7.5吨履带式液压挖掘机总体设计（全套图纸）

原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 摘 要本次设计的题目是小型 7.5 吨履带式液压挖掘机的总体设计。与其它类型的挖掘机相比，这种类型的挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。液压挖掘机的主要特点为：能无级调速且调速范围大，能得到较低的稳定转速，快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作高速反转，传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制，易于实现标准化、系列化、通用化。本次设计的主要参数是斗容量 0.25m3,它属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置。关键词关键词：液压挖掘机，挖掘机构 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 ABSTRACTThis designed topic is the marching 7.5ton hydraulic excavator excava -tional organization. Compared with other types excavators, this kind of type excavator used very universal that because has good through theper -formance, also may use to lengthens widens as well as the floating type caterpillar band to reduce pressure for the soft ground or the bogregion.The hydraulic excavator main characteristic is: not only can adjust s the stepless speed but also can adjust scope very big, can obtain a lower stable rotational speed, when action quickly, the hydraulic parts produce inertia small, accelerational theperformance good,and may make the high speed reverse, the transmission steady,structure simple, may absorb attacks and vibrates, the operation reduces effort, and to be easy to realize the automated control, is easy to realize the standardization, the seriation, the universalization.This designed main parameter is scoop capacity 0.25m3, it is long to the middle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator，s the work installment.Key word：Hydraulic pressure excavator， Excavation organization原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 目 录1 绪论.11.1 液压挖掘机的工作特点和基本类型 .21.2 液压挖掘机的发展概况 .41.3 本次设计概述 .61.4 反铲装置的工作原理 .61.5 本次设计任务 .72总体设计方案.82.1 工作装置设计方案原则 .82.2 液压系统设计方案原则（总体） .82.3 小结.103挖掘机的工作装置设计.113.1 确定动臂、斗杆、铲斗的结构形式 .113.2 确定动臂、斗杆、铲斗油缸的铰点布置 .133.3 动臂、斗杆、铲斗机构参数的选择 .173.4 小结.294 挖掘力的计算.304.1 工作液压缸的理论挖掘力 .304.2 铲斗挖掘阻力的计算 .334.3 理论挖掘力与挖掘阻力的比较分析 .354.4 小结.365挖掘机液压系统的介绍.375.1 确定液压系统类型 .385.2 液压系统的计算和液压元件的选择 .385.3 液压系统初步计算 .435.4 小结.44原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 6 主要技能参数的计算.456.1 行驶速度的计算 .456.2 最大牵引力的计算与校核 .466.3 转台最大回转速度计算 .486.4 转台回转最大驱动扭矩计算及校核 .486.5 履带平均接地比压计算 .496.6 小结.507 油门控制系统的设计.517.1 总述 .517.2 总体方案的设计.517.3 油门控制系统硬件组成 .527.4 控制系统的软件设置 .577.5 电气控制系统分析.577.6 小结.638 结论.64参考文献.65致谢.66原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 1 绪论液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。在建筑工程中，可用来挖掘苦坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。在军事工程中，或用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量1.0m3的液压挖掘机挖掘级土壤埋，每班生产率大约相当于300400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义1。1.1 液压挖掘机的工作特点和基本类型1.1.1 液压挖掘机的主要优点液压挖掘机在动力装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力能进行工作。液压传动与机械传动相比有许多优点。能无级调速且调速范围大，例如液压马达的最高转速与最低转速之比可达10001。能得到较低的稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可低达1r/min.快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作调整反转。例如电动机在启动时的惯性力矩比其平稳盍时的驱动力矩大50%，而液压马达则不大于5%，加速中等功率电动机需1s到数秒，而加速液压马达只需0.1s。传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制。易于实现标准化、系列化、通用化。基于液压传动的上述优点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有下列主要特点。a大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，机器重量，传动平稳，作用效率高，结构紧凑。液压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力约高30%，例如1.0m 液压挖掘机铲斗挖掘力120150KN，3而同级机械传动挖掘机只有100KN左右。挖掘机在工作时的主要动作包括行走、转台回转和工作装置的作业动作，其中动作最频繁的是回转和工作装置的循环往复运动。这种入选运动一般速度不高，而所需作用力却很大，要求在短时间内通过变速或换向来完成各种复杂动作。机械传动挖掘机完成上述运动需通过磨擦离原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 合器、减速器、制动器、逆转机构、提升和推压机构等配合来完成。因此，机械传动挖掘力不仅结构复杂，而且还要产生很大的惯性力和冲击载荷。而液压挖掘机则不需要庞大和复杂的蹭传动，大大简化了结构，也减少了易损件。由于结构简化，液压挖掘机的质量大约比相同斗容量的机械传动挖掘机轻30%，不仅节省了钢材，而且降低了接地比压。液压挖掘机上的各种液压元件可相对独立布置，使整机结构紧凑、外形美观，同时也易于改进或变型。b液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。由于可采用液压先导控制，无论驱动功率多大，操纵均很灵活、省力，司机的工作条件得到改善。更换工作装置时，由于不牵连转台上部的其他机构，因此更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制。c由于液压传动易于实现自动控制，因此现代液压挖掘机普遍采用了以微处理器国核心的电子控制单元（ECU），使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态下工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可实现整机状态参数的电子监控和故障诊断。d 液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，便于组织大规模专业化生产，进一步提高质量和降低成本。1.1.2 液压挖掘机的基本类型及主要特点液压挖掘机种类繁多，可以从不同角度对其类型进行划分。根据液压挖掘机种类主要机构传动类型划分。根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动，则为全液压挖掘机。若液压挖掘机中的某一个机构采用机械传动，则称其为非全液压（或半液压）挖掘机。一般说来，这种区别主要表现在行走机构上。对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动，只有行走机构有的为液压传动，有的为机原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 械传动。根据行走机构的类型划分根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式及拖式。履带式液压挖掘机应用最广，在任何路面行走均有良好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支腿，适用范围较大。在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可通过加宽履带来降低接地比压。为防止对路面的碾压破坏、有些液压挖掘机还采用了橡胶履带。通用通常，履带行走的液压挖掘机多为全液压传动。轮胎式液压挖掘机具有行走速度快，机动性好，可在多种路面通行的特点。近年来，轮胎式挖掘机的生产量日渐增长。悬挂式液压挖掘机是将工作装置安装在轮胎式或履带式拖拉机上，可以达到一机多用的目的。这种挖掘机拆装方便，成本低廉。汽车式液压挖掘机一般采用标准的汽车底盘，速度快，机动性好。拖式液压挖掘机没有行走传动机构，行走时由拖拉机牵引，根据工作装置划分根据工作装置结构不同，可分为铰接式和伸缩臂式挖掘机。铰接式工作装置应用较为普遍。这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点转动来完成作业动作。伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂臂内伸缩，还可以变幅。伸缩臂前端装有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是修整沟坡。1.2 液压挖掘机的发展概况挖掘机械的最早雏形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一台有确切记载的挖掘机械是 1796 年英国人发明的蒸汽“挖泥铲” 。而能够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动的“动力铲”于 1835 年在美国诞生，主要用于修筑铁路的繁重工作，被认为是现代挖掘机的先驱，原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 距今已有 170 多年历史。1950 年，德国研制出世界上第一台全液压挖掘机。由于科学技术的飞速发展，各种新技术、新材料不断在挖掘机上得到应用，尤其是电子技术和信息技术的应用使得液压挖掘机在作业效率、可靠性、安全性和操作舒适性以节能、环保等方面有了长足的进步。目前液压挖掘机已经在全世界范围内得到广泛应用，成为土石方施工不可缺少的重要机械设备。1.2.1 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势工业发达国家的液压挖掘机生产较早，产品线齐全，技术成熟。美国、德国和日本是液压挖掘机的主要生产国，具有较高市场占有率。2220 世纪后期开始，国际上液压挖掘机的生产从产品规格上看，在稳定和完善主力机型的基础上向大型化、微型化方向发展；从产品性能上看，向高效节能化、自动化、信息化、智能化的方向发展。1.2.2 国内液压挖掘机的发展概况我国从 1967 年开始研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的 WY100、贵阳矿山机器厂的 W460、合肥矿山机器厂的WY60 等。到 20 世纪 70 年代末 80 年代初，长江挖掘机厂和杭州重型机械研制成功了 WY160 和 WY250 等液压挖掘机产品。从 1994 年开始，美国的卡特彼勒公司、日本的神户制钢所、日本的小松制作所、日本的日立建机株式会社、韩国大宇重工、韩国现代重工业以及德国利勃海尔、德国雪孚、德国阿特拉斯、瑞典沃尔沃等公司先后在中国建立了中外合资、外商独资挖掘机生产企业，生产具有世界先进水平的多种型号和规格的液压挖掘机产品。近年来我国经济增长迅速，液压挖掘机市场需求不断扩大，形成了巨大的挖掘机市场窨，但该行业主要由合资企业和外资企业所垄断。国内一些工程机械待业的上市股分公司合资的方式介入了挖掘机产业，同时国内还有众多的企业也在生产液压挖掘机，但在生产规模、品种、质量等方面与国外大公司相比还有一定差距。为了发展民族原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 挖掘机产业，必须瞄准国际先进水平，围绕国内外两个市场，在充分利用国际化配套的国外先进技术的基础上，增强自主创新意识，掌握核心设计制造技术，发挥性价比优势，提高产品竞争力，把我国液压挖掘机产品做大做强1。1.3 本次设计概述由于参数机重7.5 吨,根据国内外液压挖掘机有关设计标准，通G过类比法，选出铲斗容量0.25m3。q本次设计斗容量为 0.25m3,全液压履带式挖掘机，由于履带式液压挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。1.4 反铲装置的工作原理反铲工作装置是液压挖掘机的一种主要工作装置，如图 11 所示。图图 1-11-1 反铲工作装置反铲工作装置液压反铲工作装置一般由动臂 1、动臂液压缸 2、斗杆液压缸 3、斗原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 杆 4、铲斗液压缸 5、铲斗 6、连杆 7 和摇杆 8 等组成。其构造特点是各构件之间全部采用铰接连接，并通过改变各液压缸行程来实现挖掘过程中的各种动作。动臂 1 的下铰点与回转平台铰接，并以动臂液压缸 2 来支承动臂，通过改变动臂液压缸的行程即可改变动臂倾角，实现动臂的升降。斗杆 4 铰接于动臂的上端，可绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸 5 控制，当斗杆液压缸伸缩时，斗杆即可绕动臂上铰点转动。铲斗 6 则铰接于斗杆 4 的末端，通过铲斗液压缸 5 的伸缩来使铲斗绕铰点转动。为了增大铲斗的转角，铲斗液压缸一般通过连杆机构（即连杆 7 和摇杆 8）与铲斗连接。液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等，其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及其组合。反铲液压挖掘机的工作过程为，先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作装置开始下一次作业循环。动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤；斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，但挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率。在实际工作中，熟练的液压挖掘机人员可根据实际情况，合理操纵各个液压缸，往往是各液压缸联合工作，实现最有效的挖掘作业。例如，挖掘基坑时由于挖掘深度较大，并要求有较陡而平整的基坑壁，则采用动臂和斗杆同时工作；当挖掘基坑底时，挖掘行程将结束，为加速装满铲斗，或挖掘过程中调整切削角时，则需要铲斗液压缸和斗杆液压缸同时工作1。1.5 本次设计任务本次设计斗容量 0.25m3挖掘机的工作装置及液压系统，采用履带原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 式行走装置，全液压驱动。2总体设计方案2.1 工作装置设计方案原则设计合理的工作装置应能满足下列要求：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，并注意到结构参数受结构碰撞限制等的可能性。整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并具有一定的先进性。功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。确定铰点布置，结构型式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利，在保证强度、刚度和连接刚性的条件下尽量减轻结构自重。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种类少，结构简单，换装方便。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，并尽可能使液压缸卸载或减载。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。工作装置的结构型式和布置使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。要采取合理措施来满足特殊使用要求。2.2 液压系统选择方案原则（总体）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原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 机连接起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。2.2.1 单斗液压挖掘机作业过程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、铲斗装载、转台回转、整机行走，以及其它辅助动作，除辅助动作不需要功率驱动外，其它都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。由于挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求：实现各种主要动作时，阻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。为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，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，这两项要求需要由液压系统来保证。2.2.2 对液压系统作业动作要求液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的基本要求。液压挖掘机的液压系统应满足的作业动作要求如下。保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。保证工作装置的动作与回转平台的回转动作既能单独动作，又能作复合动作，以提高液压挖掘机的作业效率。履带式液压挖掘机的左、右履带应能分别驱动，使挖掘机行走转弯方便灵活，并能实现原地转向，以提高挖掘机的机动性。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 保证液压挖掘机工作安全可靠，对各机构及液压执行元件应具有完善的安全保护措施。例如，对回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而下降过快；防止机器下坡行驶时超速溜坡等。2.2.3 对液压系统基本的要求根据液压挖掘机的作业动作和环境特点，对液压系统提出如下要求。液压挖掘机的液压系统应具有较高效率，以充分发动机的动力性和燃油经济性。液压系统和液压元件在大负载和剧烈振动冲击作用下，应具有足够的可靠性。选择轻便、适用、耐振的冷却散热系统，减少系统总发热量，使液压系统工作温度及温升在规定范围内。由于液压挖掘机作业现场尘土多，液压油被污染，因此液压稭密封性能要好，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。在必要时采用液压先导或电液伺服操纵装置，提高液压挖掘机操作的舒适性，减轻操作人员的劳动强度。在液压系统中采用先进的自动控制技术，提高液压挖掘机的技术性能指标，使液压挖掘机具有节能、高效和自动适应负载变化的特点2。2.3 小结 本章介绍了液压挖掘机的总体设计，了解液压挖掘机的工作原理、液压系统的大概理解、主要是工作装置的设计的总体方案等。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 3挖掘机的工作装置设计3.1 确定动臂、斗杆、铲斗的结构形式3.1.1 确定动臂的结构形式动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往决定于动臂的结构形式。反铲动臂分为整体式和组合式两类。 图图 3-1 整体式直动臂整体式直动臂直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机,如图31 所示。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意，有时采用三节变动臂有利于降低弯曲处的应力集中。整体式变动臂结构简单、价廉，风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。往往需要配备几套完全不通用的工作装置。一般说，原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 长期用于作业相似的反铲采用整体式动臂结构比较合适。如图 11 所示。组合式动臂一般都为弯臂形式。其组合方式有两类，一类用辅助连杆（或液压缸）连接，另一类用螺栓连接。组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点，它们分别适用于不同的作业条件。组合式动臂的主要优点是：工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整。当采用螺栓或连杆连接时调整时间只需十几分钟，采用液压缸连接时可以进行无级调节。较合理地满足各种类型作业装置的参数和结构要求，从而较简单地解决主要构件的统一化问题。因此其替换工作装置较多，替换也方便。一般情况下，下动臂可以适应各种作业装置要求，不需拆换。 装车运输比较方便。由于上述优点，组合式动臂结构虽比整体式动臂复杂，但得到了较广泛的应用。尤以中小型通用液压挖掘机作业条件多时采用组合式动臂较为合适。本次设计作业条件比较单一，所以选用整体式弯动臂1。3.1.2确定斗杆的结构形式斗杆也有整体式和合式两种，大多数挖掘机都采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆时采用更换斗杆的办法，或者在斗杆上设置24 个可供调节时选择的与动臂端部铰接的孔。有些反铲采用组合式斗杆。3.1.3 确定铲斗的结构形式和斗齿安装结构本次设计斗容量为 0.25 m3挖掘机，所以斗齿安装方式为螺栓连接.原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 3.1.4 铲斗与铲斗液压缸的连接方式铲斗与铲斗液压缸有三种型式（图 32） ，其区别主要在于液压缸活塞杆端部与铲斗的连接方式不同，图 32a 为直接连接，铲斗、斗杆与铲斗液压缸组成四连杆机构。图 32b 中铲斗液压缸通过摇杆 1 和连杆 2 与铲斗相连，它们与斗杆一起组成六连杆机构。图 32d 和图32b 类似，区别在于前者液压缸活塞杆端接于摇杆两端之间。图 32c的机构传动比与 b 差不多，但铲斗摆角位置顺时针方向转动了一个角度。六连杆方式与四连杆方式相比在同样的液压缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。六连杆方式 b 和 d 在液压缸行程相同时，后者能得到更大的铲斗转角。但其铲斗挖掘力的平均值较小。本设计中选用图 32b 的连接方式。图图 3-23-2 铲斗与铲斗液压缸的连接方式铲斗与铲斗液压缸的连接方式3.2 确定动臂、斗杆、铲斗油缸的铰点布置确定动臂、斗杆、铲斗油缸的铰点布置反铲工作装置实际上是多个连杆机构的组合。在发动机功率、整机质量和铲斗容量等主要参数及工作装置基本形式初步确定的情况下，工作装置各铰点在布置及各工作油缸参数的选择是否合理，会直接影响液压挖掘机的实际挖掘能力。3.2.1 动臂油缸的布置图图 3-23-2 四连杆链接方式图四连杆链接方式图动臂油缸一般布置在动臂前下方，下端与回转平台铰接，常见的有两种具体布置方式。油缸前倾布置方案，如图 33 所示，动臂油缸与动臂铰接于 E 点。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 当动臂油缸全伸出，将动臂举升至上极限位置，动臂油缸轴线向转台前方倾斜。油缸后倾布置方案，如图 34 所示，当动臂油缸全伸出，将动臂举升到上极限位置时，动臂油缸轴线向后方倾斜。当两方案的动臂油缸安装尺寸 DE、铲斗最大挖掘高度 H 和地面最大挖掘半径 R 相等时，后倾方案的最大挖掘深度比前倾方案小，即2h。此外，在后倾方案中，动臂 EF 部分往往比前倾方案的长，因此动臂1h所受弯矩也比较大。以上为动臂油缸后倾方案的缺点。然而，后倾方案动臂下铰点 C 与动臂油缸下铰点 D 的距离 CD 双前倾方案的大，则动臂在上下两极位置时，动臂油缸的作用力臂 Cp 也较大。因此，在动臂油缸作用国相同时，后倾方案得到较大的动臂作用力矩，这量其优点。图图 3-33-3 动臂油缸前倾布置动臂油缸前倾布置原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 图图 3-43-4 动臂油缸后倾布置动臂油缸后倾布置为了增大后倾方案的挖掘深度，有的挖掘机将长动臂 CEF改换成短动臂 CEF（图 34） ，并配以长斗杆。在最大深度处挖掘时，采用铲斗挖掘而还是斗杆挖掘，这样得到的最大挖掘深度为。2h2h显然，不论是动臂油缸前倾还是后倾方案，当 C、D 两铰点位置和CE 长度均不变时，通过加大动臂油缸长度可以增大动臂仰角，从而增大最大挖掘高度，但会影响到最大挖掘测试。所以，在布置油缸时，应综合考虑动臂的结构、工作装置的作业尺寸及动臂举升力的挖掘力等因素。本设计选用动臂油缸前倾布置方案1,2。3.2.2 斗杆油缸的布置确定斗杆油缸铰点、行程及斗杆力臂比时应该考虑下列因素。保证斗杆油缸产生足够的斗齿挖掘力。即油缸从最短长度开始推原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 伸时和油缸最大伸出时产生的斗齿挖掘力应该大于正常挖掘阻力。油缸全伸时的偷税漏税力矩应该足以支承满载铲斗和斗杆静止不动。油缸力臂最大时产生的最大斗齿挖掘力应大于要求克服的最大挖掘范围可以取得越小一些。保证斗杆的摆角范围。斗杆摆角范围一般取 100130。在斗杆油缸和转斗油缸同时伸出最长时，铲斗前壁和动臂之间的距离应大于10cm。一般来说，斗杆越长，则其摆角范围可以取得越小一些。铰点位置的确定需要反复进行。在计算中初定铰点位置，如不够合理，应进行适当修改。3.2.3 铲斗油缸的布置确定铲斗油缸铰点应考虑以下因素。保证转斗挖掘时产生足够大的斗齿挖掘力，即在铲斗油缸全行程中产生的斗齿挖掘力应大于正常工作情况下的挖掘阻力。当铲斗油缸作用力臂最大时，所产生的最大斗齿挖掘应能使满载铲斗静止不动.保证铲斗的摆角范围。铲斗的摆角范围一般取140160，在特殊作业时可以大于180，摆角位置可以按图3-5布置。当铲斗油缸全缩时，铲斗与斗杆轴线夹角（在轴线上方）应大于10,常取1525，铲斗油缸全伸、铲斗满载回转时，应使土壤不从斗中撒落。铲斗从位置到位置时（图35） ，铲斗油缸作用力臂最大，这里能得到斗齿最大切削角度的1/2左右，即当铲斗挖掘深度最大时，正好斗齿挖掘力也最大。实际上铲斗的切削转角是可变的。在许多情况下，特别是进行复合动作挖掘时，铲斗的切削转角一般都小于100，而且铲斗也不一定都在初始位置开始挖掘。因此，目前一般取位置至位置的转角为3050，在这个角度范围内可以照顾到铲斗在挖掘过程中能较好地适应挖掘阻力的变化，又可以使铲斗在开始挖掘时就有一定的挖掘力1。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 图图 3-5 铲斗摆角范围铲斗摆角范围3.3 动臂、斗杆、铲斗机构参数的选择3.3.1 反铲装置总体方案的选择反铲方案选择的主要依据是设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其它装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件下性能。反铲装置总体方案的选择包括以下方面：动臂及动臂液压缸的布置确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状。确定动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。前面已确定采用整体式动臂，动臂液压缸的布置为下置式。斗杆及斗杆液压缸的布置确定用整体式或组合式斗杆，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆是否采用变铰点调节。前面已确定采用整体式杆。确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数=。1K21ll原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大内选择。一般当2 时， （有反铲取3）称为长动臂短斗杆方案，当1K1K1.5 叶属于短动臂长斗杆方案。在 1.52 之间称为中间比例方1K1K案。要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。相反，当用配套替换构件或可调连接适应不同作业条件时，不同的配置或铰点连接情况可组成各种比例方案。在使用条件单一，作业对象明确的条件下采用整体式动臂和斗杆固定铰接，值由作业条件确1K定。从作业范围看，在挖高、挖深与挖掘半径均相同的条件下，愈大1K作业范围愈窄，从挖掘方式看大宜用于斗杆挖掘为主，因其刚度较易1K保证。而值小宜用于以转斗挖掘为主。1K本设计采用中间比例方案,取1.75。1K确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。根据液压缸系统压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件和三化要求等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全缩长度之比。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取1.61.7，个别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取11.75，而取1.61.7，1.61.7。1233.3.2 机构自身几何参数机构自身几何参数有三类，第一类是决定机构运动特性的必要参数，称原始参数，本次设计主要选择长度参数作为原始参数；第二类是由第原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 一类参数推算出来的参数，称推导参数，多为运算中需要的角度参数；第三类是作方案分析比较所需要的其它特性参数。反铲机构自身几何参数的计算图式及有关符号于图 3-7 所示。反铲机构各部分原始参数、推导参数和部分特性参数见表 3-1 所示。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 图图 3-73-7 反铲机构自身几何参数的计算简图反铲机构自身几何参数的计算简图原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 表表 3-13-1 反产机构自身几何机构表反产机构自身几何机构表机构组成铲斗斗杆动臂机体参数分类符号意义原始参数L3=QV,l12=MHl13=MN,l14=HNl24=QK,l25=KVl29=KHl2=FQ,l9=EFl10=FG,l11=EGl15=GN,l16=FNl21=NQl1=CF,l6=CDl7=CB,l8=DFl22=BFl4=CP,l5=CAl17=CI,l19=CTl30=CS,l38=JTl39=JI推导参数9NMH10KQV4EFG5GNF6GFN7NQF8NFQ2BCF3DFC11CAP9TCPK2=,l392llK2=,l34142ll1CZF=57ll特性参数K2=,l3324llK1=21ll11备注l 斗杆长2l1动臂长1动臂弯角悬挂式11ACU原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 3.3.3 斗形参数的选择铲斗的参数选择图图 3-83-8 铲斗主参数示意图铲斗主参数示意图斗容量、平均斗宽，转斗挖掘半径和转斗挖掘装满转角qBR（这里令）是铲斗的四个主要参数。、及三者与之2maxRB2q间有以下几何关系（图 38） 。= (31)qSKBR)2sin2(212其中：0.25 m3 其中：=0.25m3铲斗斗容量；qq铲斗挖掘半径，单位m；R铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围，查表B261，取800mm；B 铲斗挖掘装满转角，一般取90100，取22951.658rad。2把、代入式(31)得：qB20.250.8（1.658sin95）212RSK原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 其中是土壤的松散系数，取近似值 1.25。SK解得：869mmR铲斗上两个铰点与的间距（图 37）太大将影响铲斗传动KQ24l特性，太小则影响铲斗结构刚度，一般取特性=0.30.38,取2k324ll0.340.34，=869mm1,2,3。2k324llR3.3.4 动臂机构参数的选择由于参数机重7.5 吨,根据国内外液压挖掘机有关设计标准，通G过类比法，选出铲斗容量0.25m3。q又根据经验公式计算法，参考表 1-3 机体尺寸和工作尺寸经验系数表，线尺寸参数:=mLiLik3G得出: 最大挖掘半径=3.35=6557mm；R13G 最大挖掘深度=2.05=4013mm；Hmax13G 最大卸载高度1.55=3034mm；Hmax33G据统计，最大挖掘半径值一般与+ + 的和值很接近。因R1l1l2l3此由要求，已定的和可按下列经验公式初选、：R13l1Kl1l2（3-l21311KLR2） =Kl1l2原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 其中：=6557mm；1.75；L3=869mmR11K经计算得出：=1750mm；l2 = 3720mml1在三角形 CZF 中，、和都可以根据经验初选出：1l13K其中：动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但降低了卸载高度，1但太小对结构的强度不利，一般取 120140，取140；1前面已算出为 3720mm；l1动臂转折处的长度比，一般根据结构和液压缸铰点 B 的位置3KZCZF来考虑，初步设计取1.11.3，取1.2；3K3K动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比 K4按不同情况选取，专用反铲可取0.8；以反铲为主的通用机，0.81.1；斗容量 1m3左右的4K4K通用机，则可取1。4K本设计中取1。4K的取值对特性参数、最大挖掘深度和最大挖高114KHmax1有影响。Hmax2加大会使减小或使增大，这下符合反铲作业要求，因此基11Hmax1本用作反铲的小型机取60。11原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 本设计中取70。11斗杆液压缸全缩时=最大，常选 （）CFQ832832=160180.max本设计中取（）170。832max图图 3-93-9 液压缸布置图液压缸布置图取决于液压缸布置形式， （图 3-9） ，动臂液压缸结构中这一BCZ夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼加耳座上，B 在 Z 的下面。初定BCZ5，根据已知ZCF18.1 ，解得BCF13.1。 由图 3-12 得最大卸载高度的表达式为+）211max11115Amax3sin(sinYHll 32118max1max322)180sin(ll（3-原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 4）由图 3-13 得最大挖掘深度绝对值的表达式为 AYllllH1152min111123max1sin)sin( （3-5）将这两式相加，消去，5l并令，+-，得到：A112BA8max32- -A)Hmax1Hmax3l1)sin(max1Asin(min1+-1=0 （3-2l)Bsin(max16）又特性参数：原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 图图 3-103-10 动臂机构简图动臂机构简图4Kmin11max1sinsin （3-7）因此sinmin114max1sinK=) （3-8）cosmin12124max12sin(1K原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 将上式代入式（3-6）则得到一元函数 f()=0。式中和max1Hmax1H已根据经验公式计算法求出，max3经计算得出：29.6；73.5min1max1最后由式（3-5）求为5l（3-9）5l11max1min1123sin)sin(HYAlllA615mm（其中：=3720mm；1750mm；70+13.1=83.1；由于履带总高1l2lA0.320.626，近似取=63mm）3GAY然后，解下面的联立方程，可求 和 ：=arcos()=arc()min1572min125272 llLll2122 =arcos()=arc() （3-10max1572max125272 llLll2222）于是：=min1L5l =x max1Lmin1L（3-11） =1Lmin1L经计算得出：1.63；0.67；=952mm；min1L152mm；=161mmmax1L7l原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 得到的结果符合下列几何条件：+=2.36；|- =0.9613.3.5 斗杆机构参数的选择计算斗杆挖掘阻力：斗杆挖掘过程中，切削行程较长，切土厚度在挖掘过程中视为常数，一般取斗杆在挖掘过程中总转角=5080,取65，在这转角gg过程中，铲斗被装满，这时半齿的实际行程为：grs601745. 0其中：斗杆挖掘时的切削半径，；6r6rFV取2.0680.8691750mmmaxFV32ll 斗杆挖掘时的切土厚度可按下式计算：ghSgBSKqh SgBKrq601745. 0斗杆挖掘阻力为： (312)sgggKrqKBhKW600101745. 0式中挖掘比阻力，由表 010查得，20（级土壤以下）0K0K土壤松散系数近似值取 1.25。sK斗杆与铲斗和之间，为了满足开挖和最后卸载及运输状态2l3lminFV的要求，铲斗的总转角往往要达到 150180，322min2322230cosllFVll原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 计算得：1385mmmin6rminFV把、代入式 3-12 得0Kqmin6rgsK2.546KN1,4sgggKrqKBhKW600101745. 03.3.6 连杆，摇臂参数的选择 从几何可容性与结构布置的角度对铲斗机构的要求考虑，必须保证铲斗六连杆机构在全行程中任一瞬间时都不会被破坏，即保证、3lGFN及四边形在任何瞬间皆成立。根据铲斗六连杆机构的要GNMHNQK求，借助电子计算机选出可行的方案5,6：HN=420mm； NQ=256mm； HK=360mm； QK=327mm3.4 小结 本章主要对工作装置的各个参数进行设计，其中包括铲斗的主要参数，斗杆，动臂的长度，以及其中各种角度的选择，一个四连杆机构参数的选择等。4 挖掘力的计算4.1 工作液压缸的理论挖掘力 挖掘力是衡量反铲装置挖掘性能的重要指标之一。关于挖掘力的概念目前国内尚无统一的定义，因此可比性较差。4.1.1 铲斗连杆机构的传动比利用图中铲斗连杆机构传动比计算简图计算其传动比。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 铲斗液压缸对 N 点的作用力臂为 r1=l4sin(a6+a10)连杆 HK 对 N 点的作用力臂为 r2=l4sin(a8)连杆 HK 对 Q 点的作用力臂为 r3=l2sin(a9)铲斗连杆机构总的传动比为 i=（r1 r3）/（r2 l1）4.1.2 铲斗液压缸的理论挖掘力反铲装置主要采用斗杆液压缸或铲斗液压缸进行挖掘。假定不考虑下列因素：工作装置自重和土重；液压系统和连杆机构的效率；工作液压缸的被压。工作液压缸外伸时由该液压缸理论推力所产生的斗齿切向挖掘力称为工作液压缸的理论挖掘力。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 图图4-14-1 铲斗液压缸理论挖掘力计算简图铲斗液压缸理论挖掘力计算简图如图，铲斗挖掘时铲斗液压缸的理论挖掘力为F=F1 (r1 r3)/(r2 l1)=F1 r式中 F1铲斗液压缸的理论推力，F1=p A3，A3为铲斗液压缸大腔作用面积，p为液压系统的工作压力因挖掘力是随着铲斗转角的变化而变化的，计算位置较多，为了减少计算量采用 软件编程计算各位置的挖掘力，并找到其最大挖掘力。C语言程序如下：#include#include#define 11 1200#define 12 405#define 13 350#define 14 510#define 15 450#define 16 1811#define a1 1.745#define a7 0.224#define F1 226822.99Main()FILE*fp;原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 Float I,17,a2,a4,a6,a8,a9,a10,r,r1,r2,b1,b2,r3,L3,F;For(i=2.966494;i=0;i=i-0.0175)a2=2*3.1415926-a1-i-0.870505;If (a2=3.1415926)a2=a1+i+0.87045;17=sqrt(pow(12,2)+pow(13,2)-2*12*13*cos(a2);a4=acos(pow(l3,2)+pow(l7,2)-pow(l2,2)/(2*l3*l7);a5=acos(pow(l4,2)+pow(l7,2)-pow(l5,2)/(2*l4*l7);a6=3.1415926-a5-a7;a8=acos(pow(l4,2)+pow(l5,2)-pow(l7,2)/(2*l4*l5);L3=sqrt(pow(l4,2)+pow(l6,2)-2*l4*l6*cos(a6);a10=acos(pow(L3,2)+pow(l6,2)-pow(l4,2)/(2*L3*l6);r1=l4*sin(a6+a10);b1=(3.1415926-a2-a4);b2=(3.1415926-a5-a8);r3=l2*sin(b2-b1);else if(a23.1415926)a2=2*3.1415926-a1-i-0.870405;l7=sqrt(pow(l2,2)+pow(l3,2)-(2*l2*l3*cos(a2);a4=acos(pow(l3,2)+pow(l7,2)-pow(l2,2)/(2*l3*l7);a5=acos(pow(l4,2)+pow(l7,2)-pow(l5,2)/(2*l4*l7);a6=3.1415926-a4-a5-a7;a8=acos(pow(l4,2)+pow(l5,2)-pow(l7,2)/(2*l4*l5);L3=sqrt(pow(l4,2)+pow(l6,2)-2*l4*l6*cos(a6);a10=acos(pow(L3,2)+pow(l6,2)-pow(l4,2)/(2*L3*l6);b1=(3.1415926-a2-a4);b2=(3.1415926-a5-a8);原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 a9=3.1415926-b1-b2;r1=l4*sin(a6+a10);r3=l2*sin(a9);r2=l4*sin(a8);r=r1*r3/(r2*l1);F=F1*r;printf(%fn,F);fp=fopen(j11.txt,a+);fprintf(fp,%fn,F);fclose(fp); return(i);4.2 铲斗挖掘阻力的计算铲斗挖掘时，土壤切削阻力随挖掘深度改变而有明显变化。经过试验表明，切削阻力与切削深度基本上成正比。但总的说前半过程切削阻力较后半过程高，因前半过程的切削角不利，产生了较大的切削阻力，对斗形切削刃所作的大曲率切削试验得到了同样结果，其切削阻力可以用下列公式表达。 17000)cos1 (501235. 1maxmax1XZABDkkkkRCF式中土壤硬实密实计打击次数，对级土壤，915，对级CC土壤，1635；本设计取15。CC铲斗与斗杆铰点齿尖距离，即铲斗的转斗切削半径，m；DR0.803m.DR 挖掘过程中总转角的一半，即最大转斗挖掘力位置， （） ；前max原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 面设计已得出47.5。max切削刃宽度影响系数，12.6b,b 为铲斗宽度 0.75m；BkBk2.95m；Bk切削角变化影响系数，取1.3；AkAk斗齿的影响系数，取0.75（无齿时取1） ；zkzkzk前边斗齿对地面倾斜角度的影响系数，取1.151；XkXk因计算位置较多，计算量较大，故采用计算机软件对其编程计算。 C语言程序如下：#include#includemain()FILE *fp;float b,c,i,F;for(i=0;i=1.66;i=i+0.0175) b=cos(0.830)/cos(0.830-i);c=120*(1-b);F=120*pow(c,1.35)*(1+2.6*0.97)*1.3*0.75*1.06+15000;printf(%fde%fn,i,F);fp=fopen(j2.txt,a+);fprintf(fp,%fn,F);fclose(fp); return(i);原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 4.3 理论挖掘力与挖掘阻力的比较分析 铲斗挖掘力、挖掘阻力以及传动比的关系如图 4-2 所示： 图图4-24-2 铲斗机构载荷曲线图铲斗机构载荷曲线图从图中可以看出铲斗机构的理论挖掘力能够完成对类土壤的挖掘要求。其中最大理论挖掘力约为95KN，符合小型挖掘机设计要求。由上表可以看出该工作装置的最大挖掘力可达到95KN，是同类型产品所不能达到的，具有一定的领先水平。4.4 小结 本章主要利用c语言编程来比较铲斗的挖掘里和挖掘阻力，结合传动比，最终得出它们三者关系的曲线图，使得简单明了。原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 5挖掘机液压系统的介绍按照液压挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合，称为挖掘机的液压系统。液压挖掘机的基本液压系统是由能使挖掘机完成基本作业动作并以手动控制为主的基本功能回路所构成的液压系统。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换成机械能，驱动负载做直线往复运动或回转运动。控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀） 、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方向不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压系统的主要内容是系统设计和液压元件选择。液压系统的合理设计，要满足机械传动要求、并考虑动作配合和运动速度，力求效率高，液压元件容易制造或购置，此外，还要保证工作安全可靠，操作简便，造价低廉和便于检修。因此，必须充分了解所设计挖掘机的工作条件、负荷大小与变化、动作特性、元件配套和三化要求等8,9。5.1 确定液压系统类型挖掘机的液压系统类型很多，习惯上是按主油泵的数量、功率调节方式和回路的数量来分类。一般有六种基本形式：单泵或双泵单回路定量系统；双泵双路定量系统；多泵多路定量系统；双泵双路分功率调节变量系统；双泵双路全功率调节变量系统