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（全套CAD）反铲式单斗液压挖掘机工作装置设计及其运动分析（图纸论文整套）

选与的选择经统计分析，最大挖掘半径值与的值很接近，由已给定的最大挖掘半径已初步选定的和，结合如下经验公式式中为动臂长，为斗杆长，为动臂斗杆长度比将各参数代入上式得与的计算如图.所示，在三角形中摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.最大挖掘半径时工作装置结构简图.的计算对于以反铲为主的通用挖掘机要适当考虑其他的换用装置如正铲起重等，而且要求在地面以上作业时能有足够的提升力矩，故初取.的取值对特性参数最大挖掘深度和最大挖高均有影响，增大会使减少或使增大，这符合反铲作业的要求，初选。斗杆液压油缸全缩时，最大，根据经验统计和便于计算，初选。由于采用单动臂液压缸，因此的取值较大，初取如上图.所示，在三角形中由式和式有由式有令将的值代入式中有又由特性参数则有.将式式代入到式中得解之由式有反铲式单斗,液压,挖掘机,工作,装置,设计,及其,运动,分析,毕业设计,全套,图纸液压挖掘机工作装置结构设计及运动分析引言挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑交通运输水利电气工程农田改造矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。据统计，般工程施工中约有的土方量露天矿山中的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。随着我国基础设施建设的深入和在建设中挖掘机的广泛应用，挖掘机市场有着广阔的发展空间，因此发展满足我国国情所需要的挖掘机是十分必要的。而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而笔者的设计知识和水平还只是个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有些大体的认识，掌握实际工程设计的流程方法，巩固所学的知识和提高设计能力。绪论国内外研究状况当前，国际上挖掘机的生产正向大型化微型化多能化和专用化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术新工艺新结构和新材料，加快了向标准化系列化通用化发展的步伐。我国己经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，引进了国外的些先进的生产率较高的挖掘机型号。由于使用性能技术指标和经济指标上的优越，世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能应用范围不断扩大，成本不断降低，向标准化模块化发展，以提高零部件配件的可靠性，从而保证整机的可靠性电子计算机监测与控制，实现机电体化提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势向大型化发展的同时向微型化发展。更为普遍地采用节能技术。不断提高可靠性和使用寿命。工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。由内燃机驱动向电力驱动发展。液压系统不断改进，液压元件不断更新。应用微电子气液等机电体化综合技术。增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。人机工程学在设计中的充分利用。二论文构成及研究内容本论文主要对由动臂斗杆铲斗销轴连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分挖机工作装置的总体设计。挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。工作装置主要部件的结构设计。销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。二总体方案设计工作装置构成斗杆油缸动臂油管动臂油缸铲斗斗齿侧板连杆曲柄铲斗油缸斗杆图.工作装置组成图图.为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，如图所示反铲工作装置由铲斗连杆斗杆动臂相应的三组液压缸等组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。挖掘作业时，接通回转马达转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，由于土质情况挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的随机的。上述过程仅为般的理想过程。挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度薄的钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，可以对工作装置进行适当简化处理。则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂斗杆铲斗动臂油缸斗杆油缸铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六杆机构，处理的具体简图如.所示。进步简化得图如.所示。图.工作装置结构简图铲斗连杆斗杆动臂铲斗油缸斗杆油缸图.工作装置结构简化图挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是组平面连杆机构，自由度是，即工作装置的几何位置由动臂油缸长度斗杆油缸长度铲斗油缸长度决定，当为确定的值时，工作装置的位置也就能够确定。二动臂及斗杆的结构形式动臂采用整体式弯动臂，这种结构形式在小型挖掘机中应用较为广泛。其结构简单价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻，且有利于得到较大的挖掘深度。斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机采用整体式斗杆。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故也采用整体式斗杆。三动臂油缸与铲斗油缸的布置动臂油缸装在动臂的前下方，动臂的下支承点即动臂与转台的铰点设在转台回转中心之前并稍高于转台平面，这样的布置有利于反铲的挖掘深度。大部分中小型液压挖掘机以反铲作业为主，常采用动臂支点靠前布置的方案。油缸活塞杆端部与动臂的铰点设在动臂箱体下底板的凸缘上，虽然这样会影响动臂的下降幅度，但不会削弱动臂的结构强度，而且使动臂的受力更加合理。对于斗容量为.的小型液压挖掘机，单只动臂液压缸即可满足工作要求。具体结构如图.所示。四铲斗与铲斗油缸的连接方式本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。该布置中杆与杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够大的铲斗平均挖掘力。如图.所示。斗杆连杆机构铲斗图.铲斗连接布置示意图五铲斗的结构选择铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大，合适的铲斗应满足以下要求有利于物料的自由流动。铲斗内壁不宜设置横向凸缘棱角等。斗底的纵向剖面形状要适合于各种物料的运动规律。要使物料易于卸尽。为使装进铲斗的物料不易于卸出，铲斗的宽度与物料的粒径之比应大于，大于时，颗粒尺寸不考虑，视物料为均质。综上考虑，选用小型挖掘机常用的铲斗结构，基本结构如图.所示。图.铲斗斗齿的安装连接采用橡胶卡销式，结构示意图如.所示。卡销橡胶卡销齿座斗齿图.卡销式斗齿结构示意图六原始几何参数的确定动臂与斗杆的长度比由于所设计的挖掘机适用性较强，作业对象明确，般不替换工作装置，故取中间比例方案，取在之间。考虑到值大，工作装置结构重心离机体近。初步选取，即。铲斗斗容与主参数的选择斗容量在任务书中已经给出.按经验公式和比拟法初选，铲斗平均宽度，铲斗切削半径,铲斗装满转角。工作装置液压系统主参数的初步选择各工作油缸的缸径选择要考虑到液压系统的工作压力和“三化“要求。初选动臂油缸内径，活塞杆的直径。斗杆油缸的内径，活塞杆的直径。铲斗油缸的内径，活塞杆的直径。按经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比.。参照任务书的要求选择工作装置液压系统的工作压力，闭锁压力。三工作装置运动学分析动臂运动分析动臂油缸的最短长度动臂油缸的伸出的最大长度动臂油缸的下铰点动臂油缸的上铰点动臂的下铰点.图.动臂摆角范围计算简图动臂摆角是的函数。动臂上任意点在任时刻的坐标值也都是的函数。如图.所示，图中动臂油缸的最短长度动臂油缸的伸出的最大长度动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最小值动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最大值动臂油缸的下铰点动臂油缸的上铰点动臂的下铰点。则有在三角形中图.点坐标计算简图在三角形中由图.所示的几何关系，可得到的表达式当点在水平线之下时为负，否则为正。点的坐标为点的坐标为动臂油缸的力臂显然动臂油缸的最大作用力臂二斗杆的运动分析如下图.所示，点为斗杆油缸与动臂的铰点点，点为动臂与斗杆的铰点，点为斗杆油缸与斗杆的铰点。斗杆的位置参数是，这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑的影响。斗杆油缸与动臂的铰点点动臂与斗杆的铰点斗杆油缸与斗杆的铰点斗杆摆角.图.斗杆机构摆角计算简图在三角形中由上图的几何关系知斗杆相对于动臂的摆角范围则斗杆的作用力臂显然斗杆的最大作用力臂，此时。三铲斗的运动分析铲斗相对于坐标系的运动是的函数，现讨论铲斗相对于斗杆的运动，如图所示，点为铲斗油缸与斗杆的铰点，点为斗杆与动臂的铰点点为铲斗与斗杆的铰点，点为铲斗的斗齿尖点，点为连杆与铲斗的饺点，点为曲柄与斗杆的铰点，点为铲斗油缸与曲柄的铰点，点为曲柄与连杆的铰点。图.铲斗连杆机构传动比计算简图铲斗连杆机构传动比利用图.，可以求得以下参数在三角形中在三角形中在三角形中在四边形中铲斗油缸对点的作用力臂连杆对点的作用力臂连杆对点的作用力臂连杆机构的总传动比显然式中可知，是铲斗油缸长度的函数，用代入可得初传动比，代入可得终传动比。铲斗相对于斗杆的摆角铲斗的瞬时位置转角为其中，在三角形中当铲斗油缸长度分别取和时，可分别求得铲斗的最大和最小转角和，于是得铲斗的摆角范围斗齿尖运动分析见图.所示，斗齿尖点的坐标值和，是的函数只要推导出和的函数表达式，那么整机作业范围就可以确定，现推导如下由点知在三角形中由后面的设计确定，在确定后则有在三角形中图.齿尖坐标方程推导简图则可以得斗杆瞬间转角在设计画图中确定。由三角形知由三角形知由点知在三角形中在三角形中在三角形中在四边形，其在后面的设计中确定。在列出以上的各线段的长度和角度之间的关系后，利用矢量坐标我们就可以得到各坐标点的值。四特殊工作位置计算最大挖掘深度摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖.图.最大挖掘深度计算简图如图.示，当动臂全缩时,三点共线且处于垂直位置时，得最大挖掘深度为最大卸载高度摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油