（优秀毕业全套设计）WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真（整套下载）

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该油缸理论推力所能产生的斗齿切向挖掘力称为工作液压缸的理论挖掘力。铲斗油缸的理论挖掘力铲斗挖掘时铲斗液压缸的理论挖掘力为式中铲斗液压缸的理论推力，•，为铲斗液压缸大腔作用面积，为液压系统工作压力力臂值参见图可由式和求得和，再由求得传动比。对于已定的工作装置铲斗液压缸理论挖掘力是该液压缸瞬时长度的函数，显然当时，即得到铲斗液压缸的最大理论挖掘力。斗杆油缸的理论挖掘力斗杆液压缸的理论挖掘力为式中铲斗液压缸的理论推力，•，为铲斗液压缸大腔作用面积，为液压系统工作压力力臂值对于已定的工作装置是的函数，是的函数，因此是和的二元函数。当时，且时可以得到的最大值，但在这位置用斗杆液压缸挖掘已无实际意义，因为斗壁将先于斗齿与土壤接触。当三点处于直线时，同时如果此时或则可得的最小值。当取为定值时曲线是条正弦曲线。对反铲装置，动臂液压缸的理论挖掘力般不予考虑。.整机挖掘力液压挖掘机处于工况下工作液压缸的主动挖掘力能否实现主要取决于下列条件.工作液压缸的闭锁能力.整机的工作稳定性.整机与地面的附着能力.土壤或其他作业对象的阻力.工作装置的结构强度。当全面考虑这些条件后得到的工作液压缸能实现的挖掘力值就是挖掘机在该工况下的挖掘力。求整机挖掘力按下列假定进行.考虑整机自重，有相对运动的构件重量分别计算.在挖掘过程中斗中土重视为主动液压缸长度的分机线性函数，其重心与铲斗重心致.不考虑液压系统和连杆机构的效率.不考虑液压缸小腔背压.不考虑土壤阻力和工作装置结构强度的限制.不考虑其他因素如停机坡度风力惯性力动载等的影响。求得的挖掘力值称为整机的理论挖掘力。.整机实际挖掘力如果考虑到整机理论挖掘力计算时假定忽略的些因素，则可求得整机的实际挖掘力。当用于特殊作业条件时求整机的挖掘力必须考虑坡度风力等影响。如果不用近似的作图法，而全部用数解法来求计算机整机挖掘力，则相当繁琐。用电子计算机分析比较各种设计方案的挖掘性能或验算已制成的挖掘性能，并与机器的使用或测试结果相对照，即可为改进设计提供依据，又可检验理论计算的正确程度，对在大量机型进行计算分析的基础上即可为优化设计积累资料和提供简化依据。第章工作装置设计.设计要求挖掘机的工作装置应满足下列要求.斗的运动轨迹符合作业要求，即要满足铲装载的要求，希望铲掘力大，易于装满料，并要求动臂在提升过程中物料散落。.满足挖掘深度和挖掘半径的要求，并保证在任意位置都能卸净铲斗中的物料。.在满足作业要求的前提下，工作装置结构简单，自重轻，机构合理，受力好，强度高。.保证驾驶员有良好的工作条件，确保工作安全，视野良好，操作简单，维修方便。.反铲工作装置结构方案的确定确定动臂的结构形式.动臂的结构形式动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往决定于动臂的结构形式。反铲动臂分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动臂和弯动臂两种见图。直动臂构造简单轻巧布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意。整体式动臂结构简单价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是替换工作装置少，通用性较差。为了扩大机械通用性，提高其利用率。往往需要配备几套完全不通用的工作装置。般说，长期用于作业相似的反铲采用整体式动臂结构比较合适。综合考虑本次设计选择整体式弯动臂。.动臂油缸布置动臂油缸般布置在动臂前下方，下端与回转平台铰接，常见的有两种具体布置方式。油缸前倾布置方案，动臂油缸与动臂铰接于点。当动臂油缸全伸出，将动臂举升至上极限位置，动臂油缸轴线向转台前方倾斜。油缸后倾布置方案，当动臂油缸全伸出，将动臂举升到上极限位置时，动臂油缸轴线向后方倾斜。当两方案的动臂油缸安装尺寸铲斗最大挖掘高度和地面最大挖掘半径相等时，后倾方案的最大挖掘深度比前倾方案小，即。此外，在后倾方案中，动臂部分往往比前倾方案的长，因此动臂所受弯矩也比较大。以上为动臂油缸后倾方案的缺点。然而，后倾方案动臂下铰点与动臂油缸下铰点的距离比前倾方案的大，则动臂在上下两极位置时，动臂油缸的作用力臂也较大。因此，在动臂油缸作用力相同时，后倾方案得到较大的动臂作用力矩，这是其优点。本次设计根据设计要求参数，综合考虑，采用动臂油缸前倾布置方案。动臂与动臂油缸活塞杆端部的铰点布置通常有两种形式，种是单动臂在端部弯角的下部，小型挖掘机常见另种是双臂油缸布置在动臂箱体的中部，这样的双动臂油缸在结构上起到加强筋的作用，提升力也大大增加。由于本次设计的是中小型挖掘机，故本次设计采用单动臂油缸。确定斗杆的结构形式斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机都采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆时采用更换斗杆的办法，或者在斗杆上设置个可供调节时选择的与动臂端部铰接的孔。有些反铲采用组合式斗杆。斗杆油缸的布置确定斗杆油缸铰点行程及斗杆力臂比时应该考虑下列因素。.保证斗杆油缸产生足够的斗齿挖掘力。般来说希望液压缸在全行程中产生的斗齿挖掘力始终大于正常挖掘阻力液压缸全伸时的作用力矩应该足以支承满载斗和斗杆静止不动液压缸作用力臂最大时产生的最大斗齿挖掘力应大于要求克服的最大挖掘阻力。.保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。对于以转斗挖掘为主的中小型反铲，选择斗杆机构参数时必须注意转斗挖掘时斗杆液压缸的闭锁能力，要求在主要挖掘区内转斗液压缸的挖掘力能得到充分的发挥。.保证斗杆摆角范围。斗杆摆角范围大致在之间。在满足工作范围和运输要求的前提下此值应尽可能取得小些，对以斗杆挖掘为主的中型机更应注意到这点。般来说，斗杆越长，其摆角范围也可稍小。当斗杆油缸和转斗油缸同时伸出最长时，斗前壁与动臂之间的距离应大于。铰点位置的确定需要反复进行。在计算中初定铰点位置，如不够合理，应进行适当修改。动臂与斗杆长度比的确定对于定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。般当时，有的反铲取称为长动臂短斗杆方案，当.时属于短动臂长斗杆方案。在.之间称为中间比例方案。要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。相反，当用配套替换构件或可调连接适应不同作业条件时，不同的配置或铰点连接情况可组成各种比例方案。在使用条件单，作业对象明确的条件下采用整体式动臂和斗杆固定铰接，值由作业条件确定。从作业范围看，在挖高挖深与挖掘半径均相同的条件下，愈大作业范围愈窄，从挖掘方式看大宜用于斗杆挖掘为主，因其刚度较易保证。而值小宜用于以转斗挖掘为主。本设计采用中间比例方案,取。确定铲斗的结构形式的斗齿的安装结构基本要求．有利于物料的自由流动，因此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各种物料的运动规律。．要使物料易于卸净。用于粘土的铲斗卸载时不易卸净，因此延长了作业循环时间，降低了有效斗容量。国外采用设有强制卸土的粘土铲斗。．为了使装进铲斗的物料不易掉出，铲斗宽度与物料颗粒直径之比应大于。当此比值大于时颗粒尺寸的影响可不考虑，视物料为匀质。．装设斗齿有利于增大铲斗与物料刚接触时的挖掘线比压，以便切入或破碎阻力较大有物料。挖硬土或碎石时还能把石块从土壤中耙出。斗齿的材料形状安装结构及其尺寸参数都值得研究，对它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更换。图反铲用铲斗基本形式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。铲斗的作业对象繁多，作业条件也不同，用个铲斗来适应任何作业对象和条件较困难。为了满足各种特定情况，尽可能提高作业效率，通用反铲装置常配有甚至十多种斗容量不同，结构形式各异的铲斗。图图分别为反铲用铲斗的常用形式和基本形式。铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺栓连接式，如图所示。目前，对铲斗结构形式的研究还处于现场试验实验室试验或模型试验阶段，未建立起较系统的理论。将两只.容量而斗型不同的反铲斗装在液压挖掘机上进行对比试验，结果如表所示。由于砂的挖掘阻力较小，对铲斗设计的合理性反映不灵敏，所以这两种铲斗的试验结果差别不大。而对页岩作业效果就大不样，其中个铲斗的切削前缘中间略微凸出，不带侧齿，侧臂略呈凹形，这些因素使页岩挖掘阻力降低。另个铲斗的情况则相反。表反铲斗对比试验结果作业条件铲斗编号铲斗充满时间生产率效率在页岩中作业铲斗铲斗.在砂中作业铲斗铲斗.铲斗与铲斗液压缸的连接形式铲斗与铲斗液压缸的连接形式有四连杆和六连杆机构，如图所示。其中的四连杆机构是铲斗直接铰接于液压缸，使铲斗转角较小，工作力矩变化较大六连杆机构连接方式的优点是，在液压缸活塞杆行程相同的条件下，铲斗可获得较大转角，并改善机构的传动特性。图为直接连接，铲斗斗杆与铲斗液压缸组成四连杆机构。图中铲斗液压缸通过摇杆和连杆与铲斗相连，它们与斗杆起组成六连杆机构。图与类似，区别在于前者液压缸活塞杆端铰接于摇杆两端之间。比较选用结构。虽然六连杆中方式和在液压缸行程相同时，后者能得到更大的铲斗转角，但其铲斗挖掘力的平均值较小。铲斗液压缸般都只有个，因为传动比小，单油缸作用力足以保证斗齿所需作用力。液压缸参数的确定因为发动机功率为，所以液压功率为.，反铲挖掘力，所以采用动臂液压缸数为，斗杆缸转斗缸各为，缸径为，初选铲斗的设计图铲斗主参数示意图斗容量平均斗宽转斗挖掘半径和转斗挖掘装满角这里是铲斗的四个主要参数见图。及三者与之间有以下关系其中斗容量铲斗挖掘半径，单位铲斗斗宽，查表，取铲斗挖掘装满转角，般取，取.土壤松散系数，取近似值.把和代入上式，得铲斗上两个铰点与的间距太大将影响铲斗传动特性，太小则影响铲斗结构刚度，般取特性参数，取.,则铲斗的运动铲斗相对于坐标系的运动是和的函数，情况较复杂。现先讨论铲斗相对于斗杆的运动。图铲斗连杆机构传动比计算简图铲斗连杆机构的传动比当给定了液压挖掘机长度，由表原始参数及推导参数出发，利用几何关系可依次求得图中等值。铲斗液压缸对点的作用力臂为连杆对点作用力臂为连杆对点作用力臂为铲斗连杆机构的总传动比为显然是的元函数。用代入上式可得到初传动比，用代入上式则可得到终传动比。为了求最大传动比及其发生时的，在理论上可以取，解得，然后代入上式求得。铲斗相对于斗杆的摆角范围铲斗瞬时位置转角为当取和时可分别求得。于是得.动臂机构的设计由于已知根据经验公式计算法，参考表机体尺寸和工作尺寸经验系数得出最大挖掘半径最大挖掘深度最大卸载高度据统计，最大挖掘半径值般与的值很接近。因此由要求的，已知的和可按参考文献公式初选和式中最大挖掘半径，斗长度，动臂与斗杆长度比值，取.代入数据求得图最大挖掘半径时动臂机构计算简图如图所示，在三角形中,都可以根据经验初选出其中动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但降低了卸载高度，但太小对结构的强度不利，般取，取动臂转折处的长度比，般根据结构和液压缸铰点的位置来考虑，初步设计选取，取.在三角形中，已知.,根据参考文献公式得.动臂液压缸全伸和全缩时的力臂比已经计算出为,符合以铲斗为主的通用机的要求的取值对特性参数最大挖掘深度和最大挖掘高度有影响。加大会使减小或使增大，这符合反铲作业要求，因此基本作用反铲的小型机选取，有的甚至选取。以反铲为主的通用机取。正铲或装载装置要求或大些，则应减小，因此左右的正反铲通用机可取。本次设计取斗杆液压缸全缩时最大，常选取,本次设计中选取。在三角形中取决于液压缸的布置形式图。动臂双液压缸结构中这夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的铰点般置于动臂下翼缘附加耳座上在的下面，本次设计为动臂单液压缸，初定则图最大卸载高度时动臂机构计算简图由图得到的最大卸载高度的