂，使鏟斗側(cè)邊走土壤，促進(jìn)扶輪卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸土，然后向工作單位開始運(yùn)作循環(huán)的下一次。動(dòng)臂油缸主要用于調(diào)整位置的挖掘工作裝置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘挖掘可以得到更大的旅行很方便，但較小的挖掘能力。轉(zhuǎn)斗挖掘短途旅行，為了使鏟斗挖掘斗到底時(shí)尚與旋轉(zhuǎn)桶，需要礦業(yè)大國(guó)確保開采特厚土，所以最大挖掘力液壓挖掘機(jī)一般由轉(zhuǎn)斗油缸。由于礦業(yè)的容量較大，挖掘行程短，所以轉(zhuǎn)斗挖掘可以用來(lái)清除障礙或生產(chǎn)率。在實(shí)際工作中，技術(shù)人員的液壓挖掘機(jī)根據(jù)實(shí)際情況，各液壓缸的合理操作，通常每個(gè)液壓缸組合工作，達(dá)到最有效的采礦作業(yè)。
圖1-1
1—油管；2—?jiǎng)颖塾透祝?—?jiǎng)颖郏?—斗桿油缸；5—斗桿；6—鏟斗油缸；
7—曲柄；8—連桿；9—鏟斗；10—側(cè)板；11—斗齒。
1. 4 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇
型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置鏟斗的形狀和尺寸由作業(yè)對(duì)象決定，不同的作業(yè)需求可以在一臺(tái)挖掘機(jī)上配備不同的鏟斗來(lái)作業(yè)。鏟斗與液壓缸的連接形式通常有四連桿機(jī)構(gòu)和六連桿機(jī)構(gòu)兩種，如圖1-3所示。其中四連桿機(jī)構(gòu)是鏟斗液壓缸直接鉸接在鏟斗上，鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)角度較小，但鏟斗可獲得較大的工作力矩；六連桿機(jī)構(gòu)是鏟斗油缸通過(guò)曲柄連桿連接鏟斗，這種連接形式的特點(diǎn)是在相同的鏟斗液壓缸活塞桿行程的情況下，鏟斗可獲得較大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而且鏟斗機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能較好。
（a）四連桿機(jī)構(gòu) （b）六連桿機(jī)構(gòu)
1—曲柄；2—連桿
圖1-3 鏟斗與液壓缸連接形式
本次設(shè)計(jì)采用四連桿機(jī)構(gòu)
第二章 工作裝置基本尺寸計(jì)算
2. 1 鏟斗參數(shù)的選擇
本次設(shè)計(jì)鏟斗容量初步選擇為q=0.2m3 由經(jīng)驗(yàn)公式M=2179+25147q 可以得到整體質(zhì)量大約是6 噸左右，再由P=7.7+0.0046M 可以推斷出發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P=7.1KW
當(dāng)我們得知了鏟斗的斗容量，其他的一系列數(shù)據(jù)的也可以隨之而的出來(lái)了 。
斗容量、平均斗寬，還都是有轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（這
里令＝）是鏟斗的四個(gè)非常重要的主速度要參數(shù)。、及三者與之間有
以下幾何關(guān)經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，可以大概得出的數(shù)據(jù)為
=
其中：—0.2m 其中：=0.2m3(已知)，鏟斗斗容量；
—鏟斗挖掘半徑，單位m；
—鏟斗斗寬，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式反原理鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍，
查表可以得到，?。?.75m；
—鏟斗的挖掘裝滿的通常轉(zhuǎn)角一般都是取九十度到一百度。
取它的具體值為95°
把各個(gè)數(shù)據(jù)代入到公式里面得到： ＝0.803m
2. 2 斗齒參數(shù)的選擇
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
齒寬＝0.11=0.11×=0.064m;
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
長(zhǎng)＝0.26＝0.26×＝0.152m;
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
斗前臂與切削面的間隙取=0.7=0.0448m
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(gè)齒
2. 3 動(dòng)臂參數(shù)的選擇
同理的由于我們?cè)O(shè)定的斗容量q=0.2m3 ，可以得到整機(jī)的質(zhì)量為6噸
又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法
線尺寸參數(shù):=m
得出:最大的挖掘半徑—=3.35×=5.728m；
最大的挖掘深度—=2.05×=3.505m；
最大的卸載高度—＝1.55×=2.65m；
由于計(jì)算公式可以得出：=1.759m；
2. 4 斗桿參數(shù)的選擇
第一步計(jì)算斗桿挖掘阻力：
斗桿挖掘行動(dòng)過(guò)程中，切削的行程較長(zhǎng)，切土厚度通常在挖掘過(guò)程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過(guò)程中總轉(zhuǎn)角=50°～80°,取＝65°，在這轉(zhuǎn)角過(guò)程中，鏟斗被裝滿，這時(shí)半齒的實(shí)際行程為：
斗桿挖掘時(shí)的切土厚度可按下式計(jì)算：
?。?.48KN
第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。
＝m
（其中斗桿擺角范圍大約大致在105°～125°，取＝105°）
=
=1.588m
2. 5 連桿、搖臂參數(shù)的選擇
通過(guò)對(duì)斗桿和動(dòng)臂，鏟斗的一系列復(fù)雜緊密計(jì)算，我們得出四連桿的初步計(jì)算尺寸，其結(jié)果在CAD圖中表示。
第三章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3. 1 設(shè)計(jì)要求
一,確保礦業(yè)機(jī)械臂和鏟斗桿運(yùn)動(dòng)可以獨(dú)立操作,也可以互相結(jié)合。
二、確保挖掘機(jī)操作和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以成為你個(gè)人作品和混合作用,它可以提高挖掘機(jī)的工作效率
三、左和右履帶挖掘機(jī)履帶可以開車的速度,所以你可以使挖掘機(jī)行走和更靈活的方式
四、確保安全可靠的液壓挖掘機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組織必須有安全防護(hù)措施,如:完善旋轉(zhuǎn)機(jī)制可以可靠制動(dòng)。
3. 2 動(dòng)力元件的選擇
動(dòng)力元件通常起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不可以缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為向系統(tǒng)提供一定流量和壓力的動(dòng)力元件。液壓泵將原動(dòng)機(jī)或者內(nèi)燃機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成工作 液體的壓力能。是一種有用的能量轉(zhuǎn)換裝置。提供我們選擇的有齒輪泵，葉片泵，柱塞泵，下面我們來(lái)看下面的表格1 可以得出挖掘機(jī)的工作環(huán)境比較惡劣，所以對(duì)油的污染性不需要很敏感。雖然效率沒有其他的高，但是從成本上的和工作特點(diǎn)的方面看，我們還是選擇齒輪泵作為我們的動(dòng)力元件，動(dòng)力元件的設(shè)計(jì)，是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，整個(gè)液壓系統(tǒng)都靠這個(gè)動(dòng)力元件來(lái)提供運(yùn)行的動(dòng)力，沒有他液壓系統(tǒng)沒法運(yùn)作，其他的選擇關(guān)系參考表格。
表1
性能
外嚙合齒輪泵
雙作用葉片泵
限壓式變量葉片泵
徑向柱塞泵
軸向柱塞泵
螺桿泵
輸出壓力
低壓
中壓
中壓
高壓
高壓
低壓
流量調(diào)節(jié)
不能
不能
能
能
能
不能
效率
低
較高
較高
高
高
較高
輸出流量脈動(dòng)
很大
很小
一般
一幫
一般
最小
自吸特性
好
較差
較差
差
差
好
對(duì)油的污染敏感性
不敏感
較敏感
較敏感
很敏感
很敏感
不敏感
噪聲
大
小
較大
大
大
最小
3. 3 執(zhí)行元件的選擇
液壓執(zhí)行元件，本次設(shè)計(jì)必須用到的是動(dòng)臂液壓缸，鏟斗液壓桿，斗桿液壓桿，和2個(gè)行走馬達(dá)以及一個(gè)回轉(zhuǎn)馬達(dá)。
液壓馬達(dá)按照額定的轉(zhuǎn)速可以分為高速和低速兩大類，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的高速液壓馬達(dá)，而低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)，高速的液壓馬達(dá)通常有齒輪式，螺桿式，葉片式，等它的主要特點(diǎn)是
轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，方便啟動(dòng)和制動(dòng)，而這是挖掘機(jī)所必須具備的一個(gè)特質(zhì)，所以我們這次的液壓馬達(dá)選擇為高速液壓馬達(dá)，初步選為齒輪式
圖3-1
圖5.3.1 液壓缸作用力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系圖
下面可通過(guò)以下公式估算的液壓缸作用力
f2=6.55M
F=0.75f2
f1=0.75F
式中
F—— 鏟斗油缸的作用力，KN；
f1——斗桿油缸的作用力，KN；
f2——?jiǎng)颖塾透最~作用力，KN；
M——整機(jī)質(zhì)量，t。
通過(guò)計(jì)算我們可以得出f2=39.3KN F=29.4KN f1=22.1KN。
3. 4 液壓控制元件選擇
控制元件通常是用來(lái)控制液體的流動(dòng)方向，壓力的高低和流量大小進(jìn)行預(yù)期的控制。因此，液壓控制閥是直接影響液壓系統(tǒng)工作過(guò)程和工作特性的重要元件。本次液壓設(shè)計(jì)也有用到單向閥，溢流閥，換向閥，等等。
單向閥：是用來(lái)控制油液的單向流動(dòng)，他的性能的要求是：正向的流動(dòng)阻力損失小，反向的時(shí)候密封性好，而且動(dòng)作靈敏。
溢流閥 ：溢流閥的主要的作用是對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)幾乎所有的液壓系統(tǒng)里面都必須有溢流閥，它的性能的好和壞直接影響著液壓系統(tǒng)的正常工作。
液壓系統(tǒng)對(duì)溢流閥性能的要求，1,定位的精度高。2，靈敏度要高。 3，工作平穩(wěn)。4，密封性好。，所以，本次設(shè)計(jì)決定在液壓缸面前都并聯(lián)一個(gè)溢流閥來(lái)控制流量的大小。
換向閥：利用閥芯對(duì)閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？梢允沟糜吐方油āｊP(guān)斷或者改變油流的方向。從而來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)和啟動(dòng)，停止或者變換運(yùn)動(dòng)的方向，本次設(shè)計(jì)液壓缸只需來(lái)回運(yùn)動(dòng)，所以初步選定為三位四通換向閥，它的工作原理如下：
3. 5 液壓系統(tǒng)輔助元件選擇
液壓系統(tǒng)的輔助元件是指的是除了液壓動(dòng)力元件，執(zhí)行元件和控制元件外的東西，比如說(shuō)有，管件，油箱，過(guò)濾器，散熱器，密封裝置，壓力表，等等其他裝置
所以本次設(shè)計(jì)也都有用好到這些元件，具體詳情參考液壓系統(tǒng)圖紙。
第四章 注釋
本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的原理圖，以及機(jī)械臂工作裝置設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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[6]于永泗 齊民 機(jī)械工程材料 大連理工出版社 2010
[7]英語(yǔ)詞典 外語(yǔ)出版社 2000
致謝
本次液壓挖掘機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我收獲良多，讓我更進(jìn)一步的了解到了液壓系統(tǒng)以及機(jī)械原理方面的知識(shí)，也能夠讓我更加熟練的操作CAD 和PROE，從中的收獲不能僅僅一分畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠表達(dá)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了如何靠自己的實(shí)力去做到自己該做到的事，如何去勇敢地面臨問(wèn)題，并且挑戰(zhàn)這些問(wèn)題，并且我的學(xué)習(xí)能力也得到了大幅度的提高，我感謝我的導(dǎo)師還有我的學(xué)院學(xué)校，沒有你們我不可能完成如此難得工程，進(jìn)步也不會(huì)如此的大，我希望在將來(lái)的生活中能夠繼續(xù)繼承這種精神，并且隨之發(fā)揚(yáng)，相信我以后的工作崗位上無(wú)論是遇到什么樣的困難都可以迎仍而解。最后我祝愿我自己還有我的導(dǎo)師同學(xué)們?cè)絹?lái)越好。
工學(xué)院機(jī)制1004
程鵬
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