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閩南理工學(xué)院 MINNAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 迷你種植機(jī)的設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 20154年 6 月 10 日 教務(wù)處制 2 MINNAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Graduation Thesis Project of the College Undergraduate Mini Planter Design Department Major Grade Student s Name Student No Tutor June 10 畢業(yè)設(shè)計(jì)原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所 取得的研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以注明引用的內(nèi)容外 本設(shè)計(jì) 不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 對(duì)本設(shè)計(jì)的研究 做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中作了明確說(shuō)明 并表示了謝意 本 人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān) 作者簽名 日期 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)版權(quán)使用授權(quán)書 本設(shè)計(jì)作者完全了解學(xué)院有關(guān)保留 使用畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定 同意學(xué)院保 留并向國(guó)家有關(guān)部門或資料庫(kù)送交畢業(yè)設(shè)計(jì)的紙質(zhì)版和電子版 允許畢業(yè)設(shè) 計(jì)進(jìn)入學(xué)院圖書館被查閱和借閱 本人授權(quán)閩南理工學(xué)院可以將我的畢業(yè)設(shè) 計(jì)的全部或者部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或者 掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)設(shè)計(jì) 保密 在 年解密后適用本授權(quán)書 本設(shè)計(jì)屬于 不保密 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)的方框內(nèi)打 作者簽名 日期 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 日期 年 月 日 I 迷你種植機(jī)的設(shè)計(jì) 摘 要 種植機(jī)主要用于樹木等大型植被的種植種植 本文通過設(shè)計(jì)出迷你種植機(jī)解決農(nóng)民 在種植過程中的勞力問題 方便人們的生活 本次設(shè)計(jì)的種植機(jī)采用液壓傳動(dòng) 其主要 機(jī)身 底盤 提升機(jī)構(gòu) 螺旋種植器 液壓系統(tǒng)等構(gòu)成 本次設(shè)計(jì)首先 通過對(duì)國(guó)內(nèi)外種植機(jī)現(xiàn)況 結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析 在此分析基礎(chǔ)上 提出了種植機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案 接著 對(duì)各主要組成零部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)校核并驗(yàn)證 了整機(jī)穩(wěn)定性 然后 對(duì)其液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 包括液壓原理圖擬定及元件的選擇等 最后 通過 AutoCAD 制圖軟件繪制了種植機(jī)裝配圖及主要零部件圖 通過本次設(shè)計(jì) 鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí) 如 機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 材料力學(xué) 液壓傳動(dòng) 公差與互換性理論 機(jī)械制圖等 掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟 練使用 AutoCAD 制圖軟件 對(duì)今后的工作于生活具有極大意義 關(guān)鍵詞 種植機(jī) 提升機(jī)構(gòu) 螺旋軸 液壓系統(tǒng) II Mini Planter Design ABSTRACT Planting machine is mainly used for large scale planting planting trees and other vegetation the paper design a mini planting machine to solve the labor problems of farmers in the planting process to facilitate people s lives The design of the planting machine with hydraulic drive its main body chassis lifting mechanism spiral planting hydraulic systems and other accessories The design is first by carrying out of the current situation at home and abroad planting machine structure and principles of analysis presented in this analysis of the overall structure of the program on the basis of planting machine then the major constituent parts of a detailed design verification and validation stability of the machine then its hydraulic system has been designed including hydraulic schematics and other components of the preparation and selection and finally through AutoCAD drawing software to draw a planter assembly drawing and major components Fig Through this design the consolidation of the university is the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design material mechanics hydraulic transmission tolerance and interchangeability theory mechanical drawing and the like mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software the future work of great significance in life Keywords Planting machine Lifting mechanism The screw shaft Hydraulic system III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第 1章 緒論 1 1 1 引言 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 2 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1 1 2 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 2 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) 4 2 1 設(shè)計(jì)要求 4 2 2 種植機(jī)的類型 4 2 3 方案選擇 4 2 3 1 根據(jù)用途和作業(yè)條件選擇 4 2 3 2 根據(jù)土質(zhì)和所需洞穴大小選擇 5 2 3 3 方案確定 5 第 3章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 6 3 1 車體部分設(shè)計(jì) 6 3 2 底盤部分設(shè)計(jì) 6 3 3 提升裝置設(shè)計(jì) 7 3 3 1 動(dòng)臂設(shè)計(jì) 7 3 3 2 斗桿設(shè)計(jì) 11 3 3 3 連桿 搖臂參數(shù)的選擇 12 3 4 螺旋種植裝置的設(shè)計(jì) 13 3 4 1 螺旋直徑 13 3 4 2 功率計(jì)算 14 3 4 3 螺旋及螺旋方向的確定 14 3 4 4 螺旋葉片類型及尺寸的確定 15 3 4 5 螺旋軸的設(shè)計(jì) 16 IV 3 4 6 挖頭設(shè)計(jì) 19 3 5 整機(jī)穩(wěn)定性分析 20 第 4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 4 1 液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì) 23 4 1 1 液壓系統(tǒng)基本回路選擇 23 4 1 2 液壓系統(tǒng)原理圖 25 4 2 執(zhí)行元件的選擇 25 4 2 1 液壓缸的選擇 26 4 2 2 馬達(dá)的選擇 26 4 3 動(dòng)力元件的選擇 29 4 3 1 液壓泵的選擇 29 4 3 2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 30 4 4 液壓閥的選擇 31 4 5 其他輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 32 4 5 1 油箱設(shè)計(jì) 32 4 5 2 油管設(shè)計(jì) 33 4 5 3 蓄能器的選擇 34 總 結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1章 緒論 1 1引言 從國(guó)家林業(yè)局公布的第六次全國(guó)森林資源調(diào)查結(jié)果來(lái)看 目前我國(guó)森林資源現(xiàn)狀是 林業(yè)用地面活立木總蓄積量為 124 9 億 m3 森林蓄積量為 112 7 億 m3 除臺(tái)灣省外 全 國(guó)人工林面積為 46666 7 萬(wàn) m3 人工林蓄積為 10 1 億 m3 從以上調(diào)查數(shù)字可以看出 全國(guó)森林覆蓋率為 16 55 僅相當(dāng)于世界森林覆蓋率 27 的 61 3 我國(guó)人均森林面積 和人均森林蓄積分別相當(dāng)于世界人均水平的 1 5 和 1 8 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平 我國(guó)在 十二五 規(guī)劃中 把生態(tài)環(huán)境建設(shè)擺到了突出的戰(zhàn)略位置 我國(guó)三北及長(zhǎng)江流域防護(hù) 林體系建設(shè)工程 退耕還林工程 積為 26329 5 萬(wàn) hm2 森林面積為 15894 1 萬(wàn) hm2 速 生豐產(chǎn)用材林基地建設(shè)工程等六大林業(yè)重點(diǎn)工程的制定和實(shí)施 體現(xiàn)了黨中央 國(guó)務(wù)院 對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的高度重視 受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注 農(nóng)民群眾普遍歡迎 近年來(lái) 人們?cè)絹?lái)越重視身邊的生態(tài)環(huán)境 植樹造林 保護(hù)環(huán)境 已成為全民參與的一項(xiàng)大型義 務(wù)活動(dòng) 然而 人工造林效率低 速度慢且勞動(dòng)強(qiáng)度大 而機(jī)械化造林則是大勢(shì)所趨 不僅可以提高勞動(dòng)效率 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 還能保證造林質(zhì)量 降低生產(chǎn)成本 提高經(jīng)濟(jì) 效益 1 1 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi) 懸掛式種植機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用較為廣泛 內(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠 山東 大豐機(jī)械有限公司 哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司及寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所等 10 余 家單位進(jìn)行了研究 制造和銷售 該類種植機(jī)通常具有較大的功率 機(jī)動(dòng)性較強(qiáng) 能挖 較大和較深的坑 大多應(yīng)用于大面積植樹造林 應(yīng)用范圍也比較廣 2 1 內(nèi)蒙赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠生產(chǎn)的 3WH 60 型懸掛式種植機(jī) 如圖 1 所示 結(jié)構(gòu) 合理 使用方便靈活 易于操作 每小時(shí)可挖 80 150 個(gè)坑 其可與多種型號(hào) 36 8kW 以 上拖拉機(jī)配合使用 用于大面積植樹造林及工業(yè)種植 種植直徑 250 600mm 深度 0 1200mm 適用于平原 丘陵及沙地作業(yè) 2 山東大豐機(jī)械廠生產(chǎn)的 大豐王 系列種植機(jī) WKJ 60 70 如圖 2 所示 可與 18 4k 36 8kW 的 多種拖拉機(jī)配合使用 種植直徑 400 800mm 可根據(jù)用戶要求特別制作 深度 650 第 1 章 緒 論 2 800mm 轉(zhuǎn)速 248r min 每小時(shí)可挖 60 個(gè)坑 圖 2 WKJ 60 70 種植機(jī) 3 哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的懸掛式種植機(jī) 如圖 3 所示 可與鐵牛 40 4kW 或 18 4kW 以上的具有動(dòng)力輸出和懸掛裝置的拖拉機(jī)配套 種植直徑為 250 600mm 種植深度為 0 800mm 種植效率為 120 坑 h 4 手提式種植機(jī)在我國(guó)剛剛嶄露頭角 適用于家庭或地形復(fù)雜地區(qū)的小面積植樹造 林 也可用于打樁和樹木追肥種植 如哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的 3WS 2 8 型 手提式種植機(jī) 如圖 4 所示 采用 051A 1 型發(fā)動(dòng)機(jī) 最大功率為 2 8kW 轉(zhuǎn)速為 280 320r min 種植尺寸 坑徑 深度 為 320mm 500mm 質(zhì)量為 17 6kg 該機(jī)主要應(yīng) 用于地形復(fù)雜的山地 丘陵區(qū)和溝壑區(qū) 在坡度 35 以下的荒山荒地 次生林地以及黃 土高原的溝坡進(jìn)行種植或整地 圖 4 3WS 2 8 型手提式種植機(jī) 1 2 2國(guó)外研究現(xiàn)狀 相比之下 國(guó)外的研究狀況要好一些 由日本生產(chǎn)的自走式高性能種植整地機(jī)采用 柴油機(jī)作動(dòng)力 行走腳與輪胎組合行走裝置為全液壓式 平時(shí)用輪胎行駛 坡地靠行走 腳行走 適用于坡度高達(dá) 56 的陡坡林地作業(yè) 作業(yè)時(shí) 4 只腳可上下 左右移動(dòng) 并 能保證包括駕駛室在內(nèi)的機(jī)器上半部始終呈水平狀態(tài) 該機(jī)的液壓臂端部可安裝液壓式 割灌機(jī)或種植機(jī) 每天可挖植樹坑 300 400 個(gè) 實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 5 日本生產(chǎn)的種植機(jī) 英國(guó)生產(chǎn)的 05H8300 型懸掛式種植機(jī) 如圖 6 所示 和美國(guó)生產(chǎn)的懸掛式三鉆頭種 植機(jī) 如圖 7 所示 鉆頭之間的距離是可調(diào)節(jié)的 既行距可調(diào) 適用于平原地區(qū)的大面 積植樹造林 工作效率很高 2 圖 6 英國(guó)產(chǎn) 05H8300 式種植機(jī) 圖 7 美國(guó)產(chǎn)懸掛式鉆頭種植機(jī) 美國(guó)和加拿大生產(chǎn)的手提式種植機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)與鉆頭采用分離式 通過液壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) 鉆頭工作 美國(guó)生產(chǎn)的 HYD TB11H 型液壓種植機(jī) 如圖 9 所示 質(zhì)量為 170kg 最大 流量為 22 7L min 最大轉(zhuǎn)速為 141r min 鉆頭最大扭矩 349N m 圖 9 美國(guó)產(chǎn) HYD TB11H 型液壓種植機(jī) 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 4 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1設(shè)計(jì)要求 1 目的要求 設(shè)計(jì)可以更加方便種植 2 技術(shù)要求 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要合理 動(dòng)臂與支撐桿操作方便安全 螺旋軸的設(shè)計(jì)要合理 3 工作要求 每小時(shí)種植達(dá)到 80 150 個(gè) 便于移動(dòng) 2 2 種植機(jī)的類型 種植機(jī)的種類很多 如果按與配套動(dòng)力的掛接方式對(duì)其進(jìn)行分類 可分為懸掛式種 植機(jī) 手提式種植機(jī) 牽引式種植機(jī)和自走式種植機(jī) 3 按種植機(jī)上配置的鉆頭數(shù)量可 分為單鉆頭 雙鉆頭和多鉆頭掘坑機(jī) 種植機(jī)的鉆頭根據(jù)形狀可分為螺旋式鉆頭螺旋帶 型鉆頭 葉片型鉆頭和螺旋齒式鉆頭等 對(duì)于懸掛式種植機(jī) 機(jī)器懸掛在拖拉機(jī)上主要 用于地形平緩或拖拉機(jī)可以通行的地方 鉆頭的升降由拖拉機(jī)手通過拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)操 縱 種植直徑和深度都比較大 也可以多鉆頭同時(shí)作業(yè) 對(duì)于手提式種植機(jī) 機(jī)器與汽 油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配成整體 由單人或雙人手提操作 質(zhì)量較輕 適用于拖拉機(jī)不能通過的地 形復(fù)雜的山地 丘陵和溝壑地區(qū) 種植直徑和深度都比較小 也可用于果樹的追肥及埋 設(shè)樁柱 牽引式種植機(jī)的機(jī)器裝在小車上 由拖拉機(jī)牽引 掛接方便 不受拖拉機(jī)結(jié)構(gòu) 限制 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 機(jī)動(dòng)性差 自走式種植機(jī)設(shè)計(jì)成整體自走式 種植機(jī)本身自帶動(dòng)力 通過性較好 技術(shù)含量和自動(dòng)化程度較高 價(jià)格昂貴 后兩種種植機(jī)由于局限性較大 在我國(guó)應(yīng)用較少 單鉆頭種植機(jī)在我國(guó)應(yīng)用比較普遍 多鉆頭種植機(jī)則比較少見 種植 機(jī)的鉆頭形狀多為螺旋式或螺旋帶型 2 3方案選擇 2 3 1根據(jù)用途和作業(yè)條件選擇 如果用于山上 坡地種植小樹苗 可以選用小型挖穴機(jī) 它的配套動(dòng)力在 4 千瓦以 下 開挖直徑約 30 厘米 深度 30 40 厘米 目前國(guó)產(chǎn)小型種植機(jī)有以下機(jī)型可供選擇 3 中國(guó)農(nóng)機(jī)研究院耕作所研制的與 2 2 3 7 千瓦手扶拖拉機(jī)配套的種植機(jī) 種植直徑 20 30 厘米 深度 20 40 厘米 生產(chǎn)效率 100 150 個(gè) 小時(shí) 中國(guó)第一拖拉機(jī)股份公司生產(chǎn)的東 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 方紅 IW20 30 挖穴機(jī) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)功率 3 7 千瓦 機(jī)重 23 5 千克 使用時(shí)由 2 個(gè)人握住 挖穴機(jī)的手柄即可操作 山東招遠(yuǎn)市日強(qiáng)農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的 DT ZB4 型植樹種植機(jī) 它采用二沖程 3 7 千瓦汽油機(jī)作動(dòng)力 種植直徑 36 厘米 種植深度 60 120 厘米 機(jī)重 23 千克 每 1 2 分鐘可種植 1 個(gè) 如果用于小塊地或城鄉(xiāng)結(jié)合部植樹 可以選用與小四輪拖 拉機(jī)配套的中型種植機(jī) 其開挖直徑約 30 50 厘米 坑深 40 50 厘米 例如南昌旋耕機(jī)廠 生產(chǎn)的 IW 60 型種植機(jī)如果用于工程施工 則應(yīng)選用大型種植機(jī) 它與 40 4 千瓦 55 馬力 以 上輪式或履帶式拖拉機(jī)配套 種植直徑 50 60 厘米 坑深 70 100 厘米 例如 云南省熱 帶作物機(jī)械廠生產(chǎn)的種植機(jī) 它由東方紅 75 型履帶式拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng) 可以開挖底徑 60 80 厘米 深 70 厘米的穴坑 生產(chǎn)率為 90 個(gè) 小時(shí) 機(jī)重 485 千克 2 3 2根據(jù)土質(zhì)和所需洞穴大小選擇 如果所需洞穴直徑在 30 厘米 深度在 40 厘米以下 又是沙壤土 功率消耗較少 可以選用小型種植機(jī) 如果所需洞穴直徑為 40 一 60 厘米 深 60 一 70 厘米 宜選用中 型種植機(jī) 如果所需洞穴直徑在 70 厘米 深在 80 厘米以上 又是粘重土壤或者有巖石 則應(yīng)選用大型種植機(jī) 2 3 3方案確定 綜上述本次選用小型液壓式種植機(jī) 結(jié)構(gòu)形式如下圖示 該種植機(jī)主要包含 車體 提升機(jī)構(gòu) 油缸 馬達(dá) 螺旋軸 液壓系統(tǒng)等 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 6 第 3章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 3 1車體部分設(shè)計(jì) 種植機(jī)車體部分與同級(jí)別挖掘機(jī)類似 由發(fā)動(dòng)機(jī) 液壓泵 回轉(zhuǎn)馬達(dá) 控制閥 控 制室 剛性平臺(tái)等組成 車體部分與底盤部分通過回轉(zhuǎn)支承連接 因此車體部分可以相 對(duì)底盤部分 360 回轉(zhuǎn) 車體部分的主要構(gòu)成見均為液壓及動(dòng)力系統(tǒng) 該部分的設(shè)計(jì)在后面的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中將詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明 本節(jié)不再說(shuō)明 3 2底盤部分設(shè)計(jì) 考慮到移動(dòng)的方便性 本次采用輪式底盤 采用整體式驅(qū)動(dòng)橋 驅(qū)動(dòng)輪用液壓馬達(dá) 直接驅(qū)動(dòng) 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 橋殼猶如一空心橫梁 兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上 在平板座處橋殼承受種植機(jī) 的簧上質(zhì)量 而沿左右輪胎中心線 地面給輪胎以反力 2 雙胎時(shí)則沿雙胎之中心 2G 橋殼則承受此力與車輪重力 之差值 即 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 3 1 所示 wg 2wg 圖 3 1 橋殼靜彎曲應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖 橋殼按靜載荷計(jì)算時(shí) 在其兩座之間的彎矩 M 為 mN1250250210 2GM3 5 sBgw 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 式中 種植機(jī)滿載靜止與水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷 N 2G 車輪 包括輪轂 制動(dòng)器等 的重力 N wg 驅(qū)動(dòng)車輪輪距 m B 驅(qū)動(dòng)橋殼上兩座中心距離 m s 由彎矩圖可見 橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在座附近 通常由于 遠(yuǎn)小于 2 且設(shè)計(jì)時(shí)wg2G 不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì) 當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)可以忽略不計(jì) 而靜彎曲應(yīng)力 則為j Mpa5 621025Mpa10W33vwj 式中 見彎矩公式 危險(xiǎn)斷面處橋殼的垂向彎曲截面系數(shù) 見表 3 1 V 表 3 1 截面系數(shù) 斷面形狀 垂向及水平彎曲截面系數(shù) hWv扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) tW 圓 554 3431029 10D d 5431016D d 3 3提升裝置設(shè)計(jì) 3 3 1動(dòng)臂設(shè)計(jì) 由于鏟斗容量 0 11m3 根據(jù)國(guó)內(nèi)外液壓種植機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 通過類比法 選出q 參數(shù)機(jī)重 5 噸 G 又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法 參考表 1 3 機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表 線尺寸參 數(shù) mLiik3 得出 最大種植半徑 3 35 5 728m R135 最大種植深度 2 05 3 505m Hmax 最大卸載高度 1 55 2 65m 33 據(jù)統(tǒng)計(jì) 最大種植半徑 值一般與 的和值很接近 因此由要求 已定R1l12l3 R1 的 和 可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選 3l1Kl 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 8 l21 3KLR K1 其中 5 728m 1 8 R1 經(jīng)計(jì)算得出 1 759m 1 8 1 759 3 166ml2l1l2 在三角形 CZF 中 和 都可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選出 1 3K 其中 動(dòng)臂的彎角 采用彎角能增加種植深度 但降低了卸載高度 1 但太小對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利 一般取 120 140 取 140 1 前面已算出為 3 166m l1 動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比 一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn) B 的位置來(lái)考慮 初3KZC F 步設(shè)計(jì)取 1 1 1 3 取 1 2 3K 因此根據(jù)公式 可以算出 41l239 圖 2 5 動(dòng)臂實(shí)際尺寸 l 41 13 21cos Kl l K l2341 ZCF arccos 39 142l l 經(jīng)計(jì)算得出 ZC 1 529m 1l ZF 1 834m 42 17 9 39 如圖 2 5 所示 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 K4 按不同情況選取 專用反鏟可取 0 8 以4K 反鏟為主的通用機(jī) 0 8 1 1 斗容量 1m3 左右的通用機(jī) 則可取 1 4K 本設(shè)計(jì)中取 1 的取值對(duì)特性參數(shù) 最大種植深度 和最大挖高 有影響 1 4Hmax1Hmax2 加大 會(huì)使減小或使 增大 這下符合反鏟作業(yè)要求 因此基本用作反鏟的小Hmax1 型機(jī)取 60 本設(shè)計(jì)中取 70 1 斗桿液壓缸全縮時(shí) 最大 圖 2 6 常選 CFQ 832 832 160 180 max 本設(shè)計(jì)中取 170 832 max 取決于液壓缸布置形式 動(dòng)臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較BCZ 圖 2 6 最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 小 可能為零 動(dòng)臂單液壓缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼加耳座上 B 在 Z 的下面 初定 BCZ 5 根據(jù)已知 CZF 22 1 解得 BCF 17 1 由圖 2 6 得最大卸載高度的表達(dá)式為 21max15Amax3 sin siYH ll 式 3 4 328max12 80sin ll 由圖 2 7 得最大種植深度絕對(duì)值的表達(dá)式為 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 10 AYlllH 152min1123max1 si si 將這兩式相加 消去 5 并令 得到 A12BA8max32 A 1 0Hmax1 ax3l1 sin ax1 sin i12l Bsin max1 又特性參數(shù) 4Kmin1 圖 2 7 最大種植深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 因此 sinmi114 axs K coin1 214maxi 將上式代入式 3 6 則得到一元函數(shù) f 0 式中 和 已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公axHmax1ax3 式計(jì)算法求出 經(jīng)計(jì)算得出 29 6 73 5 min1 m1 最后由式 3 5 求 為 5l 1 max1in23s i YAll A 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 0 638m 70sin50 36 291 6 352 其中 3 166m 1 759m 97 1 由于履帶總高 0 32 0 547 近似1l2lA3 取 0 65m 然后 解下面的聯(lián)立方程 可求 和 AY arcos arc min1 57 2min12lLl 21 arcos arc 式 3 10 ax157 2ax12ll 2 于是 min1L 5l xaxin1 1mi 經(jīng)計(jì)算得出 1 63 0 67 0 952m 1 52m 1 61m min1Lmax1L7l 得到的結(jié)果符合下列幾何條件 2 36 0 96 1 3 3 2斗桿設(shè)計(jì) 第一步計(jì)算斗桿種植阻力 斗桿種植過程中 切削行程較長(zhǎng) 切土厚度在種植過程中視為常數(shù) 一般取斗桿在 種植過程中總轉(zhuǎn)角 50 80 取 65 在這轉(zhuǎn)角過程中 鏟斗被裝滿 這時(shí)半齒的g g 實(shí)際行程為 grs601745 其中 斗桿種植時(shí)的切削半徑 6r 6rFV 取 1 759 0 803 2 562mmaxFV32l 斗桿種植時(shí)的切土厚度 可按下式計(jì)算 ghS gBKqhSgBKrq 601745 斗桿種植阻力為 sg ggrBKW 60011745 式中 種植比阻力 由表 0 10 查得 20 III 級(jí)土壤以下 0K0 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 12 土壤松散系數(shù)近似值取 1 25 sK 斗桿 與鏟斗 和 之間 為了滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求 鏟斗的2l3lminFV 總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150 180 32 min0coslFVl 0 866 80 759 1 2in 計(jì)算得 1 137mmin6rinFV 把 代入式 3 12 得0Kqig sK 2 48KN 3max1 1025 6137 045 2 gW 第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂 m2 3max9max2 PlleG 45 096 1388 其中 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法得出 13 96KN2 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) 設(shè)20emaxemax2 則ze20 9 max2max20cosle 2csmax 由圖 2 7 取 求得 1 203mze20 1 in2ax9min2 lL16 5 2sin40 其中斗桿擺角范圍大致在 105 125 取 105 max 2cos 2max9min92min8 lLlLl 1 588m 105 45 0 03 122 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3 3 3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(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)的要求考慮 必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu) 在 全行程中任一瞬間時(shí)都不會(huì)被破壞 即保證 及四邊形 在任何3l GFNMHNQK 瞬間皆成立 根據(jù)鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)的要求 借助電子計(jì)算機(jī)選出可行的方案 0 27m 0 156m 0 195m 0 312m 0 3m QN MH N HK 3 4螺旋種植裝置的設(shè)計(jì) 已知數(shù)據(jù) 1 輸送高度 H 0 8m 2 土壤松散密度 r 2t m3 所查土壤的實(shí)體密度 實(shí) 2 6 2 8t m3 3 轉(zhuǎn)速 n0 300r m 此是所要求的鉆頭轉(zhuǎn)速 4 物料填充系數(shù) 0 6 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)垂直螺旋種植機(jī)的填充系數(shù) 0 5 由 2 中知港 口使用的垂直螺旋卸船機(jī) 0 7 0 8 故估算 0 6 3 4 1螺旋直徑 根據(jù) 1 螺旋能力公式 Q vs r 1 填充系數(shù) v 物料的平均提升速度 m s s 螺旋螺旋斷面積 m2 r 物料的松散密度 當(dāng)物料在垂直螺旋部分每轉(zhuǎn)上升距離為 1 2 螺距 則輸送能力的計(jì)算公式為 8075 218496 21 kwPnyDQ3 33 2min0 4 tY ht 6 54 所需螺旋種植機(jī)的螺旋直徑 D 取決于其所挖土壤的粘性 對(duì)沒有強(qiáng)烈粘性的物料 可按下面公式 11 計(jì)算 D K 5 2cQ 式中 種植量 542 6 t h Q 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 14 螺旋直徑 m D 物料的堆積密度 2 t m 螺旋輸送機(jī)傾角系數(shù) 1 0 C 物料在輸送槽體中的填充系數(shù)為 0 6 物料的綜合特性系數(shù) K 根據(jù)連續(xù)種植機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表 40 K 0 0537A 將 K 值代入 3 式得 D K 619 6mm 5 2cQ 要求取值一定大于上式所求之值 圓整的 D 620 同時(shí)螺距 s D 620mm 如果種植的粘性較大 則應(yīng)該用料塊的許用粒度來(lái)校驗(yàn)所求得的螺旋葉片直徑 對(duì)于未分選物料 D 8 10 d mm 4 對(duì)于分選物料 D 4 6 dk mm 5 兩式中 d 物料的平均塊度 dk 物料的最大塊度 從以上三個(gè)公式 3 4 5 求得的兩個(gè)螺旋葉片直徑中選取較大者 并將其圓整為與其 相近規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑作為該輸送機(jī)的螺旋葉片直徑 3 4 2功率計(jì)算 垂直螺旋種植鏟的軸功率計(jì)算公式 y QHP3470 其中 sin si co00 rtg Q 螺旋能力 Q 542 6t h 螺旋種植效率0r 絕對(duì)速度與水平線間夾角 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 螺旋葉片螺旋角 推薦 015 土壤與螺旋表面之間的摩擦角 則可相應(yīng)地土壤與外殼間摩擦系數(shù) 3 1f 由 3 中 1ftg 知摩擦角03 195 arctg 由此查 中表 15 24 可得 7 0 02r 由 3 式 kw96 17 68420 3 4 3 螺旋及螺旋方向的確定 螺旋可以是右旋或左旋的 單線 雙線或三線的 一般情況下是單線的 在本次設(shè) 計(jì)采用單線 螺旋種植鏟中土壤的方向決定于螺旋葉片的左右旋向與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向 確定物料輸送 方向方法較多 這里主要有兩種 一種是左 右手辨別法 首先判定螺旋葉片盤旋方向 是左旋還是右旋 右旋用左手 四指所握方向是軸旋轉(zhuǎn)方向 則大拇指所指方向?yàn)橥寥?輸送方向 若是左手使用右手 四指所握方向是軸旋方向 則大拇指所指方向?yàn)橥寥垒?送方向 另以方法是認(rèn)定軸的一頭對(duì)著自己 若軸旋方向同于葉片在軸上盤繞的方向 則土壤朝著自己方向運(yùn)動(dòng) 若軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向異于葉片子軸上盤旋方向 則土壤朝著自己反 方向運(yùn)動(dòng) 3 4 4 螺旋葉片類型及尺寸的確定 螺旋種植鏟的葉片有實(shí)體型 帶式 葉片型及齒形四種 據(jù)實(shí)際情況宜采用帶氏螺 旋 這也是常用的形式 按設(shè)計(jì)的直徑 螺旋和厚度通過帶鋼材連續(xù)冷軋而制成整體螺 旋葉片 安裝在給定尺寸管軸上組成螺旋體 2 分段式螺旋葉片是將葉片制成等螺距 的單片 然后將每個(gè)單片彼此對(duì)焊在一起構(gòu)成螺旋體 制成的螺旋體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中應(yīng)具 有一定的剛度 與機(jī)殼保持一定的間距 由于分段式螺旋葉片不需要大型專用設(shè)備 可 以按需要制成需要制成異形的 大直徑的 加厚的 要求淬火的及特殊材質(zhì)的葉片 分 段式實(shí)體型螺旋葉片通常是將薄鋼板經(jīng)下料后用模具冷壓或熱壓制成 所以本次設(shè)計(jì)中 采用分段式螺旋葉片 其下料尺寸如下圖 12 所示 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 16 則 L 2043 mm 2 SD 260 14 3 L 798 mm 12d 2 d 螺旋軸直徑 由后面計(jì)算得為 160mm D 螺旋葉片直徑 取 620mm S 螺距 取 620mm L 螺旋葉片料坯外孔弧長(zhǎng)度 L 螺旋葉片料坯內(nèi)孔弧長(zhǎng)度 1 R r L L 即 r L L R b R r R r b 則 r L b L 1 1 1 所需螺旋個(gè)數(shù) X L S 6200 620 10 這里的 L 是根據(jù)滾筒的長(zhǎng)度來(lái)算的 根據(jù)具體設(shè)計(jì)用 5mm 鋼板來(lái)切割出圓環(huán) 可根據(jù)公式求出圓心角 a a 2 R L 2 Rx360 5 8 3 4 5螺旋軸的設(shè)計(jì) 1 選材及熱處理 一般情況下選 45 號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)或正火 也可用 35 40 50 號(hào)鋼 不重要或受力較小 的軸可選用 Q235 Q275 高速重載下 可選合金鋼 可對(duì)軸頸表面淬火 低碳鋼的可 滲碳 淬火 但對(duì)應(yīng)力集中敏感 應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分注意 球墨鑄鐵吸振性好 對(duì)應(yīng)力 集中不敏感 耐磨 具體材料與機(jī)構(gòu)性能詳見表 7 選擇 45 號(hào)鋼 11 調(diào)質(zhì)處理 該軸 硬度為 170HB 217HB 彎曲應(yīng)力 590 Map 295 Map 255 Map b s 1 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 140 MPa 55 MPa1 1 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于本螺旋種植鏟的種植深度是 500mm 了提高軸的剛度和抗彎強(qiáng)度 因此空心軸 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) 查表初步選擇 160 40 的鋼管 即外徑為 160 毫米 壁厚為 40 毫米 3 軸的校核 雖然土壤在軸四周被均勻輸送 螺旋軸在旋轉(zhuǎn)時(shí) 由于自身的重力和焊在其上面的 螺旋葉片的重力 此軸不僅受扭矩還受彎矩 所以在此需要校核其扭矩及彎矩的強(qiáng)度和 剛度 由于所選的螺旋葉片螺距 S 620 種植深度為 500m 該螺旋葉片的導(dǎo)程 P 620mm 據(jù) L nS 可知有 10 個(gè)螺距 4 估算軸的直徑 軸的直徑計(jì)算式 19 空心軸 d 90 5 300mm 1 430 nPA 435 01962 式中 d 軸的直徑 P 軸傳遞的額定功率 Kw n 軸的轉(zhuǎn)速 r min 按 而定的系數(shù) 126 103 見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 0A 空心軸的內(nèi)徑與外徑之比 取 0 5 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件公式 32 0 95dnPWT 式中 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 單位為 MPa T 軸所受的扭矩 單位為 N m 軸的抗扭截面系數(shù) TW3m 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 18 軸的許用轉(zhuǎn)應(yīng)力 25 45 見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) aMP 43 27MPa 2160 39 5 TW 所以軸徑 160mm 符合設(shè)計(jì)需要 表 4 軸的材料參數(shù)表 軸的材料 Q235 A20 Q275 35 45 40Cr 等高強(qiáng)度 鋼 2m N15 25 20 35 25 45 35 55 A 149 126 135 112 126 103 112 97 注 表中所給出的 值是考慮了彎曲影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 在下列情況下 取較大值 A 取較小值 彎矩較小或只受扭矩作用 載荷較平穩(wěn) 無(wú)軸向載荷或只有較小的軸向載荷 減速器的低速軸 軸單向旋轉(zhuǎn) 反之 取較小值 A 取較大值 在計(jì)算減速器中間軸的危險(xiǎn)截面處 安裝小齒輪處 的直徑時(shí) 若軸的材料為 45 號(hào)鋼 可取 A 130 165 螺旋軸直徑為 160 壁厚為 40mm 空心軸 軸的疲勞強(qiáng)度校核 由扭矩 T 形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為 T WT WT 抗扭截面系數(shù) WT 1 16 d D3D4 根據(jù)已知 P n 可得出 M 9549 9549 24 403 N m nP9023 對(duì)于直徑為 d 的圓軸彎曲應(yīng)力為 M W 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T WT T 2W 將 和 代 入式 3 中則軸的彎扭強(qiáng)度條件為 e W 122 TM 1 其中 T n p950 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響 引入折合系數(shù) 則計(jì)算 應(yīng)力為 式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 當(dāng) 為靜應(yīng)力時(shí)取 22 aMca 3 0 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 當(dāng) 為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 若 為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)取 6 0 1 在本文中 取 0 3 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的需要求出已知量 方便后序計(jì)算 空心 抗彎截面系數(shù) 34380 1 0mdW 抗扭截面系數(shù) 34396 2 T 極慣性系數(shù) 47410 1DIP 式中 抗扭截面系數(shù) TW 抗彎截面系數(shù) 軸截面的極慣性矩 PI 空心軸內(nèi)徑與外徑之比 根據(jù)上面公式求得 T 221 56N m 48000 W3 所以 e W 122 TM MPa48 156 2 04 80122 1 由于螺旋軸葉片均勻分布在螺旋軸上 因此它們的自重為均布載荷 螺旋軸可簡(jiǎn)化 為均布載荷作用下的簡(jiǎn)支梁 如圖 11 所示 圖 11 螺旋軸的受力分布圖 則螺旋軸的彎矩 6 為 maxM8 2ql 將已知數(shù)值代入 19 式得出 50MPae 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 20 查表 3 可知軸材料為 45 鋼的 590 MPa 的 55 MPab 1 由于 50 55 即 滿足彎曲扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求 e 1 3 4 6挖頭設(shè)計(jì) 挖頭種植時(shí) 切土 螺旋提升和拋土過程雖然簡(jiǎn)單 但其力學(xué)摸型及計(jì)算十分復(fù)雜 而且結(jié)果定量的指導(dǎo)性很差 當(dāng)挖頭為螺旋式 葉片內(nèi)徑 即中心管 D 80ram 葉片外徑 800mm 坑深 1000mm 時(shí) 宜采用單頭式 左旋 導(dǎo)程為 600lnm 外徑切土入土角 d 外 12 5 內(nèi)徑切土入土角 d 內(nèi) 64 平均入土角 d 均 38 25 拋土半徑 1200 1500mm 此 時(shí)十分有利于原土回填 試驗(yàn)表明 能夠完全滿足工作要求 試驗(yàn)也證明采用單頭比雙 頭易于入土 尤其在堅(jiān)硬土壤情況下更能顯出其優(yōu)越性 本次挖頭設(shè)計(jì)如下所示 圖 12 挖頭設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 3 5整機(jī)穩(wěn)定性分析 種植機(jī)的穩(wěn)定性根據(jù)工況的不同可以分為作業(yè)穩(wěn)定性 自身穩(wěn)定性 行走穩(wěn)定性 本文以作業(yè)穩(wěn)定性作為穩(wěn)定性計(jì)算 種植機(jī)在種植過程中有兩種失穩(wěn)狀態(tài)即種植失穩(wěn)和 卸載失穩(wěn)狀態(tài) 本文主要以種植失穩(wěn)狀態(tài)作為校核 種植機(jī)的失穩(wěn)狀態(tài)有以下三種工況 1 斗桿垂直于地面 斗齒尖離地面以下 0 5m 用鏟斗種植 切向阻力垂直地面 法向阻力指向機(jī)體 此時(shí)傾覆邊緣在履帶前端 如圖 4 1 測(cè)出各個(gè)零件的質(zhì)量和重心的位置 并測(cè)出各個(gè)零件的重心到履帶前端的距離 采用平衡法計(jì)算許用穩(wěn)定系數(shù) 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 n 4 1 傾 覆 力 矩 穩(wěn) 定 力 矩 LWLgGii 271415 式中 底盤和上車總重 1 N0121 分別表示鏟斗 斗桿 副動(dòng)臂 主動(dòng)臂的重量 3570N g234g 1g 5740N 6870N 9490N 2 各個(gè)工作機(jī)構(gòu)相對(duì)于履帶前端的距離 其中iL 3675mm 4047mm 2837mm 500mm 3000mm 500mm 123L4L56L7 2832mm 切向種植阻力 22000N 法向種植阻力 9240N 1W2W 將以上數(shù)據(jù)代入公式 5 1 中得 n 1 8 n 1 所以該工況種植機(jī)穩(wěn)定性符合要求 2 在最大種植深度時(shí)斗桿及鏟斗處于垂直位置 用鏟斗液壓缸種植 此時(shí)種植阻 力有使整機(jī)抬起的趨勢(shì) 傾覆邊緣在履帶的后端 圖 4 2 測(cè)出各個(gè)零件的質(zhì)量和重心的位置 并測(cè)出各個(gè)零件的重心到履帶后端的距離 采用平衡法計(jì)算許用穩(wěn)定系數(shù) n 4 2 傾 覆 力 矩 穩(wěn) 定 力 矩 72154LWHGgiii 式中 意義同 4 1 種植最大深度 H 4702mm ii H 5699mm 5270mm 4926mm 3873mm 800mm 5102mm1L2L34L5L7 將以上數(shù)據(jù)代入 4 2 得 n 2 1 n 1 所以該工況穩(wěn)定性符合要求 3 在停機(jī)面上最大種植半徑處用鏟斗液壓缸種植 種植阻力有使整機(jī)后傾覆的趨 勢(shì) 傾覆邊緣在履帶的后端 圖 4 3 測(cè)出各個(gè)零件的質(zhì)量和重心的位置 并測(cè)出各個(gè)零件的重心到履帶后端的距離 采用平衡法計(jì)算許用穩(wěn)定系數(shù) 第 3 章 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 22 n 4 3 傾 覆 力 矩 穩(wěn) 定 力 矩 6154LWGgi 式中 意義同 4 1 igiG1W 8948mm 7509mm 5698mm 3430mm 800mm 8620mm 1L2L34L5L6 將以上數(shù)據(jù)代入 4 3 得 n 1 7 n 1 所以該工況穩(wěn)定性符合要求 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 第 4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì) 4 1 1液壓系統(tǒng)基本回路選擇 基本回路是由一個(gè)或幾個(gè)液壓元件組成 能夠完成特定的單一功能的典型回路 它 是液壓系統(tǒng)的組成單元 液壓破拆機(jī)器人液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路 卸荷回路 緩沖回路 節(jié)流回路 行走回路 合流回路 再生回路 閉鎖回路 操縱回路等 1 限壓回路 限壓回路用來(lái)限制壓力 使其不超過某一調(diào)定值 限壓的目的有兩個(gè) 一是限制系 統(tǒng)的最大壓力 使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞 通常用安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn) 安全閥設(shè)置在主 油泵出油口附近 二是根據(jù)工作需要 使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值 通 常用溢流閥實(shí)現(xiàn) 溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作 多余的流量通過此閥流回油箱 因此溢流閥是常開的 液壓破拆機(jī)器人執(zhí)行元件的進(jìn)油和回油路上常成對(duì)地并聯(lián)有限壓閥 限制液壓缸 液壓馬達(dá)在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力 超過此壓力時(shí)限壓閥打開 卸載保護(hù)了液壓元 件和管路免受損壞 這種限壓閥 圖 2 1 實(shí)際上起了卸荷閥的作用 1 換向閥 2 限壓閥 3 油缸 圖 2 1 限壓回路 2 緩沖回路 液壓破拆機(jī)器人滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)由于上車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大 在啟動(dòng) 制動(dòng)和突然換向時(shí)會(huì) 第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 引起很大的液壓沖擊 尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車 液壓沖擊會(huì)使整個(gè)液壓系 統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動(dòng)和噪音 甚至破壞 圖 2 2 為液壓破拆機(jī)器人中比較普遍采用的幾種 緩沖回路 1 換向閥 2 3 緩沖閥 4 5 6 7 單向閥 圖 2 2 緩沖回路 3 節(jié)流回路 節(jié)流調(diào)速是利用節(jié)流閥的可變通流截面改變流量而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的 通常用于定量 系統(tǒng)中改變執(zhí)行元件的流量 這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 能夠獲得穩(wěn)定的低速 缺點(diǎn)是功 率損失大 效率低 溫升大 系統(tǒng)易發(fā)熱 作業(yè)速度受負(fù)載變化的影響較大 根據(jù)節(jié)流 閥的安裝位置 節(jié)流調(diào)速有進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種 1 齒輪泵 2 溢流閥 3 節(jié)流閥 4 換向閥 5 油缸 圖 2 3 節(jié)流回路 4 鎖緊回路 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 2 6 閉鎖回路 圖 2 7 再生回路 大臂操縱閥在中位時(shí)油缸口閉鎖 由于滑閥的密封性不好會(huì)產(chǎn)生泄露 大臂在重力 作用下會(huì)產(chǎn)生下沉 特別是破拆機(jī)器人在進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)要求停留在一定的位置上保持 不下降 因此設(shè)置了大臂支持閥組 如圖 2 6 所示 二位二通閥在彈簧力的作用下處于 關(guān)閉位置 此時(shí)大臂油缸下腔壓力油通過閥芯內(nèi)鉆孔通向插裝閥上端 將插裝閥壓緊在 閥座上 阻止油缸下腔的油從 B 至 A 起閉鎖支撐作用 4 1 2液壓系統(tǒng)原理圖 對(duì)上述選定的各基本回路進(jìn)行組合得到破拆機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如下 圖 2 7 破拆機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 4 2執(zhí)行元件的選擇 第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 4 2 1液壓缸的選擇 各個(gè)工作液壓缸缸徑根據(jù)液壓缸推力決定 假定液壓泵到液壓缸的壓力損失 p1 25 bar 液壓缸回油背壓 p2 10 bar 液壓缸的大小腔作用面積之比為 A 1 46 Ao A 為大腔 作用面積 Ao 為小腔作用面積 根據(jù)公式 AAPF 8 147 0125 1801 1 大臂液壓缸 已知大臂液壓缸工作負(fù)載 NKF31 取系列值 63 mm mFD58 4 308 141 由以上計(jì)算及表 3 3 可得 大臂油缸缸徑為 63mm 活塞桿直徑 d 為 35mm 額定 工作壓力為 160 bar 2 二臂液壓缸 已知二臂液壓缸工作負(fù)載 NKF2802 取系列值 50mm mFD498 1 308 1422 由以上計(jì)算及表 3 3 可得 二臂油缸缸徑為 50mm 活塞桿直徑 d 為 28mm 額定 工作壓力為 160 bar 3 螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸 已知螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸工作負(fù)載 NKF1504 取系列值 40mm mFD368 14 3508 14 由以上計(jì)算及表 3 3 可得 螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)油缸缸徑為 40mm 活塞桿直徑 d 為 22mm 額定工作壓力為 160 bar 4 2 2馬達(dá)的選擇 1 回轉(zhuǎn)馬達(dá)選擇及計(jì)算 a 平臺(tái)的回轉(zhuǎn)力矩一般小于制動(dòng)力矩 根據(jù)公式 O Bmc 1 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 制動(dòng)力矩Bm 啟動(dòng)力矩O BF 7 0 5 7937 00526 3 4umF 3425 mN 操作重量 單位 t u 摩擦系數(shù) 平履帶取 0 25 取 0 6 0 6 4762 203156BF06 79 取 c 1 4762 203156OmmN 由原始數(shù)據(jù)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速 in12r 回轉(zhuǎn)臺(tái)由回轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪驅(qū)動(dòng) 大齒 941 Z6 小齒 72 12Zn 94 minr 所以 66 352 1Z794 minr b 計(jì)算扭矩 2Mn 1 861 252n35 6 472 mN 啟動(dòng)力矩1 馬達(dá)扭矩2M 查 液壓破拆機(jī)器人 36 頁(yè) 表 4 1 選 M5x180 液壓馬達(dá) 主要參數(shù) 第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 壓力額定 32 4Mpa 最大 39 2Mpar mlV180 1680 928axnin額MmN 所以流量 11 9432Vq35 6180 in L 2 行走馬達(dá)選擇及計(jì)算 a 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n2zt V 破拆機(jī)器人行走速度 履帶板節(jié)長(zhǎng)t Z 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù) 代入 52 912 1ZtVn 60135 04 minr 29 395 2t1 minr b 驅(qū)動(dòng)輪扭矩 maxM2 DF og35sin牽 為要求爬坡能力o 為要求牽引力牽F 代入 52945Nmax 1035sin104 o 6062 20axM2 8 59mN 選擇雙速液壓馬達(dá)齒輪箱 GFT17 輸出扭矩 90002 64 i MmN 液壓馬達(dá)選擇排量 28 8maxVlinl 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 馬達(dá)轉(zhuǎn)速 n輪2 64 VQ 輪 代入數(shù)據(jù) 27174 576 27 174576max1891 5264min linL 64 2 52840 452 52 84045223 m 3 螺旋軸馬達(dá)選擇 查 液壓破拆機(jī)器人 36 頁(yè) 表 4 1 選 M5x180 液壓馬達(dá) 主要參數(shù) 壓力額定 32 4Mpa 最大 39 2Mpar mlV180 1680 928axnin額MmN 所以流量 11 9432Vq35 6180 in L 4 3動(dòng)力元件的選擇 4 3 1液壓泵的選擇 1 液壓泵的工作壓力的確定 pP 是執(zhí)行元件的最高工作壓力 對(duì)于本系統(tǒng)的最高工作壓力是銷鎖油缸的入口壓力1 是從液壓泵出口液壓缸之間的管路損失 管路復(fù)雜 進(jìn)口有調(diào)速閥 則取 1Mpa P 2 確定液壓泵的流量 vpq 多液壓缸同時(shí)工作時(shí) 而且系統(tǒng)使用蓄能器鋪助動(dòng)力源時(shí) 則液壓泵輸出流量公式 應(yīng)為 vpq 2221 cPttPnt 其中 K 系統(tǒng)泄露系數(shù) 取 K 1 2 Tt 液壓系統(tǒng)工作周期 Vi 每個(gè)液壓缸的工作周期中的總耗油 第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 z 液壓缸的個(gè)數(shù) 銷鎖油缸的最大流量 5 3 42610ijQA 6 0 1 01 601Q 410 加料門油缸的最大流量 6 0 14 0 0031 262 4 根據(jù)以上可知 60max 大泵流量 80 481Q 小泵流量 20 122max 大泵排量 37 310Dqn 小泵排量 8 1 32Q 0 9L svpq 按照泵的排量 和 的值來(lái)選擇液壓泵12pPvq 3 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求的泵的排量 和 的值 按系統(tǒng)中給定的液壓泵的形式 按照12pv HAWS 公司 V30D 系列變量軸向柱塞泵的選型表 3 10 可以選定 V30D 45 型變量軸向柱 塞泵 該變量軸向柱塞泵的技術(shù)參數(shù)如表 3 11 4 3 2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 液壓缸在整個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)中 系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的 所需功率變化較大 為 滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要 需按大功率段來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 從液壓原理圖可以看出 快速運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的壓力和流量都較大 這時(shí) 大小泵同時(shí) 參加工作 小泵排油壓力和流量均較大 此時(shí) 大小泵同時(shí)參與工作小泵排油除保證鎖 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 緊力外 還通過順序閥將壓力油供給加料門油缸 前面的計(jì)算已知 小泵供油壓力為 4 MPa 考慮大泵到銷鎖油缸路損失 大泵供油1P 壓力應(yīng)為 4Mpa 2P 取泵的總效率 0 85 泵的總驅(qū)動(dòng)功率為 p P 22 9KW 11pvpvPq 可以選用的發(fā)動(dòng)機(jī)為常柴集團(tuán)生產(chǎn)的 4L68 型號(hào)的柴油機(jī) 該柴油機(jī)具有動(dòng)力強(qiáng)勁 經(jīng)濟(jì)省油 耐久可靠 境污染小等特點(diǎn) 其主要技術(shù)參數(shù)如表 3 12 所示 4 4液壓閥的選擇 選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量 本系統(tǒng)工作壓力在 18Mpa 左右 所以液壓閥都選用中 高壓閥 1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇 選擇的液壓閥應(yīng)使系統(tǒng)壓力適當(dāng)?shù)陀诋a(chǎn)品標(biāo)明的額定值 對(duì)液壓閥流量的選擇 可 以按照產(chǎn)品標(biāo)明的公稱流量為依據(jù) 根據(jù)產(chǎn)品有關(guān)流量曲線來(lái)確定 2 液壓閥的安裝方式的選擇 是指液壓閥與系統(tǒng)的管路或其他閥的進(jìn)出油口的連接方式 一般有三種 螺紋連接 方式 板式連接方式 法蘭連接方式 安裝方式的選擇要根據(jù)液壓閥的規(guī)格大小 以及 系統(tǒng)的簡(jiǎn)繁及布置特點(diǎn)來(lái)確定 3 液壓閥的控制方式的選擇 液壓閥的控制方式一般有四種 有手動(dòng)控制 機(jī)械控制 液壓控制 電氣控制 根 據(jù)系統(tǒng)的操縱需要和電氣系統(tǒng)的配置能力進(jìn)行選擇 4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇 液壓閥的結(jié)構(gòu)方式分為 管式結(jié)構(gòu) 板式結(jié)構(gòu) 一般按照系統(tǒng)的工作需要來(lái)確定液 壓閥的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)以上的要求來(lái)選擇液壓控制閥 所選的液壓閥能滿足工作的需要 所以本液壓系統(tǒng)所選的液壓閥有中 高壓閥 具體規(guī)格型號(hào)和名稱見表 4 2 第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 表 4 2 液壓控制閥 序號(hào) 代 號(hào) 名稱及規(guī)格 材料 數(shù)量 1 Q11F 16P 25 不銹鋼截止閥 成品 2 2 DBDW10B 1 50X 10UG24NZ5L 電磁溢流閥 成品 1 3 S20P1 0 S 型單向閥 成品 1 4 S10P1 0 S 型單向閥 成品 1 5 XJF 32 10 蓄能器截止閥 成品 1 6 DRV16 1 10 2 單向節(jié)流閥 成品 1 9 S6A1 0 2 S 型單向閥 成品 1 10 ZDR6DP2 30 7 5YM 疊加式減壓閥 成品 1 11 Z1S6P 1 30 疊加式單向閥 成品 1 12 4WE10J3X CG24NZ5L 電磁換向閥 成品 1 13 ZDR10DP2 30 7 5YM 疊加式減壓閥 成品 1 14 Z2FS16 30 S2 疊加式雙單向節(jié)流閥 成品 2 15 4WEH16Y50 OF6AG24NETS2Z5L B08 電液換向閥 成品 1 16 Z2FS16 30 S2 疊加式雙單向節(jié)流閥 成品 2 17 DR20 5 5X 10YM 先導(dǎo)式減壓閥 成品 2 18 DR20 5 5X 10Y 先導(dǎo)式減壓閥 成品 1 19 4WEH16E50 6AG24NETS2Z5L B08 電液換向閥 成品 1 20 4WE10E3X CG24NZ5L 電磁換向閥 成品 1 21 DB20 2 5X 315 溢流閥 成品 2 22 S20P1 0 單向閥 成品 1 23 Z2FS10 20 疊加式雙單向節(jié)流閥 成品 1 24 溢流閥 成品 1 25 QJH 6WL 高壓球閥 DN6 成品 3 選用主操作閥采用川崎 KMX15R B450 最大流量 270L min 能實(shí)現(xiàn)大臂提升合流 二臂大小腔合流 二臂再生回路 行走直線 大臂提升優(yōu)先 回轉(zhuǎn)優(yōu)先 二臂閉鎖等功 能 閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 4 5其他輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 4 5 1油箱設(shè)計(jì)