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設(shè)計(jì)課題 微型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì) 輔導(dǎo)老師 薛家國(guó)設(shè)計(jì)人 汪利兵 一 緒論 挖掘機(jī)械包括各種類型和功能的挖掘機(jī) 有單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī)兩類 其共同特點(diǎn)是鏟斗按照一定順序 間歇或連續(xù)地進(jìn)行挖掘 裝載 卸載和整機(jī)移動(dòng) 由于機(jī)械具有許多優(yōu)點(diǎn) 在土方施工中得到廣泛應(yīng)用 單斗挖掘機(jī)是一種利用單個(gè)鏟斗挖掘或裝載土壤或石塊的機(jī)械 廣泛應(yīng)用在建筑施工 筑路工程 水電建設(shè) 港口工程 農(nóng)田改造 國(guó)防工事的土方施工和露天礦場(chǎng)的采掘作業(yè)中 對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng) 加快施工速度 實(shí)現(xiàn)土方工程機(jī)械化 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了很大的作用 我設(shè)計(jì)的是一種微型單斗挖掘機(jī) 該挖掘機(jī)可用于煤礦井下狹小空間的清理 裝載 運(yùn)輸工作 也可以用冶金 礦山 隧道建設(shè)等場(chǎng)合的工作 這類挖掘機(jī)的工作效率約為人工的6倍以上 使用這類挖掘機(jī)進(jìn)行清理 運(yùn)輸可為煤礦的安全生產(chǎn)提供有利的保障 本設(shè)計(jì)包括挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置 行走裝置 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 以工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算為重點(diǎn) 設(shè)計(jì)的程序和過程如正文所示 二 設(shè)計(jì)方案論證 1 行走裝置的選擇 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)行走裝置可分為履帶式和輪胎式兩大類 履帶式行走裝置牽引力大 接地比壓小 因而越野性能好 爬坡能力大 且轉(zhuǎn)彎半徑小 機(jī)動(dòng)靈活 獲得廣泛應(yīng)用 但運(yùn)行和轉(zhuǎn)彎時(shí)功率消耗大 零件磨損快 履帶板醫(yī)損路面 故一般僅作場(chǎng)地內(nèi)部運(yùn)行 長(zhǎng)距離運(yùn)行時(shí)需借助其它車輛 輪胎式行走裝置運(yùn)行速度快 機(jī)動(dòng)性能好 運(yùn)行式輪胎不損壞路面 因而在城市建設(shè)中很受歡迎 缺點(diǎn)是接地比壓大 爬坡能力小 挖掘作業(yè)時(shí)一般需要專門支腿以確保機(jī)身穩(wěn)定 運(yùn)行時(shí)要受橋梁的容許負(fù)荷限制 目前還限于斗容1立方米以下的挖掘機(jī)采用 因本人設(shè)計(jì)的是一種微型挖掘機(jī) 故綜觀兩種行走裝置的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 應(yīng)采用履帶式行走裝置 2 工作機(jī)構(gòu)類型的選擇 綜合國(guó)內(nèi)外履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的形式 主要有7種類型的連桿機(jī)構(gòu) 按構(gòu)件數(shù)不同可分為三桿 四桿 五桿 六桿 八桿連桿機(jī)構(gòu) 按輸入和輸出桿是否相同 又可分為正轉(zhuǎn) 同向 和反轉(zhuǎn) 反向 連桿機(jī)構(gòu) 1 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 2 轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿結(jié)構(gòu) 3 轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 4 轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 5 正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 6 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 7 動(dòng)臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu) 反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)能比較全面地滿足轉(zhuǎn)載工作要求 所以我所設(shè)計(jì)的微型挖掘機(jī)就采用了這種工作機(jī)構(gòu) 三 設(shè)計(jì)計(jì)算部分 1 回轉(zhuǎn)裝置回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái) 回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成 如圖所示 1 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承由內(nèi) 外座圈 滾動(dòng)體 隔離體 密封裝置 潤(rùn)滑裝置和連接螺栓等組成回轉(zhuǎn)支承按滾動(dòng)體形式有滾球和滾柱 按滾動(dòng)體排數(shù)有單排 雙排和多排 按滾道形式有圓弧曲面 平面和鋼絲滾道等 常用的有單排滾球式 雙排滾球式 單排交叉滾柱式和組合滾柱式四種 結(jié)合本人所設(shè)計(jì)的微型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 可采用單排交叉滾柱式 2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)方式及其特點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)時(shí)間約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的50 70 能量消耗約占25 40 回轉(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的30 40 因此合理的確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓油路型式和結(jié)構(gòu)方案 正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù) 對(duì)提高生產(chǎn)率和功能利用率 改善司機(jī)的勞動(dòng)條件 減少工作裝置的沖擊等都是具有重要的意義的 對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求是 1 在回轉(zhuǎn)力矩和角加速度不超過允許值的前提下 盡可能縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間 2 回轉(zhuǎn)是工作裝置的動(dòng)載系數(shù)不應(yīng)超過應(yīng)許值 3 回轉(zhuǎn)能量損失最小 2 行走裝置 1 構(gòu)造和傳動(dòng)方式履帶行走裝置由四輪一帶 即驅(qū)動(dòng)輪2 導(dǎo)向輪7 支重輪3 托輪6 以及履帶1 如圖所示 張緊裝置4和緩沖彈簧5 行走機(jī)構(gòu)11 包括底架10 橫梁9和履帶架8 等組成 如圖 3 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)是履帶式挖掘機(jī)上直接實(shí)現(xiàn)鏟裝物料的裝置 它的結(jié)構(gòu)和性能都能顯著地影響著整機(jī)的工作尺寸 性能參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)功率及生產(chǎn)率 因此 這部分設(shè)計(jì)是我這次設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn) 我設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示 它由鏟斗1 動(dòng)臂2 連桿3 搖桿4 轉(zhuǎn)斗油缸5 舉臂油缸6等組成 整個(gè)工作機(jī)構(gòu)鉸接在車架7上 基本結(jié)構(gòu)如圖 1 裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 履帶式裝載機(jī)工作過程履帶式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械 它的工作過程由5種工作狀態(tài)或工況組成 1 工況1 插入狀態(tài)動(dòng)臂下放 鏟斗放置地面 斗尖觸地 鏟斗前壁對(duì)地面呈3度到5度前傾角 開動(dòng)挖掘機(jī) 鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆 2 工況2 鏟裝狀態(tài) 工況1以后 轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗 鏟運(yùn)物料 待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至水平位置為止 1 工況3 重載運(yùn)輸狀態(tài)舉升動(dòng)臂 將工況2之鏟斗升高到適當(dāng)位置 以斗底離地的位置不小于最小允許距離為準(zhǔn) 然后驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī) 載重駛向卸載點(diǎn) 2 工況4 卸載狀態(tài)在卸載點(diǎn) 舉生動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置 翻轉(zhuǎn)鏟斗 向運(yùn)輸車或固定料廠卸載 卸畢 下放動(dòng)臂 使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài) 3 工況5 空載運(yùn)輸狀態(tài)卸載結(jié)束后 挖掘機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn) 履帶式挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 1 生產(chǎn)率高 2 插入和鏟取能力大 能耗小 3 結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要 4 零部件受力狀態(tài)良好 強(qiáng)度和壽命合理 5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 制造維修容易 操作使用方便 6 合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸 以減小工作阻力 達(dá)到滿載卸凈 運(yùn)輸平穩(wěn) 2 鏟斗設(shè)計(jì) 3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)分析 設(shè)計(jì)方法 尺寸參數(shù)的圖解法 4機(jī)構(gòu)的受力分析及計(jì)算 外載荷計(jì)算 如下圖所示 挖掘機(jī)鏟裝工作時(shí) 斗尖上可能產(chǎn)生的最大 極限 插入阻力和最大 極限 鏟取阻力分別為Fin和Fsh 最大插入阻力的計(jì)算Fin 9 8k1k2k3k4BL 1 25式中Fin 鏟斗插入阻力 Fin 為Nk1 物料的塊度與松散程度系數(shù)K2 物料的性質(zhì)系數(shù) K3 物料堆高系數(shù)K4 鏟斗的斗形系數(shù)B 鏟斗寬度 B 為cmL 鏟斗一次插入深度 L 為cm取k1 1 K2 0 14 K3 1 K4 1 2 B 73 2cm L 20cm則Fin 5097 2N 最大鏟取阻力Fsh的計(jì)算工作機(jī)構(gòu)各構(gòu)件受力分析轉(zhuǎn)斗油缸及舉臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 結(jié)論 經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的努力 終于初步設(shè)計(jì)出了微型挖掘機(jī) 由于水平有限 所以所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品比預(yù)想的要差 但工作裝置還是能達(dá)到預(yù)期的效果 如鏟斗能夠由轉(zhuǎn)斗油缸控制 由搖臂和連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)它的自由鏟取和翻轉(zhuǎn) 舉升油缸能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)臂的自然上升和下降 但畢竟是初步設(shè)計(jì) 加上以前對(duì)該課題了解的不是很多 因此產(chǎn)品中存在的問題還是有的 比如在確定動(dòng)臂上幾個(gè)鉸接點(diǎn)的位置是 使人為地定下來(lái)的 難免會(huì)產(chǎn)生誤差 所以所產(chǎn)生的效果不一定很好 雖然我對(duì)挖掘機(jī)機(jī)體的動(dòng)力源地設(shè)計(jì)不是很具體 但我也有一些見解和主張 在此僅供參考 由于微型裝載機(jī)多數(shù)為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 這就帶來(lái)了一個(gè)麻煩的問題 裝載機(jī)不得不拖動(dòng)很長(zhǎng)的電纜 使得電纜長(zhǎng)期在復(fù)雜的采場(chǎng)地面拖曳 有時(shí)操作人員不注意 可能會(huì)碾壓電纜 電纜被拖動(dòng)受到磨損 極易發(fā)生導(dǎo)電 漏電現(xiàn)象 從而引發(fā)人身 設(shè)備事故 同時(shí)也使車輛的機(jī)動(dòng)性受到了很大的限制 該問題有待相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步解決 謝謝各位老師的審查