挖掘裝載機(jī)設(shè)計(jì)

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6.5t 懸掛式液壓挖掘裝載機(jī)反鏟挖掘工作裝置設(shè)計(jì)摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，提高理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，它的廣泛應(yīng)用對(duì)于減輕勞動(dòng)量，保證工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了巨大的作用。反鏟工作裝置由動(dòng)臂，斗桿，動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸組成。 關(guān)鍵詞：挖掘機(jī) 工作裝置ABSTRACTThe main purpose of the topic of design project for graduation is to be familiar with the general process of mechanical design and to enhance the comprehensive capacity of using theoretical and practical knowledge. Excavator is an important engineering machinery. Its wide application played a tremendous role to reducing the volume of labor and to ensuring project quality and to accelerating progress and to increasing productivity. Backhoe working devices is made up of a moving arm and a fighting pole and shovel and a hydraulic tank of moving arm and a hydraulic tank of fighting pole and a hydraulic tank of shovel. Key words: Excavator Working devices前 言單斗液壓挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用在房屋建筑，道路工程，水利建設(shè)，農(nóng)田開(kāi)發(fā)，港口建設(shè)，國(guó)防公事等的土方施工機(jī)械和礦山采掘工業(yè)中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起到巨大作用。單斗挖掘機(jī)分機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種。機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)已有一百多年歷史。近一二十年來(lái)，隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)在工程機(jī)械上的廣泛應(yīng)用，單斗液壓挖掘機(jī)有了迅速發(fā)展，在中小型單斗挖掘機(jī)中，液壓挖掘機(jī)幾乎取代了機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)，大型單斗液壓挖掘機(jī)也應(yīng)用日廣，這是由于液壓挖掘機(jī)具有重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，挖掘力大，傳動(dòng)平穩(wěn)，操縱簡(jiǎn)便，以及容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。是目前挖掘機(jī)中重要的品種。它的作業(yè)過(guò)程是以鏟斗的切削刃（通常裝有斗齒）切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，都裝滿后提升，回轉(zhuǎn)至卸土位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械位移以便繼續(xù)工作，因此，是一種周期作業(yè)的咨詢式土方機(jī)械。按行走裝置的不同，液壓挖掘機(jī)分為履帶式，輪胎式，汽車(chē)式，懸掛式及托式等種類。汽車(chē)式，懸掛式是以汽車(chē)及拖拉機(jī)為基礎(chǔ)機(jī)械（底盤(pán)）裝設(shè)挖掘或裝載工作裝置的小型挖掘機(jī)。按回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)角的不同，液壓挖掘機(jī)有全回轉(zhuǎn)和半回轉(zhuǎn)兩類。大部分液壓挖掘機(jī)是全回轉(zhuǎn)式的，小型液壓挖掘機(jī)如懸掛式等工作裝置僅能作 180°左右的回轉(zhuǎn)，為半回轉(zhuǎn)式。由于我的水平有限，對(duì)單斗液壓挖掘機(jī)的研究不夠深入，說(shuō)明書(shū)中難免存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇切地希望老師批評(píng)指正。目 錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) ………………………………………………………………………6第二章 工作裝置總體方案的選擇 ………………………………………………7第一節(jié) 工作裝置選擇總原則…………………………………………………7第二節(jié) 動(dòng)臂和斗桿總體方案的選擇 ………………………………………8第三節(jié) 鏟斗總體方案的選擇…………………………………………………9第三章 工作裝置的主要參數(shù)選擇及驗(yàn)算………………………………………10第一節(jié) 反鏟工作裝置自身幾何參數(shù)…………………………………………10第二節(jié) 斗型參數(shù)的選擇 ………………………………………………………11第三節(jié) 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇……………………………………………………12第四節(jié) 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇……………………………………………………17第五節(jié) 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇……………………………………………………19第六節(jié) 各主要工作尺寸驗(yàn)算…………………………………………………20第四章 工作裝置各部件運(yùn)動(dòng)及受力分析………………………………………23第一節(jié) 動(dòng)臂液壓缸的作用力計(jì)算……………………………………………23第二節(jié) 液壓缸的閉鎖壓力計(jì)算………………………………………………25第五章 斗桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 …………………………………………34第一節(jié) 斗桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………34第二節(jié) 斗桿機(jī)構(gòu)的校核………………………………………………………41第六章 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核……………………………………………48第一節(jié) 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………48第二節(jié) 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的校核 ………………………………………………………53第七章 其他重要部件的計(jì)算及校核 ……………………………………………60第一節(jié) 銷(xiāo)的強(qiáng)度計(jì)算及校核 ………………………………………………60 第二節(jié) 搖桿和連桿的強(qiáng)度計(jì)算及校核 ……………………………………61第三節(jié) 鏟斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………63參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………65致謝………………………………………………………………………………………… 66第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：6.5t 懸掛式液壓挖掘裝載機(jī)反鏟挖掘工作裝置設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容：1、工作裝置機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)2、各主要工作尺寸驗(yàn)算3、工作裝置各部件運(yùn)動(dòng)及受力分析、工作裝置挖掘性能分析4、各液壓缸閉鎖力驗(yàn)算5、動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6、動(dòng)臂、斗桿強(qiáng)度校核研究方法：采用靜力學(xué)原理和機(jī)構(gòu)幾何學(xué)原理，對(duì)挖掘工作裝置進(jìn)行應(yīng)用研究。原始參數(shù)：表 1-1 原始參數(shù)表 名 稱 值 名 稱 值整機(jī)重 6.5t 最大挖掘深度 4.0m斗容量 0.2 m3 最大挖掘半徑 5.5m發(fā)動(dòng)機(jī)功率 18KW 最大卸載高度 3.0m液壓系統(tǒng)壓力 14MPa技術(shù)指標(biāo)：對(duì)工作裝置的參數(shù)和幾何構(gòu)進(jìn)行研究；對(duì)液壓缸閉鎖力進(jìn)行驗(yàn)算，采用合適的方法調(diào)整使其達(dá)到要求；主要工作尺寸誤差不得大 3%；對(duì)動(dòng)臂、斗桿進(jìn)行強(qiáng)度校核，應(yīng)滿足。第二章 工作裝置總體方案的選擇第一節(jié) 工作裝置選擇總原則設(shè)計(jì)合理工作裝置應(yīng)滿足以下要求：1. 主要工作尺寸及工作范圍滿足使用要求。在設(shè)計(jì)反鏟裝置時(shí)要考慮與同類型機(jī)器相比的先進(jìn)性，考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到運(yùn)動(dòng)參數(shù)受機(jī)構(gòu)碰撞限制等的可能性。2. 整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并且有一定的先進(jìn)性。3. 功率利用盡可能好，理論工作循環(huán)時(shí)間盡可能短。4. 定鉸點(diǎn)布置結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸形狀是盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度，剛度和連結(jié)剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。5. 作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性，采用變鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)或配套機(jī)構(gòu)時(shí)，要注意分清主次。要滿足使用要求的前提下，力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換裝方便。6. 運(yùn)輸或停放時(shí)，工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。7. 工作裝置液壓缸應(yīng)考慮三化：采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件。8. 工作裝置結(jié)構(gòu)形式和布置要便于裝卸和維修，尤其應(yīng)便于易損件的更換。9. 要采取合理措施來(lái)滿足特殊使用要求。第二節(jié) 動(dòng)臂和斗桿總體方案的選擇動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往取決于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動(dòng)臂可分為整體式和組合式兩類。整體式動(dòng)臂有直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂兩種。直動(dòng)臂構(gòu)造簡(jiǎn)單，輕巧，布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī)。整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。動(dòng)臂液壓缸的布置方案如圖 2—1 所示，動(dòng)臂液壓缸裝于動(dòng)臂的上方或后方，稱為“懸掛式液壓缸” 。這個(gè)方案的特點(diǎn)是動(dòng)臂下降幅度較大，在挖掘時(shí)，尤其在挖掘深度較大時(shí)動(dòng)臂液壓缸往往處于受壓狀態(tài)，閉鎖能力較強(qiáng)。盡管在動(dòng)臂提升時(shí)液壓缸小腔進(jìn)油，提升力矩一般尚夠用，提升速度也較快。圖 2—1 動(dòng)臂液壓缸的布置方案為了統(tǒng)一缸徑和液壓缸的閉鎖能力，雙動(dòng)臂液壓缸的方案采用漸多。有些懸掛式動(dòng)臂液壓缸布置時(shí)考慮到不破壞動(dòng)臂箱型截面，且不與斗桿液壓缸碰撞，也采用雙缸，斗桿液壓缸一般只用一個(gè)。但大多數(shù)動(dòng)臂液壓缸還是采用單缸。本設(shè)計(jì)采用在上方布置的單動(dòng)臂液壓缸。第三節(jié) 鏟斗總體方案的選擇鏟斗與鏟斗液壓缸的連接有三種形式，如圖 2—2 所示，其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同。圖 a 為直接連接，鏟斗，斗桿與液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu)。圖 b 中鏟斗液壓缸通過(guò)搖桿 1 和連桿 2 與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu)。圖 d 與圖 b 類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端鉸接于搖桿兩端之間，圖 c 的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比與 b 差不多，但鏟斗擺角位置向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。圖 2—2 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。六連桿中方式 b 和 d 在液壓缸行程相同時(shí)，后者能得到更大的鏟斗轉(zhuǎn)角。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。鏟斗液壓缸一般用一個(gè)，因傳動(dòng)比小，單液壓缸作用力足以保證斗齒所需的挖掘力。本設(shè)計(jì)采用共點(diǎn)六連桿，如圖 b?？傮w方案如圖 2—1。第 3 章 工作裝置的主要參數(shù)選擇及驗(yàn)算第一節(jié) 反鏟工作裝置自身幾何參數(shù)第一類參數(shù)是決定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的必要參數(shù)，稱原始參數(shù)，主要為長(zhǎng)度參數(shù)；第二類參數(shù)為推導(dǎo)出來(lái)的參數(shù)，稱推導(dǎo)參數(shù)；第三類參數(shù)是作方案比較所需的其它特征參數(shù)。表 3-1 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù) 機(jī)構(gòu)參數(shù)組成鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 機(jī)體參數(shù)分類 符號(hào)意義原始參數(shù)L3=QV， L 2=MHL13=MN，L 14=HNL24=QK，L 25=KVL2=KHL2=FQ，L 9=CDL10=FG，L 11=EGL15=GN，L 16=FNL21=NGL1=CF，L 6=CDL7=CB，L 8=DFL22=BF.L4=CP， L5=CAL17=CI，L 19=CTL30=CS，L 38=JTL39=JI推導(dǎo)參數(shù)α 9=∠NMH，α 10=∠ KQVα 4=∠EFG，α 5=∠GNFα 6=∠GFNα 7=∠NQFα 8=∠NFQα 2=∠BCFα 3=∠DFCα 11=∠CAPα 12=∠TCPK5=L2/L9， L 2 K3=L42/L41，L1α 1=∠CEFσ=L 7/L5特性參數(shù)K2=L24/L3， L 3K1=L1/L2α 11備注L2為斗桿長(zhǎng) L1為動(dòng)臂長(zhǎng)α 1為動(dòng)臂轉(zhuǎn)角懸掛式α 11=∠ACVGACBDHEEFF反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖反鏟工作液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù) 參數(shù)意義瞬 時(shí) 力 臂瞬 時(shí) 長(zhǎng) 度 全 縮 力 臂全 縮 長(zhǎng) 度 全 伸 力全 伸 長(zhǎng) 度特性參數(shù)液壓缸種類參數(shù)符號(hào)動(dòng)臂液壓缸 L1/E1 L1min/E10 L1max/E1z =L1max/L1min?斗桿液壓缸 L2/E2 L2min/E20 L2max/E2z =L2max/L2min鏟斗液壓缸 L3/E3 L3min/E30 L3max/E3z =L3max/L3min第二節(jié) 斗型參數(shù)的選擇斗容量 q，平均斗寬 B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑 R 和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角 （令 =?2max）?是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。R,B 及 三者與 q 之間有以下幾何關(guān)系?2??SKBRq?sin21??（3—1）式中 —標(biāo)準(zhǔn)斗容量即堆尖斗容， ；32.0mq?—平均斗寬，查表 2—61，選取 ；BmR750?—轉(zhuǎn)斗挖掘半徑；R—土壤松散系數(shù)，取 1.25；sK—挖掘裝滿角，全面考慮有關(guān)因素，可以取 =90o～100 o，取?2 ?22 =96o。將以上各值代入式(3—1) ，計(jì)算得 。mR8079??鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn) K 和 Q 的間距 太大將影響鏟斗機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，太小24l則影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度，一般取特性參數(shù) 。取38.0~324?QVKl。375.02?K則 30875.0. ??V一般地，取 ，取??191～KQ????10?第三節(jié) 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，即特性參數(shù) 。對(duì)于一定的工作尺寸21lK?而言，動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比可以在很大的范圍內(nèi)選擇。由樣機(jī)，初選 。46.1?K據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑 值一般與 的和值很接近。因此由要求1R321ll?的 ，已定的 和 可按下列近似經(jīng)驗(yàn)公式初選 和 ：1R3l1K212ll???(3—2)由原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為 ，mR501?mRl803?代入公式（3—2）得 =1810mm， =2610mm。2ll1 參考文獻(xiàn)[1]75 頁(yè)動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 按不同情況選取，以反鏟為主的通4K用挖掘機(jī)要適當(dāng)顧及其他換用裝置要求在地面以上作業(yè)時(shí)有足夠的提升力矩可取 =0.8~1.1。4K初選 =0.9。的取值對(duì)參數(shù)特性 ，最大挖掘深度 有影響。加大 會(huì)使1?4Kmax1H1?減小或使 增大，這正符合反鏟作業(yè)要求。因此基本用作反鏟的小型機(jī)4max1H取 ＞60°，有的甚至取 ＞80°。初選 =80°。1 1?1?根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力，流量，系統(tǒng)回路，供油方式，工廠制造條件和三化的要求等確定液壓缸的伸縮比 λ。增大液壓缸伸縮比 可以增大動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角 ，但1?max?由于受油缸穩(wěn)定性的限制， 一般取 1.6~1.7。初選動(dòng)臂液壓缸的伸縮比1?=1.67。1?由機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表 2及線尺寸參數(shù)公式： ）（ mGkLlii3?（3—3）由公式（3—3）可得 =AC=560mm 如圖 3—1。5l圖 3—1 AC 計(jì)算簡(jiǎn)圖2 參考文獻(xiàn)[1]47 頁(yè)動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸鉸點(diǎn)的幾何關(guān)系可按圖 3—2 用公式表達(dá)：由樣機(jī)，初選無(wú)因次比例系數(shù) ρ=0.5，則由 可得 =1120mm,min15Ll??in1mL187026.min1ax1 ????動(dòng)臂在上極限位置時(shí)由△ 得CAB?cos755in122ll??（3—4）常 數(shù)??75min172cos2lLl?令 p（3—5）圖 3—2 動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸鉸點(diǎn)位置的幾何關(guān)系由樣機(jī)，初選無(wú)因次比例系數(shù) ρ=0.5，則由 可得 =1120mm,min15Ll??in1mL18706.min1ax1 ????動(dòng)臂在上極限位置時(shí)由△ 得CAB?cos2755in12ll??（3—4）常 數(shù)??75min17cos22lLl?令 p（3—5）動(dòng)臂在下極限位置時(shí)由△ 得CAB?cos2755max12llL???（3—6） 常 數(shù)?75max17cos22lLl?令 M?（3—7）又由△ 得 1CAB??sinim15Ll ??sinsim15Ll??由△ 得 ??isiax15l???iiax15l于是動(dòng)臂在上，下極限位置時(shí)液壓缸作用力臂相應(yīng)為 2min157min1577ssi pLlllez ???????2ax157ax15770i Mlll ??????力臂比 =0.9 22min1ax04 1pLpeKz ????（3—8）取無(wú)因次比例系數(shù) ， ，把它們代入式（3—5）和式（3—7） ，min15l?min17Ll?得出??2???p ???2???M（3—9）將式（3—9）代入式（3—8）得 4.1??由式（3—9） （3—6） （3—7）得 ml5687從△ 和△ 中可以看到 之間的關(guān)系：CAB1??，，＞ ；.????.?＜1。符合要求90?大于 ，此時(shí) ＞ 。懸掛式動(dòng)臂連接方案即屬于此類。7l5由式（3—4）和（3—6）得??????????0 864.015602282cos275min17?lLl?14 1.87s 2222275ax17?ll顯然，動(dòng)臂的擺角為 ???4??斗桿液壓缸全縮時(shí) 最大，常選 。832?CFQ??????180~6max832?初選 。????170max832?當(dāng)懸掛式動(dòng)臂液壓缸全縮，斗桿液壓缸全縮，QV 連線處于垂直狀態(tài)時(shí)可以得到最大卸載高度狀態(tài)，如圖 3—3。由圖知最大卸載高度的表達(dá)式為：??30218min1ax32inmax 8sinslllYcH????????（3—10）初選 ，則?01mBFl ll346643.015822cos271222????????圖 3—3 最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖由正弦定理得， ，因此21sini?ll? ??????271802319?，將以上所得代入式（3—10）可得mYc780?當(dāng)懸掛式動(dòng)臂液壓缸全伸，F(xiàn)QV 三點(diǎn)同直線并處于垂直狀態(tài)時(shí)可以得到最大挖掘深度狀態(tài)，如圖 3—4。由圖知最大挖掘深度的表達(dá)式為：??符 合 要 求 小 于????? ???????%3,5.104390 780)21409sin(2618max113max?YcllH??圖 3—4 最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖第四節(jié) 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇確定斗桿液壓缸的鉸點(diǎn)位置，行程及力臂比時(shí)應(yīng)考慮以下因素：A.保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。一般來(lái)說(shuō)希望液壓缸在全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力始終大于正常挖掘阻力；液壓缸全伸時(shí)的作用力矩應(yīng)足以支承滿載斗和斗桿靜止不動(dòng)；液壓缸作用力臂最大時(shí)產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘阻力。B.保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。對(duì)于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鞯闹行⌒头寸P，選擇斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓缸的挖掘力能得到充分的發(fā)揮。C.保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍大致在 105°~125°之間。在滿足工作范圍和運(yùn)輸要求的前提下此值應(yīng)盡可能取的小些。一般說(shuō)斗桿愈長(zhǎng)，其擺角范圍也可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前臂與動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于 10cm。斗桿上 的大小取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍一般在EFQ?之間。??170~3本設(shè)計(jì)取 。?4?參考國(guó)內(nèi)同類機(jī)型機(jī)器斗桿挖掘力值 ，按要求的最大挖掘力KNPG40max?確定斗桿液壓缸的最大作用力臂 。初選斗桿液壓缸缸筒內(nèi)徑為 140mm，桿徑9l為 80mm，伸縮比 ?？刹榈?，液壓缸的推力為 215.46KN，拉力為67.12??145.04KN。??23max9max2PlleG??（3—11）則 mle5.486.150849max2 ????????斗桿的擺角在 之間，取??2~?10ax2?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)。0ememax2?設(shè) ，則ze20?2coscsmax9axmax2 ?l可見(jiàn) 已定時(shí) 愈大， 和 就愈小。如圖 3—5 所示，平均挖掘力也就越9lax20ez小。圖 3—5 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖由圖 3—5，取 ，求得ze20?=1185mm，則 1978.5mm1sin2max9min???ll ?max2lcosax29min292in8 ?????lll(3—12)將所得結(jié)果代入式(3—12)得 ml1608?挖掘機(jī)在最大卸載高度處，斗桿液壓缸全縮,此時(shí) ???????????251704253609.cos98min22 CFQEFDDCEFlLl第五節(jié) 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇作機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇時(shí)，已知 ?????? 10,180,30,80 102243 KQVmFQlmKlQVl ?待選的參數(shù)還有 7 個(gè)（見(jiàn)圖 3—6）即。等以 及 min3,ax2112131510 ,,,, LNQlMKllGNlFl ???圖 3—6 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇如前所述，鏟斗在挖掘過(guò)程中的轉(zhuǎn)角大致為 90°~100°，為了要滿足開(kāi)挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150°~180°，本設(shè)計(jì)初選 。??160max3?如圖 3—7 所示，設(shè) 時(shí)斗齒尖為 ，則 肯能在 FQ 延長(zhǎng)線上，或者min3Ll 0V0在其上側(cè)的 0°~30°處，本設(shè)計(jì)初選 在其上側(cè) 15°處，此時(shí) 為仰角。10QV?圖 3—7 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇要求鏟斗液壓缸伸縮比應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)，對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)可取 。65.1~43??本設(shè)計(jì)初選 。46.13??由圖得， =517mm，即轉(zhuǎn)斗液壓缸的行程。則SM??mLmLS35201746.0ax3in3 inini3ax?????則可測(cè)的 。76???GFQ，由結(jié)構(gòu)確定 G 點(diǎn)位置，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在 全行程中任一瞬時(shí)都不會(huì)3l被破壞，即保證 在任何瞬時(shí)都成立。 全行程中機(jī)構(gòu)都不應(yīng)出現(xiàn)NM?,死點(diǎn)，且傳動(dòng)角應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。在任何瞬間各構(gòu)件之間都不應(yīng)有干涉，碰撞現(xiàn)象。 符 合 要 求 。????GlMN3?第六節(jié) 各主要工作尺寸驗(yàn)算整個(gè)工作裝置，幾何尺寸確定以后，應(yīng)校核最大挖掘深度，最大卸載高度及最大挖掘半徑。最大挖掘深度：如圖 3—4 所示??符 合 要 求 小 于????? ???????%3,5.104390 780)2109sin(2618max113max?YcllH??最大卸載高度：如圖 3—5 所示??30218min1ax32inmax 8sinslllYcH????????0307i18640???符合要求。最大挖掘半徑：如圖 3—8 所示圖 3—8 最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖在 中，根據(jù)余弦定理CFQ?符 合 要 求 。 ，誤 差 小 于即???????????????%3%36.015025248401026817cosmax 22?mRXQVCCQFFc第四章 工作裝置各部件運(yùn)動(dòng)及受力分析第 1 節(jié) 動(dòng)臂液壓缸的作用力計(jì)算動(dòng)臂液壓缸應(yīng)保證反鏟作業(yè)過(guò)程中在任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的工作裝置達(dá)到最高和最遠(yuǎn)的位置。可選用三個(gè)計(jì)算位置：1.從最大挖掘深度處提起滿載斗（圖 4—1 a）2.最大挖掘半徑時(shí)舉起滿載斗（圖 4—1 b）3.最大卸載高度時(shí)提起滿載斗（圖 4—1 c）根據(jù)斗容量查課本表 2-7 確定工作裝置各部分重量：表 4-1 反鏟裝置的構(gòu)造近似質(zhì)量表 斗容 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸3m??tG1t2??tG3t4??tG5t6??tG70.2 0.223 0.179 0.086 0.055 0.051 0.017 0.055tqtt 34.027.1.,)8~6(???初 選斗 內(nèi) 土 重1.從最大挖掘深度處提起滿載斗表 4-2 最大挖掘深度處各重量的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂tr12r3r4r56r7r1e1703 1253 2163 1873 1613 2323 2093 743 429由 有：0?cM0654321 ????trGrGrreP KNtet 8.3.1???圖 4—1 動(dòng)臂液壓缸的作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖2.從最大挖掘半徑處提起滿載斗表 4-3 最大挖掘半徑處各重量的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂tr12r3r4r56r7r1e4050 1200 3010 4340 1540 3830 4540 490 542由 有：0?cM0654321 ????trGrGrreP KNtet54.1???3.從最大卸載高度處提起滿載斗表 4-4 最大卸載高度處各重量的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂tr12r3r4r56r7r1e3953 773 2393 4153 943 3043 4063 193 403由 有：0?cM0654321 ????trGrGrreP KNtet64.1???第 2 節(jié) 液壓缸的閉鎖壓力計(jì)算確定合理的液壓缸閉鎖能力是保證挖掘力得到充分發(fā)揮的條件之一。在挖掘范圍內(nèi)當(dāng)工作裝置處于不同位置時(shí)各液壓缸所受到的被動(dòng)作用力值也不同，要全面地確定各位置下的液壓缸被動(dòng)作用力，既很繁瑣，又無(wú)必要。一般常選定幾個(gè)反鏟作業(yè)主要工況作為計(jì)算位置來(lái)計(jì)算各液壓缸應(yīng)有的閉鎖力，使之在該工況下不發(fā)生液壓缸被動(dòng)回縮或伸長(zhǎng)的現(xiàn)象，從而保證了工作液壓缸作用力的發(fā)揮。根據(jù)廣州偉基機(jī)械有限公司的《液壓油缸標(biāo)準(zhǔn)系列目錄》初選動(dòng)臂液壓缸一支，缸徑 140mm，桿徑 80mm。則動(dòng)臂液壓缸大腔推力246.2KN，動(dòng)臂液壓缸小腔推力 165.8KN，初選斗桿液壓缸一支，缸徑 100mm，桿徑 50mm。則斗桿液壓缸大腔推力125.6KN，斗桿液壓缸小腔推力 94.2KN，初選鏟斗液壓缸一支，缸徑 100mm，桿徑 50mm。則鏟斗液壓缸大腔推力125.6KN，鏟斗液壓缸小腔推力 94.2KN，為確定各液壓缸的閉鎖壓力，選用以下三個(gè)計(jì)算位置：1.動(dòng)臂處于最低位置，斗桿呈垂直狀態(tài)，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂為最大（圖 4—2） 。因此鏟斗液壓缸產(chǎn)生的挖掘力為最大，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn) C，斗桿鉸點(diǎn)F 所造成的力矩均接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小。表 4-5 第一種工況時(shí)各作用力的近似力臂值表（mm） 1r23r56r78r101r314r81e2233 269 215 127 174 1487 1677 1873 2000 1233 3927 253 429 418轉(zhuǎn)斗液壓缸挖掘力 可通過(guò)對(duì) Q 點(diǎn)的力矩平衡方程求得：1WKNlrGP5.29801276.80623.13523????從可能出現(xiàn)的最不利的情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取 kNW9.5212?各力對(duì) F 點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力 ＇2PKNerGrWP12841817402.1706.709.54705.9 4332623871'2? ????????圖 4—2 第一種工況液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖其中， —斗桿，轉(zhuǎn)斗液壓缸及連桿機(jī)構(gòu)總重2Gt247.01.05.179.???＇使斗桿液壓缸受壓縮（液壓缸的大腔為高壓腔） 。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力2P等于液壓缸的工作壓力，則大腔的閉鎖力等于其作用力 125.6KN，而小于 ＇2P=128KN，顯然液壓缸會(huì)回縮。為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比為： %9.106.12582 ?????P同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn) C 取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力 ＇1PKNerGrWr7.249 429 230.20147.018306.39271.53105. 410428'? ?????????＇使動(dòng)臂液壓缸受壓縮（液壓缸的大腔為高壓腔） 。假設(shè)此時(shí)限壓閥調(diào)定壓力1P等于液壓缸的工作壓力，則大腔的閉鎖力等于其作用力 246.2KN，而小于 ＇1P=249.7KN，顯然液壓缸會(huì)回縮。為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比為： %4.102.46791 ?????P2.動(dòng)臂處于最低位置，斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) F，斗與斗桿鉸點(diǎn) Q，斗齒尖 V 三點(diǎn)共線，斗桿挖掘，其作用力臂最大（圖 4—3） 。這種情況下斗桿液壓缸產(chǎn)生最大挖掘力，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn) C 的力矩接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小。表 4-6 第二種工況時(shí)各作用力的近似力臂值表（mm） 1r23r45r67r101r314r81e2248 282 300 133 448 318 2620 2448 2268 1233 1676 4621 429 480同理，對(duì) F 點(diǎn)取矩得kNrGePW6.226048106.38147.810.5375362? ??????