（定稿）液压挖掘机工作装置设计及其运动分析（全套下载）

斗杆的结构设计斗杆的受力分析斗杆主要受到弯矩的作用，因此要找出斗杆中的最大弯矩进行设计计算。

根据受力分析和以往的实验表明，在铲斗进行挖掘时，产生最大弯矩的工况满足以下条件动臂处于最低位置。

即动臂油缸全缩。

斗杆油缸的力臂最大。

铲斗齿尖在动臂与斗杆铰点和斗杆与铲斗铰点的连线上。

侧齿挖掘时受到侧向力的作用。

在这个工况下斗杆会存在最大弯矩，受到的应力也会最大。

该工况的具体简图如图.所示。

取工作装置为研究对象，如图.所示。

在该工况下存在的力有工作装置各部件所受到的重力作用在铲斗上的挖掘阻力，包括切向阻力法向阻力侧向阻力。

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.斗杆危险工况时的工作装置简图连杆摇臂摇臂与斗杆的铰接点斗杆与铲斗的铰接点图.铲斗受力分析简图当动臂油缸全缩时，通过前面的章节可以得出，由图.可知的向量可以表示为由前面的章节计算结果知，并初选。

在中解得.在中在前章节已经初定为由以上的角度关系知.与需要满足以下条件将的值代入式式中得而满足两个经验条件，说明的取值是可行的。

至此，动臂机构的各主要基本参数已初步确定。

三动臂机构基本参数的校核动臂机构闭锁力的校核由第四章的计算可知，转斗的平均挖掘力由图知，最大挖掘深度时的挖掘阻力力矩式中，为点的轴坐标值将各参数代入式得.动臂油缸的闭锁力动臂油缸小腔的作用面积.最大挖掘深度工作装置自身重力所产生的力矩要求力矩，首先应该需要知道作用力和作用力臂。

在此处，则是先要求出工作装置各部分的重量，由经验统计，初步估计工作装置的各部分重量如下动臂斗杆铲斗斗杆缸铲斗缸连杆机构动臂缸图.最大挖掘深度计算简图当处于最大挖掘深度时由图.有动臂油缸的闭锁力与工作装置重力所产生的力矩对点的矩在式中说明动臂油缸的闭锁力与工作装置重力所产生的力矩略大于平均挖掘阻力力矩，满足工作要求。

满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核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为方便计算，现将工作装置划分为二个部分，动臂动臂液压缸和斗杆液压缸作为部分，该部分重量以表示表示其余的工作装置构件作为第二部分，重量以表示，于是有按经验公式取土的重量当处于最大挖掘半径时，工作装置简图如图.所示，则有动臂油缸的推力在如图.所示，在三角形中将各参数分别代入式和式得.则此时动臂油缸提升力矩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.最大卸载高度计算简图如图.所示，当斗杆油缸全缩，动臂油缸全伸时，连线处于垂直状态时，得最大卸载高度为水平面最大挖掘半径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.停机面最大挖掘半径计算简图如图.所示，当斗杆油缸全缩时，三点共线，且斗齿尖和铰点在同水平线上，即，得到最大挖掘半径为式中最大挖掘半径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最大挖掘半径时的工况是水平面最大挖掘半径工况下连线绕点转到水平面而成的。

通过两者的几何关系，我们可计算得到。

最大挖掘高度最大挖掘高度工况是最大卸载高度工况中铲斗绕点旋转直到铲斗油缸全缩而形成的。

具体分析方法和最大卸载高度工况的分析类似。

四挖掘阻力分析转斗挖掘阻力计算挖掘阻力可分为切向分力与法向分力，其中法向分力相对很小，般为在式中，切削阻力的切向分力土壤的硬度系数，对不同的土壤条件取值不同，这里设挖机用于Ⅲ级土壤的挖掘，取值为铲斗与斗杆铰点到斗齿尖距离，即转斗切削半径其在前面已经初步确定，取值为挖掘过程中铲斗总转角的半现初定总转角为，则挖掘位置处转斗的瞬时转角，切削刃宽度影响系数，切削角变化影响系数，取带有斗齿的系数，取.斗侧壁厚影响系数，.，其中为侧壁厚度，单位为。

初步设计时取.切削刃挤压土壤的力，根据经验统计和斗容量的大小选取.。

当时，出现转斗挖掘最大切向分力，其值为将各参数代入式得转斗平均挖掘阻力按平均挖掘深度下的阻力计算，平均切削厚度为平均挖掘阻力为将各参数代入上式得二斗杆挖掘阻力计算斗杆在挖掘过程中总转角般为，现取。

斗齿尖的行程实际上是斗杆转角所对应的弧长，根据经验公式有斗杆挖掘时切削半径，斗杆与动臂铰点至斗齿尖距离，单位斗杆挖掘时切削厚度按如下公式计算铲斗容量，铲斗切削宽度斗杆挖掘阻力计算公式如下式中为挖掘阻力比，由附表查得，对于Ⅲ级土取，对于，初步设计时取，将各参数代入式得取整为，斗杆挖掘阻力比转斗挖掘阻力要小些，这是由于斗杆挖掘行程较长，切削厚度较小的缘故。

五基本尺寸的确定斗形参数的确定斗容量在设计任务书中已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。

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