喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ========================
中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第58页
1 概述
1.1 机械发展的特点
1)挖掘机品种和产量剧增并向多功能,高效发展
为适应各种工程对象的要求以及国际市场的竞争,七年内品种增加10～15倍,达600多种以上.为扩大机械的使用性能,中小型单斗挖掘机还附有多达数十种可换工作装置.大型挖掘机和斗轮挖掘机由于生产率高,经济效果显著也发展很快.
2)液压挖掘机迅速发展
液压挖掘机由于使用性能,技术指标和经济指标上的优越,六十年代即开始蓬勃发展,六十年代末世界各国液压挖掘机产量与挖掘机总产量之比平均值已达到时80%以上.
3)普遍重视产品的标准化、系列化、通用化以及新技术、新工艺、新结构和新材料的采用
产品的“三化”不仅可大大缩短新产品的设计研制周期和老产品改进更新换代周期,有利发展品种,并且便于大批量生产、提高产量和质量、降低成本、有利用用户的使用修理以及配件的生产和供应.它已是组织与管理现代化生产的重要手段.挖掘机主要生产国美、日、法、西德和苏联等除有国家标准外各大公司还有自己的系列标准.
4)生产专业化程度不断提高,并重视质量管理
加强挖掘机及其零部件生产的专业化,使工厂集中精力于承担有限部分的加工工艺,为大批量生产保证产品的质量、降低成本增加利润并便于产品的变型发展.采用主机零件厂分工协作,由几个专业厂专门为主机厂配套.
国外制造挖掘机各公司对质量的管理都非常重视,认为是影响企业生存和发展的重要环节.各企业都没设有质量管理部并自成管理体系.
5)重视试验与研究工作、提高科技人员的比例
为了不断提高挖掘机产品质量,改进产品性能和发展新产品,各国普遍重视试验研究工作.各国大的公司企业或由国家投资建立工程机械、挖掘机的试验中心、试验研究所或室等.
1.2 挖掘机械的类型
挖掘机械的类型与构造型式繁多，可按照挖掘工作原理与过程、用途、构造特征等进行划分。
按照用途，单斗挖掘机分为：建筑型、采矿型和剥离型等。建筑型挖掘机一般可装置各种不同的工作装置，进行多种作业，故又称通用式。
按照动力装置，挖掘机有电驱动、内燃机驱动和复合驱动等，以一台发动机带支挖掘机全部机构者为单机驱动式，以若干发动机分别带动各个主要机构者为多机驱动式。
按照传动方式，挖掘机分为机械传动式、液压传动式和混合传动式。
挖掘机的行走装置型式有：履带式、轮胎式、汽车式、步行式、轨道式、拖式等。
单斗挖掘机工作装置的型式很多，常用的基本型式，对于机械传动的挖掘机有：正铲、反铲、拉铲和起重吊钩等。
本次设计斗容量为1m3,由于轮胎式液压挖掘机的诸多优点,其应用领域很广泛,轮胎式液压挖掘机传动性能好,工作平稳,行走速度快,对路面没有破坏,机构布置合理紧凑,操作简便灵活易实现“三化”.
1.3 单斗液压挖掘机的基本组成和工作原理
单斗液压挖掘机为了实现周期性作业要求,设有下列基本组成部分:工作装置、回转机构、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备等.常用是全回转式挖掘机,其动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都装在可回转的平台上,简称为上部转台.因而常又常把这类机械概括成由工作装置,上部转台和行走装置三大部分组成.挖掘机的基本性能也就决定各组成部分的构造和性能.
液压挖掘机由柴油机驱动液压泵,把高压油输送到各阀,再到有关液压执行元件驱动机构进行工作.
1.4 本次设计任务
本次设计斗容量1m3的液压挖掘机,挖掘Ⅳ级及以下土壤.设计任务:工作装置的运动分析,整体设计,回转装置设计,零件图设计,液压传动系统的原理设计.
2 设计方案
2.1 工作装置方案设计
2.1.1 工作装置设计原则
设计合理的工作装置应满足下列要求：
1)主要工作尺寸及作业范围能满足要求。在设计通用反铲装置时要考虑与同类型，同等级机器相比的先进性。考虑国家标准的规定，并注意到参数受结构碰撞限制等的可能性。
2)整机挖掘力的大小及其分布情况应用满足使用要求并具有一定的先进性。
3)功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。
4)确定铰点布置，结构形式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利。在保证强度、刚度和连刚性的条件下尽量减轻结构自重。
5)作业条件复杂使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次，在满足使用要求的前提下力求替换构件各类少，结构简单，换装方便。
6)运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠并尽可能性使液压缸载呀减载。
7)工作装置液压缸设计应考虑三化，采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件的种类。
8)工作装置的结构形式和布置要使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。
9)要采取合理措施来满足特殊使用要求。
2.1.2 反铲装置的组成及构造特点
反铲装置是中小型液压挖掘机的主要工作装置，目前广泛应用的斗容在1.6m3 以下。
液压挖掘机反铲装置由动臂、斗杆、铲斗以及动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和连杆机构等组成，其构造特点是各构件之间的联系全部采用铰接通过液压缸的伸缩来实现挖掘过程的各个动作。
动臂的下铰点与回转平台铰接并以动臂液压缸来支承和改变动臂的倾角通过动臂液压缸的伸缩可使动臂绕下铰点转动而升降斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆液压缸控制。当斗杆液压缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接并通过铲斗液压缸伸缩使铲斗绕该点转动。为增大铲斗的转角通常以连杆机构与铲斗连接。反铲主要用于挖掘停机面以下地壤，其挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及其相互配合的情况，当采用动臂液压缸工作来进行挖掘时，可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。
当动臂位于最大下倾角并以斗杆液压缸进行挖掘工作时可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有较大工业挖掘行程。在轻坚硬的士质条件下工作时能够证装满铲斗帮中小型挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸工作进行挖掘，以铲斗液压缸工作进行挖掘时挖掘行程较短，如使用权铲斗在挖掘行程结束时能装满土壤需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤。所以一般土方工程挖掘中转斗挖掘最常采用。实际挖掘工作中往往需要采用各种液压缸的联合工作。
2.1.3 具体结构方案
1)动臂及斗杆的结构形式
动臂是工作装置的主要构件，斗杆的结构型式往往取决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较少，通用性较差为了扩大机械通用性，提高其利用率，往往需要配备几套不通用的工作装置。一般说长期用于作业条件相似的反铲采用整体动臂结构比较合适。因此，考虑到国内的现代化建设中的西部大开发及南水北调工程。本设计采用整体式动臂。
2)动臂液压缸和斗杆液压缸的布置
动臂液压缸的连接，一般有两种布置方案：一种是动臂液压缸装于动臂的前下方动臂下支承点，可以调在转台回转达中心之前，并稍高于转台平面，它也可以设在转台回转中心之后，以改善转达台的受力情况，但使用反铲作业装置时动臂支点靠后布置会影响挖掘深度。大部分中小型液压挖掘机以反铲作业为主，因此采用动臂支点靠前布置的方案，动臂液压缸支于转台中点靠前处，以增加作业上方和后主，有的称之谓是挂式液压缸，这种方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时，尤其在挖深较大压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强，尽管在动臂提升时液压缸小腔进 油提升力矩一般尚够用，提升速度也较快帮作为专用的反铲装置这种方案仍然可取。
3)铲斗的联接
铲斗与铲斗液压缸的连接有三各形式，其区别主要在于液压缸活塞端部与铲头号、斗杆与铲斗的连接方式不同。
4)铲斗的结构特点
对各种铲斗结构形状的共同要求是：
⑴有利二物料的自由流动，因此铲斗内壁不宜设置横向缘，棱角等斗底的纵向剖面形状要适合各种物料的运动规律。
⑵要使物料易于卸净，用于粘于的铲斗装卸时不易卸净，因此延长了作业循环时间，降低了有效斗容量，因此可采用强制卸土板的粘土铲斗。
⑶为了便于物料的铲装，装入物料不易掉出，铲斗宽度与物料颗料直径之比应大于4：1，当此比值大于50：1时颗粒尺寸的影响可不考虑，视物料为均质。
⑷装设计齿有利于增大铲斗与物料刚接触时的挖掘线比压，以便函切入或破碎阴力较的物料。
2.2 回转机构方案设计
单斗液压挖掘机回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的50～40%。回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30～40%。因此合理地确定回转机构的液压油路和结构方案，正确选择回转机构诸参数，对提高生产率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等具有十分重要的意义
2.2.1 对回转机构的基本要求
1)在加速度和回转力矩不超过允许值的前提下，应尽可能缩短回时间。在回转部分惯性已知的情况下，角加速度的大小变最大的回转扭掩蔽的限制该扭矩不应超过行走部分与地面的附着力矩。
2)回转机构的动载荷系数不应超过允许值，非全回转的挖掘机回转时，工作装置不应碰撞定位器。
3)回转能量损失最小
2.2.2 回转机构的选择
回转机构分为全回转式和半回转式，悬挂式液压挖掘机通常采用半回转的的回转机构，回转角度一般等于或小于180o本次设计为履带式液压挖掘机，因此采用全回转式回转机构。
全回转的回转机构，按液动机的结构形式可分为高速方案和低速方案两类。由高速液压马达经齿轮减速成器带动回转小支承上的回定齿圈动，促使转台转的称为高速方案。其低速大扭矩液压马达直接带支回转小齿轮促使转台回转的称为低速方案。在高速方案中，通常采用行星齿轮减速成箱减速。行星齿轮减速成箱，虽然加工要求较高，但可用一般渐开线齿廓的模数铣刀进行加工，结构也比较紧凑，速成比大，受力好。因此获得广泛的应用，高速方案一般采用斜轴式液压马达驱动的回转机构。此方案结构比较紧凑，速比大，受力好，回此在液压挖掘机中获得广泛的应用，本次设计将采用斜轴式液压马达驱动的回转机构。高速方案还有以上优点：高速成液压马达体积小，效率高，不需要背压补油，便函于设置小制支器发热和功率损失小，工作可靠。
2.2.3 制动器的选择
制动器应满足工作安全可靠，制动平稳，操纵轻便灵敏等要求，在对回转机构采用了钳盘式制动器。因为通过试验与蹄式制动器相比，它具有下优点：
1)钳盘式制支器所产生的制动力矩比较半稳由于它无增力作用其效率系数K与磨擦系数u为直线关系。
2)由于制动盘都暴露在外，因此通风良好，旋转时还有自洁作用，热稳定性好，基本上无热衰退现象，在连续多次使用情况下制动力矩变化很小，甚至在恶劣工况下仍能正常使用。
3)维修方便，不需要经常调整间隙。
4)制动磨擦衬片磨擦均匀，使用寿命也比较长。但其也存在一些缺点，需采取措施减小及至消除。
2.3 液压系统方案设计
按照挖掘机各个机构和装置的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接想来的组合体叫做挖掘机的液压系统，液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用液压泵转变为液压能进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件转返为机械能实现各种动作。
2.3.1 单斗液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作
动臂升降，斗杆收放，铲斗装卸转台回转，整机行走，以及其它辅助动作，除辅助动作不需全功率驱动外，其它都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。由于挖掘机的作出对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求：第一，实现各种主要动作时，阴力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压 马达的压力和流量也能相应变化。第二，为了充分利用发动机功率缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作同时进行叫做复合动作，这两项要求需要动作同时进行叫做复合动作，这两项要求需要由液压系统来保证。
2.3.2 对液压系统的要求
单斗液压挖掘机动作繁杂，主要机构经常超支、制动、换向、外负荷变化很大，冲击和振动多，而且野外我作，温度和环境变化大，所以对液压系统的要喜庆是多方面的。
1)动臂、斗杆和铲斗的传动要保证工作装置的各部分可单独动作，也可以互相配合实现复合动作。
2)主机工作过程中，要求工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高机械生产率。
3)挖掘机的一切动作都是可逆的，而且要求无级变速。
4)要求机械工作安全可靠，各种作业油缸要有良好的过载保护，回转机械和行走装置要有可靠的制动和限速成，要防止动臂因自重而快速成下降和整机超速溜坡。
5)充分利用发动机功率，提高传动效率。
6)系统和元件应保证在外负荷变化大和急剧振动冲击作用下具有足够的可靠性。
7)系统密封性好。
8)为了减轻司机操作强度，要考虑采用液压或电液伺服操装置。
本次设计将考虑选用高压变量系统，双泵双回路，全功率变量系统，后续部分将对其详细说明。
3 工作装置设计计算
3.1 尺寸估计
参照《单斗液压挖掘》估算整机各部分尺寸和工作装置尺寸。
根椐经验公式求尺寸参数。
线尺寸参数： (m)
Kli为线向尺寸经验系数，G为整机质量。
1)转台离地高：
2)底架离地高：
3)臂铰离地高：
3)臂铰离回转中心:
4)臂铰与液压缸铰距:
5)臂铰与液压缸倾角：～
6)缸铰离地高度：
7)臂长：标准臂尺寸系数推荐值,范围1.7～1.9
标准臂
8)斗杆：推荐系数
推荐：
9)铲斗：推荐系数,
10)动臂转角：～
11)斗杆转角：～
12)铲斗转角：～
13)最大挖掘半经：系数,
14)最大挖掘深度：系数，
15)最大挖掘高度：系数,
16)最大卸载高度：系数,
3.2 运动分析
反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度L1斗杆液压缸的长度L2和铲斗液压缸的长度L3 ，显然，当L1 、L2 、L3 为某一组确定值时，反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。建立坐标系：X轴与地面重合，Y轴与挖掘机回转中心线重合，则斗齿尖V所在的X 坐标值就表示挖掘半经Y坐标，YV为正值表示挖掘高度，为负值表示挖掘深度。
3.2.1 机构自身几何参数
机构自身几何参数分三类：原始参数，推导参数，特征参数，各参数见图3-1
3.2.2 动臂的运动
图 3-1 反铲机构自身几何参数的计算简图
1)动臂的摆角范围1max和各点瞬时坐标（图3-2），1max是L1的函数，动臂上任意一点在任一时刻的坐标值也是L1的函数，根据全余弦定理，当L1=L1min和L1= L1msc时得
1min=∠ACB0=arccos() (3-1)
1max=∠ACB0=arccos( )(3-2)
动臂的摆角范围：1max=1max-1min
图3-2 动臂摆角范围计算简图
图3-3 F点的坐标计算简图
动臂的瞬时摆角：= arccos()-1min
列动臂F点坐标方程。 图3-3中
=∠BCU=1 -= arccos()- (3-3)
F点在水平线CU之下时为负,否则为正。
F点坐标方程：
(3-4)
(3-5)
C点坐标可由图示2-22求得
(3-6)
2)动臂液压缸作用力臂
当动臂液压缸长度为L1时,动臂液压缸作用力臂
е1= (3-7)
当分别取和时,可得动臂机构的起始和终了力臂е10和е1z。显然动臂液压缸的最大作用力臂，此时
3.2.3 斗杆的运动
斗杆的位置参数是L1 和L2的函数，此外讨论斗杆相对于动臂的运动，也即只考虑L2的影响，斗杆机构与动臂机构性质类似，它们是四连杆机构，但连杆比不同，在动臂机构中，一般L1>L5, 斗杆机构中一般L9
收藏