（全套CAD）挖掘机工作机构的设计（终稿）

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，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。

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。

.动臂及斗杆的结构形式动臂采用整体式弯动臂，这种结构形式在中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。

.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，其应满足以下的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。

挖掘机，工作，机构，设计，优秀，优良，工程机械十图纸摘要本文设计的是种挖掘机的挖掘装置，在为工业民用上有特殊用途的挖掘装载机，它可以用于煤矿井下狭小空间清理装载运输等工作，也可以用于冶金矿山隧道建设等场合的挖掘装载工作。

在本设计中，通过对国内外现有技术的了解和分析，利用任务书上所给定的挖掘机铲斗额定装载载荷，先计算出铲斗的斗容，而后选用标准容量铲斗，根据所选出的标准铲斗，计算出挖掘机的最大铲取阻力最大卸载高度最小卸载距离等些设计所必需用到的量。

通过对工作机构上九个铰接点位置的确定来设计出动臂的模型及动臂上各点的受力，然后计算出举臂油缸和转斗油缸的内径活塞杆的杆径，选出标准的液压缸。

关键词铲斗液压缸动臂挖掘机绪论.课题背景及目的.挖掘机发展简史.挖掘机的基本类型.国内外研究状况.论文构成及研究内容总体方案设计.工作装置构成.动臂及斗杆的结构形式.铲斗的结构选择.液压挖掘机工矿分析.液压挖掘机工作装置设计要求.液压挖掘机工作装置的设计原则工作装置运动学分析.动臂运动分析.斗杆的运动分析.铲斗的运动分析.特殊工作位置计算反铲装置的设计.挖掘装载机工作装置典型工况分析确定.挖掘装载机工作装置的基本参数的选择.油缸基本参数的选择和计算挖掘装置受力计算和强度计算.挖掘阻力的计算铲斗挖掘阻力的计算斗杆挖掘阻力计算.工作液压缸的理论挖掘力铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力.整机理论挖掘力铲斗挖掘总结致谢参考文献绪论.课题背景及目的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。

而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，巩固所学的知识和提高设计能力。

.挖掘机发展简史第台手动挖掘机问世至今已有多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动半回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机应用机电液体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。

由于液压技术的应用，世纪年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，世纪年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和腰带式全液压挖掘机。

初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。

从世纪年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产旦猛增。

年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的，目前已接近。

挖掘机的基本类型液压挖掘机也和机械式挖掘机样，由工作装置回转装置和行走装置等三大部分组成。

所以，我们可以从这三大部件的结构特点功能和通用范围等方面来区分它的类型。

式在三角形中式在四边形式，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。

.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，得最大挖掘深度为式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，得最大卸载高度为式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式中式最大挖掘半径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。

反铲装置的设计.挖掘装载机工作装置典型工况分析确定挖掘装载机的反铲装置实质是组平面连杆机构，其结构特点是个部件均采用铰销连接，通过液压缸的伸缩运动来完成挖掘过程的各种作业动作。

动臂小铰点与车架铰接，由动臂液压缸支撑并改变动臂倾角，使动臂绕下铰点转动，达到动臂的升或降。

斗杆铰接在动臂上端点，斗杆与动臂的相对位置由斗杆缸控制。

铲斗铰接在斗杆前端点，铲点缸活塞伸缩即可使铲都绕斗杆杆端部伸缩。

图挖掘装载机反铲工作装置结构简图反铲挖掘装置主要挖掘停机面以下的土壤，挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及相互配合的情况。

通常采用动臂油缸挖掘斗杆油缸挖掘铲斗油缸挖掘等作业方式。

铲斗油缸挖掘以铲斗油缸工作进行挖掘，挖掘轨迹则以铲斗与斗杆的铰点为中心，该铰点至斗齿尖的距离为半径所做的圆弧线的包角铲斗的转角及弧长决定与铲斗液压缸的行程。

以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时能够装满土壤，需要有较大的挖掘力保证能够挖掘厚度的土壤。

所以，般挖掘机构的斗齿最大挖掘力在采用铲斗缸挖掘时杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。

为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。

卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，兼有动臂动作。

空斗返回工况当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。

此工况是回转马达动臂和斗杆复合动作。

由于动臂下降有重力作用，压力低变量泵流量大下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为个油泵的全部流量供回转马达，另油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆。

发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。

特点与满载回转类似，但转动惯量比满足时减小。

整机移动工况挖掘机般不作长距离行走，只在工地范围行走，作业时用来调整整机位置。

基本要求左右履带可独立操纵，可调速，具有直线行走功能，具有定的行走速度和爬坡能力坡度大约在左右，具有制动能力。

在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件如回转机构动臂斗杆和铲斗进行调整。

在双泵系统中，个油泵为左行走马达供油另个油泵为右行走马达供油，此时如果液压元件动作，使油泵分流供油，就会造成侧行走速度降低，影响直线行驶性，特别是当挖掘机进行装车运输或上下卡车行走时，行驶偏斜会造成事故。

为了保证挖掘机的直线行驶性，在三泵供油系统中，左右行走马达分别由个油泵单独供油，另个油泵向其它液压作用元件如动臂斗杆铲斗和回转供油。

对于双泵系统，目前采用以下供油方式个油泵并联向左右行走马达供油，另个油泵向其他液压作用元件供油，其多余的油液通过单向阀向行走马达供油双泵合流并联向左右行走马达和作业装置液压作用元件同时供油。

姿态调整与保持工况液压挖掘机工作装置及其他功能运动的制动与锁定，要满足接地比压要求，并保证合适的停放运输尺寸姿态及其特殊的检查姿态，图挖掘机姿态调整保持工况图.液压挖掘机工作装置设计要求液压挖掘机工作装置由动臂机构斗杆机构铲斗机构三部分组成，是种具有多自由度的工程机械。

这些主要机构经常启动制动换向，外负载变化很大，工作条件恶劣，冲击和振动多，因此对液压挖掘机的工作装置提出了较高的设计要求。

根据液压挖掘机的工作特点，其工作装置的设计需要满足以下要求。

几何尺寸要求液压挖掘机工作装置的几何尺寸要求满足定的作业范围和合适的运输尺寸，挖掘机作业范围图如图，几何尺寸之间要求不要干扰。

图挖掘机作业范围主要挖掘区域最大挖掘半径最大挖掘深度工作装置的几何尺寸要求满足合理的挖掘力分布特性，在整个作业范围内的任何位置都要求实现最大挖掘力并不经济，而要求挖掘机在主要挖掘区内能实现最大挖掘力。

主要挖掘区是指用最合理最经常的挖掘方式，最经常进行挖掘的区域。

对液压挖掘机来说最合理最经常的挖掘方式是指挖掘地面以下，由下向上，向机身运动的挖掘方式，用这种方式挖掘充斗效率高，循环时间短，也便于卸土，装车，司机视野无阻，因此生产率高而又安全。

最经常的挖掘区域大致为图的灰色部分。

作业范围图如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