反铲式挖掘机挖掘机构设计

安徽工程大学本科安徽工程大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）专专 业：业： 车辆车辆 工程工程 题题 目：目：反铲式挖掘机挖掘机构设计反铲式挖掘机挖掘机构设计 BackhoeBackhoe diggingdigging institutionsinstitutions designdesign ofof anti-shovelanti-shovel excavatorexcavator作作 者者 姓姓 名名： 导导师师及及职职称称 ： 导师所在单位：导师所在单位： 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院 20122012 年年 6 6 月月 1616 日日安徽工程大学安徽工程大学本科毕业设计任务书本科毕业设计任务书20122012 届届 机械与汽车工程学院车辆工程机械与汽车工程学院车辆工程专业学生姓名：专业学生姓名： 毕业设计题目毕业设计题目中文：反铲式挖掘机挖掘机构设计中文：反铲式挖掘机挖掘机构设计英文：英文：Backhoe digging institutions design of anti-shovel excavator 原始资料原始资料一、设计任务:设计反铲式挖掘机挖掘机构，设计参数：斗容：0.4 立方米；整机重量 5 吨；发动机功率 60 千瓦。二、参考资料：1 同济大学等. 单斗液压挖掘机M. 北京：中国建筑工业出版社，19832 刘希平等 工程机械构造手册M. 北京：机械工业出版社3 何挺继，朝勇. 现代公路施工机械M.北京：人民交通出版社4 许福玲，陈尧明. 液压与气压传动M. 北京：机械工业出版社，20075 高鹏. 挖掘机工作机构设计D. 沈阳：辽宁工程技术大学6 金海薇. 液压挖掘机反铲装置的 CAD/CAM 研究D. 沈阳：辽宁工程技术大学7 在图书馆、网络上查找相关的教材、书籍和资料。 毕业设计（论文）任务内容毕业设计（论文）任务内容1、课题工程意义本选题培通过对挖掘机机构的设计，可以达到简化结构，减少易损件，传动性能改善，工作平稳、安全可靠，传动机构的布置更加合理紧凑，操作简便，灵活，易于实现三化，提高质量，降低成本，而且挖掘机的性能提高，工作装置品种扩大，提高挖掘机的传动效率。2、本课题研究的主要内容：挖掘机构总体方案设计；挖掘机构详细的机构运动学分析；各部分基本尺寸的计算与验证；机构中主要部件的结构设计；液压缸与液压系统设计。3、提交的成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）挖掘机构总体方案设计图和工作循环图；液压系统工作原理图，相关的计算程序。（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于 10 篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期接 受 任 务 书 日 期完 成 日 期接受任务书学生（签字）反铲式挖掘机挖掘机构设计摘 要反铲式挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。随着国家经济建设的不断发展，单斗挖掘机的需求量将逐年大幅度增长，其在国民经济建设中的作用将越来越显著。反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式，在工程实践中占有重要地位。反铲装置的各组成部分有各种不同的外形，要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。然后，在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算，确定各机构尺寸参数，确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。关键词：反铲式挖掘机；运动分析；机构设计；液压系统Backhoe digging institutions design of anti-shovel excavatorAbstractAnti-shovel dou excavator is a kind of important engineering machinery, widely used in building, road engineering, water conservancy construction, forestry development, port construction, national defense construction and the conditions of fortifications mining extraction industries, to reduce heavy manual labor, ensuring the quality of projects and accelerate the construction speed and improve labor productivity plays an enormous role. With the continuous development of national economic construction, dou excavator demand will greatly increase year by year, its role in national economic construction will become more and more prominent.The shovel device as a single dou excavator working device of a main form in engineering practice, occupies an important position. The shovel device of each component of a variety of different shape, according to the design requirements for the selection of the structure and kinematic analysis. Then, on the basis of the requirement of motion parameters of various institutions, organizations, and determine the size parameters of the shovel device determine excavator basic outline.Key Words: Anti-shovel excavator;Motion analysis;Insitiutions design;Hydraulic system目目 录录引言引言.8第第 1 章液压挖掘机的简介章液压挖掘机的简介.91.1 挖掘机的类型.91.2 液压挖掘机的基本组成和工作原理.101.3 反铲式挖掘机.11第第 2 章反铲式挖掘机传动机构的设计章反铲式挖掘机传动机构的设计.152.1 反铲式挖掘机传动机构方案的设计.152.2 反铲式挖掘机的运动分析.192.3 特殊尺寸.312.4 挖掘力的计算.34第第 3 3 章液压系统的设计章液压系统的设计.383.1 元件的选择.383.2 系统分析.39结论与展望结论与展望.41致谢致谢.42参考文献参考文献.43附录附录 A 图纸图纸.44附录附录 B 主要参考文献摘要主要参考文献摘要.45插图清单插图清单图 1-1 机械式单斗挖掘机.10图 1-2 连续作业式挖掘机.10图 1-3 单斗液压挖掘机.11图 1-4 液压挖掘机基本组成与传动示意图.12图 1-5 反铲式挖掘机.13图 1-6 液压挖掘机反铲装置 .13图 1-7 反铲式挖掘机机构简图.14图 2-1 整体式直动臂.16图 2-2 整体弯动臂.16图 2-3 整体式直动臂结构简图.17图 2-4 整体式弯动臂结构简图.17图 2-5 整体式斗杆.18图 2-6 组合式斗杆.19图 2-7 整体式斗杆结构简图.19图 2-8 组合式斗杆结构简图.19图 2-9 反铲式铲斗基本形式.20图 2-10 反铲式铲斗常用形式.20图 2-11 铲斗主要参数示意图.21图 2-13 反铲机构自身几何参数的计算简图.22图 2-15F 点坐标计算简图.24图 2-16 斗杆机构摆角计算简图.26图 2-17 铲斗连杆机构传动比计算简图.28图 2-18 斗齿尖坐标方程推导简图.30图 2-19 最大挖掘深度计算简图.33图 2-20 最大卸载高度计算简图.33图 2-21 最大挖掘半径及停机面最大挖掘半径计算简图.34图 3-1 双泵双回路液压系统图.39图 1 挖掘机液压原理图.44图 2 挖掘机运动方案图.45图 3 挖掘机运动循环图.46表格清单表格清单表 1-1 设计参数.14表 1-2 挖掘机机体尺寸与工作尺寸.15表 2-1 挖掘机机构的参数.23表 3-1 主油泵相关参数.38表 3-2 齿轮泵 CB-B20 相关参数.38引引 言言挖掘机被称为机械之王，在国家建设中起到举足轻重的作用。反铲式挖掘机只是挖掘机其中的一种，回顾我国挖掘机发展历史：我国的挖掘机生产起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为 1m3;的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联 20 世纪 3040 年代的W501、W502、W1001、W1002 等型机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史。由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂。1967 年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的 WYl00型、贵阳矿山机器厂的 W4-60 型、合肥矿山机器厂的 WY60 型挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的 WYl60 型和杭州重型机械厂的 WY250 型挖掘机等。它们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。至 20 世纪 80 年代末，我国挖掘机生产厂已有 30 多家，生产机型达 40 余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容有 0.12.5 m3等 12 个等级、20 多种型号，还生产0.5-4.0m3以及大型矿用 10m3、12m3机械传动单斗挖掘机，1m3隧道挖掘机，4m3长臂挖掘机，1000m3h 的排土机等，还开发了斗容量 O.25m3的船用液压挖掘机，斗容O.4m3、O.6 m3、0.8 m3的水陆两用挖掘机等。但总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，有很大的差距。改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进我国挖掘机行业的发展。其中贵阳矿山机器厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机器厂、长江挖掘机厂等分别引进德国利勃海尔(Liebherr)公司的A912、R912、R942、A922、R922、R962、R972、R982 型液压挖掘机制造技术。稍后几年，杭州重型机械厂引进德国德玛克(Demag)公司的 H55 和 H85 型液压挖掘机生产技术，北京建筑机械厂引进德国奥加凯(0&K)公司的 RH6 和 MH6 型液压挖掘机制造技术。与此同时，还有山东推土机总厂、黄河工程机械厂、江西长林机械厂、山东临沂工程机械厂等联合引进了日本小松制作所的PC100、PC120、PC200、PC220、PC300、PC400 型液压挖掘机(除发动机外) 的全套制造技术。这些厂通过数年引进技术的消化、吸收、移植，使国产液压挖掘机产品性能指标全面提高到 20 世纪 80 年代的国际水平，产量也逐年提高。由于国内对液压挖掘机需求量的不断增加且多样化，在国有大、中型企业产品结构的调整，牵动了一些其他机械行业的制造厂加入液压挖掘机行业。近年来，随着基础设施建设力度在全国各地的日益加大，中国挖掘机市场进入蓬勃发展阶段，亟须掌握专业知识技能的优秀挖掘机操作手。 ”中国工程机械工业协会会长祁俊日前指出，我国堪称“世界上最大的建设工地”，我国挖掘机市场也进入高速发展阶段。与此同时，挖掘机的节能降耗的重要性也愈发明显。节能环保成工程机械发展方向：节能减排、绿色环保已成为每个行业的热点话题，工程机械行业也不例外，中国工程机械企业纷纷推出蕴含“技术创新”、 “环保”、 “再制造”等概念的新产品，意味着整个行业向绿色、智能转型的同时，节能减排、绿色环保已经渗入到整个行业的发展中。第第 1 章章 液压挖掘机液压挖掘机1.1 挖掘机的类型 挖掘机械的类型与构造形式繁多，可按照挖掘工作原理与过程、用途、构造特征进行划分。 按照用于，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、内燃机驱动和符合驱动等，以一台发动机带支挖掘机全部机构为单机驱动式，以若干发动机分别带动各个主要机构为多驱动式。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，对于机械挖掘机有：正铲、反铲、拉铲和起重吊钩等以下如图所示挖掘机基本类型：1 图 1-1 机械式单斗挖掘机2 图 1-2 连续作业式挖掘机3 图 1-3 单斗液压挖掘机1.2 液压挖掘机的基本组成和工作原理液压挖掘机的种类很多，单斗液压挖掘机算是其中一个代表,如图 1-4。单斗挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。它是在机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的，是目前挖掘机中重要的品种。它的作业过程是以铲斗的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗装满后提升，回转至卸土的位置进行卸土，卸空后铲斗再回转并下降到挖掘面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移位，以便继续工作，因此，是一种周期作业的自行式土方机械。1.2.1 单斗液压挖掘机的基本组成单斗液压挖掘机为了实现以上周期工作，液压挖掘机必须有以下基本结构：工作装置、回旋机构、传动装置（液压部分） 、操作装置、行走装置等。单斗液压挖掘机基本组成：由转台及转台上部的结构、底架及行走系、工作装置等三大部分组成。回转平台：由回转平台、液压传动装置、伺服操纵装置、动力装置、司机室、空调系统、电器系统等组成。 工作装置：由动臂、斗杆、铲斗、连杆、摇杆、油缸等组成。行走装置：由车架、支重轮、托链轮、导向轮、张紧装置、履带、行走机构、回转接头等组成 。 动作（五个动作及其复合）动臂升降、斗柄转动、挖斗转动、转台回转及行走。1.2.2 单斗液压挖掘机的工作原理液压挖掘机与机械挖掘机的主要区别在于传动装置的不同，以及由于传动的改变而一起的工作装置机构形式的不同。液压挖掘机的液压传动系统由液压泵、液压马达、液压缸、控制阀及油管等液压元件组成。并且采用液压分配器及各种控制阀来控制各种机构的运动。图 1-4 所示为液压挖掘机基本组成及传动示意图。如图所示，柴油机驱动两个液压泵，把高压油输送给两个分配阀，操作控制阀，将高压油再送往有关液压执行元件（液压缸或液压马达）驱动相应的机构工作。液压挖掘机的工作原理采用连杆机构原理，而各部分的运动则通过液压缸的伸缩来实现。图 1-4 所示为液压挖掘机最常用的工作装置反铲装置。它由铲斗 1、斗杆 2、动臂 8、连杆 4 以及相应的三组液压缸 5、6、7 组成。动臂下铰点铰接在转台上，利用动臂液压缸的伸缩，使动臂绕动臂下铰点。挖掘作业时，接通回转机构液压马达，转动上部转台，使工作装置转到挖掘地点，同时操纵动臂液压缸，小腔进油液压缸回缩，使动臂下降至铲斗接触挖掘面为止，然后操纵斗杆液压缸和铲斗液压缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。斗装满后，将斗杆液压缸和铲斗液压缸停动并操纵动臂液压缸大腔进油，使动臂升离挖掘面，随之接通回转马达，使斗转到卸载地点，再操纵，斗杆和铲斗液压缸回缩，使铲斗反转进行卸土。卸完后，将工作装置转至挖掘地点进行第二次挖掘工作。4 图 1-4 液压挖掘机基本组成与传动示意图1铲斗； 2斗杆 ；3动臂； 4连杆 ；5、6、7液压缸；挖掘装置 ；回转装置；行走装置； 1.3 反铲式挖掘机反铲式挖掘机是最常见的挖掘机一种，广泛用于建筑领域，主要用于平整路面、深挖基坑等。以下我们介绍一下反铲式挖掘机。图 1-5 为反铲式挖掘机5 图 1-5 反铲式挖掘机1.3.1 反铲式挖掘机的反铲装置反铲装置是中小型液压挖掘机的主要工作装置。如图 1-6 所示。目前广泛应用的斗容在 1.6m3以下。6图 1-6 液压挖掘机反铲装置1-动臂；2-斗杆；3-铲斗；4、5、6-动臂、斗杆及铲斗液压缸；7-连杆机构液压挖掘机反铲装置由动臂 1、斗杆 2、铲斗 8 以及动臂液压缸 4、斗杆液压缸5、液压缸 6 和连杆机构 7 等组成。其构造特点是各部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中的各种动作。反铲式挖掘机的机构简图7 图 1-7 反铲式挖掘机机构简图自由度的计算活动构件数 n=9 低副 PL=12 高副 PH=0厡动机件有 3自由度 F=3n-2PL-PH (1-1) =39-212=3 1.3.2 反铲式挖掘机主要参数及参数选择液压挖掘机主要参数中最重要的参数有三个，即斗容、整机重量、和发动机功率。标准斗容量：指挖掘机三级或容量为 18000 N/m3的土壤时，铲斗堆尖时的斗容量。为充分发挥挖掘机的挖掘力，对于不同等级或容量的土壤可以配备相应不同的斗容量的铲斗。整机重量：是指带标准反铲或正铲工作装置和标准行走装置时的整机工作质量。发动机功率：指发动机的额定功率（12 小时工作） ，即正常运转条件下本身消耗以外的输出净功率。由设计任务书给出以上主要参数：斗容：0.4 立方米；整机重量 5 吨；发动机功率 60千瓦。 参考卡特 CT85-7B 挖掘机参数设定挖掘机的参数如下1 表 1-1 设计参数铲斗容量整机重量发动机功率0.4m5t60KW尺寸参数的选择以液压挖掘机的机重为指标，用以下公式近似确定：线尺寸参数：Li=kli3G面积参数：Si=ksi32G体积参数： Vi=kviG (1-2)式中， kli，ksi，kvi分别是各个线向、面积、体积尺寸经验系数，查单斗液压挖掘机表 1-4。列计算后所得机体尺寸和工作尺寸数据在下表。2 表 1-2 挖掘机机体尺寸与工作尺寸名 称尺寸（米）名 称尺寸（米）履带接地长度2.35轨距1.36司机室顶高1.7转台离地高0.68尾部半径1.624机棚高1.36最小离地间隙0.24履带宽0.50臂铰与油缸铰距0.548履带总高0.48臂铰离地高1.111臂铰离回转中心0.37前部离回转中心0.60动臂长度3.00斗杆长1.36铲斗长0.85第二章第二章 反铲式挖掘机传动机构的设计反铲式挖掘机传动机构的设计 2.1 反铲式挖掘机传动机构方案的设计2.1.1 挖掘机动臂选择 8 图 2-1 整体式直动臂9 图 2-2 整体弯动臂整体式动臂有直动和弯动两种,如下为整体式直动臂与弯动臂的结构简图10 图 2-3 整体式直动臂结构简图11 图 2-4 整体式弯动臂结构简图如上图分析可知整体式直动臂的自由度 F1=38-210-1=3整体式弯动臂的自由度 F2=3n-2PL-PH (2-1) =39-212=3 采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置常见的如图（2-2）整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意。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。为了扩大机械的通用性，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，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。整体式弯动臂与整体式直动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：1. 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随时进行无级调节。2. 较合理地满足各种类型的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变化问题。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工作装置的要求，不需要拆换。3. 装车运输比较方便。由于上述优点，组合式动臂结构比整体式动臂复杂，但得到较广泛的应用。以中小型通用液压挖掘机作业条件多变时采用整体式弯动动臂较为合适。如图 2-2 所示。2.2.2 确定斗杆结构形式斗杆有整体式和组合式两种，如下图分别是整体式和组合式斗杆的简图12 图 2-5 整体式斗杆13 图 2-6 组合式斗杆14 图 2-7 整体式斗杆结构简图15 图 2-8 组合式斗杆结构简图整体斗杆的自由度 F1=2, 组合式斗杆自由度 F2=3n-2PL-PH=1 (2-2)由于组合式斗杆通用性比较好，自由度为 1，所以选择组合式斗杆2.1.2 定铲斗的结构形式和斗齿的安装结构一，基本要求：1.装设斗齿，以增大铲斗对挖掘物料的线比压，斗齿及斗形参数具有较小的削阻力，便于切入及破碎的土壤。斗齿应该耐磨、易于更换。2.为使装进铲斗的物料不易掉出，斗宽与物料直径之比应大于 4：1.3.物料易于装卸干净，缩短卸载时间，并提高铲斗有效容积。反铲式的铲斗的形状、尺寸与其作业对象有很大的关系。为了满足各种挖掘业的需要，在同一台挖掘机上可配以多种结构型式的铲斗。图 2-9、图 2-10 分别为反铲用铲斗的基本形式和常用形式。16 图 2-9 反铲式铲斗基本形式17 图 2-10 反铲式铲斗常用形式二，斗型参数的选择斗容量 q，平均斗宽 B，转斗挖掘半径 R 和转斗挖掘装满转角 2（这里令 max）是铲斗的四个主要参数。R、B 及 2三者与 q 之间有以下几何关系（图 2-11）18 图 2-11 铲斗主要参数示意图q= （2-3）21(2sin2 )2SR BK式中土壤松散系数 KS的近似值取 1.25.因我国标准斗容量 q 指堆尖容量，所以装满系数可以不再考虑。令 q=0.4,R=0.7, 2=90，则由（2-3）可以求出 B=1.46。显然，B 过大会造成最大挖掘阻力和转斗挖掘能容量 E 增大，不利于提高效率。于是增大R，使 R=0.96 得出 B=0.78，合适。 2.2 反铲式挖掘机的运动分析反铲装置的具体结构型式虽多，但常见的只有十几种，按运动分析，其中有实质差别的机构型式不过几种，且它们之间还存在着许多共同点。有些不同点在运动学上还能以通用的数学表达式表示。现介绍一种通过直角坐标系对典型结构型式作运动分析的方法，以便借助于电子计算机进行方案比较和参数的选择。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当于处于一个确定的几何位置。如图 2-12 设计平面直角坐标系，使 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 XV就表示挖掘半径，Y 坐标值 YV为正值时就表示挖掘高度，为负值时表示挖掘深度。必须注意，当 L1 、L2和 L3为一组定值时只有一组XV和 YV值与其对应，反之对于 XV和 YV的一组定值却有许多组 L1L2和 L3与其相应。图 2-12 设计平面直角坐标系2.2.1 机构自身几何参数机构自身几何参数有:第一类是决定机构运动特性的必要参数,称为原是参数,这里主要选择长度参数作为原是参数;第二类是由第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;第三类是作为方案分析比较所需要的其他特性参数。反铲机构自身的几何参数的计算简图及其有关符号如图 2-13 所示。19 图 2-13 反铲机构自身几何参数的计算简图3 表 2-1 挖掘机机构的参数 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=MH,l13=MN,l14=HNl24=QK,l25=KV,l29=KHl2=FQ,l9=EF,l10=FG,l11=EG,l15=GN,l16=FN,l21=NQl1=CF,l6=CD,l7=CB,l8=DF,l22=BFl4=CP,l5=CA,l17=CI,l19=CT,l30=CS,l38=JT,l39=JI推导参数1=NMH10=KQV4=EFG6=GNF9=GFN7=NQF8=NFQ2=BCF3=DFC11=CAF12=TCP2.2.2 动臂运动不难列出动臂上任意一点的坐标方程。现在以 F 点为例，由图 2-15 得10=BCU=111= （2-4）2227511175arccos()2llLll20 图 2-14 动臂摆角范围计算简图21 图 2-15F 点坐标计算简图动臂机构参数的选择与计算选取动臂弯角 1=120，取动臂特性参数 K3（K3=）=1.24241ll取 K1（K1为动臂长/斗杆长 K1=）=1.8，根据最大挖掘半径一般与动臂长、斗杆12ll长和铲斗长的和值相等=（m）R11235.21lll12l =3.00,l =1.36m （2-5）141233123.001.58112cos1 1.22 1.22llKK m （2-6）423411.2 1.581.896lKl39=ZFC=27.41 （2-7）22242141421arccos2lllll2221.8963.001.58arccos2 1.896 3.00在三角形 ZCF 中ZCF=33取 K4=0.96,11=60,l5=0.665m基本用于反铲。斗杆全缩时FQV 为最大值，取为 160。考虑结构尺寸、运动余量、稳定性构件运动幅度等因素，取,7.1130min1 因： (2-8)min11max14sinsink得：1max=125 又因： （2-9）)21(cos221min1 （2-10）)21(cos22121max1得： 1065.2,9129.2符合下列几何条件： （2-11）1,1即得： 977.0sin1150lHYA （2-12）751.939ll （2-13）1min51.403Ll （2-14）1max11min2.384LL这样，动臂机构的全部参数初步选出2.2.3 斗杆的运动斗杆的位置参数是 L1和 L2的函数。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的性质类似，它们都是四连杆机构，但连杆不同，在动臂机构中一般 L7L5,斗杆机构中一般 L990三、马达的选择回转马达和行走马达（在上述设计中已选定）型号均为 GQM16-1600。四、发动机的选择 由于变量系统油泵经常在满载或超载情况下工作，功率利用系数比较高，为了保证功率储备，同时考虑到辅助设备的动力消耗，取发动机功率：yNN25. 178.91 （马力）(1 马力等于 0.7457122KW) （3-2）查相关资料，采用 4120F 型电动机。五、主油管管径的计算挖掘机液压系统主油管路的油液流速取为 8m/s。81006010004Qd=1.8 cm （3-3）六、油箱容量的计算油箱为开式，容量取为油泵总流量的 1.5 倍。QV25 . 1=3.75 L （3-4）3.2 系统分析由电动机驱动液压油泵,向工作装置、转台回转机构和行走装置的执行元件输送液压油。工作装置包括动臂、斗杆和铲斗，分别由液压缸驱动；回转机构和行走装置由液压马达驱动。其工作循环是：以铲斗切削土壤，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，开始下一次作业。液压系统为双泵双回路液压系统。根据挖掘机的作业要求，各个动作的符合大小和动作配合，将执行元件合理分组是设计双泵双回路系统的重要环节。例如履带式液压挖掘机的左、右履带要求有独立的驱动，以保证机械能够克服左、右履带的不同阻力，基本上实现直线行走、转向和原地转弯。又如，挖掘作业时，转台回转和满斗动臂提升需要同时进行，也有希望有独立的驱动。单斗液压挖掘机有六个主要执行元件，即动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转马达和两个行走马达，通常按三、三分组，即每三个元件构成一个独立回路。如图所示为 3-1 双泵双回路液压系统图28 图 3-1 双泵双回路液压系统图如图 3-1 所示泵 1 和泵 2 各自构成并联回路，两个主回路有一条共同的回油回路第一回路：左行走马达，回转马达，铲斗液压缸第二回路：右行走马达，动臂油缸，斗杆液压缸二、同步操作当两主泵分别供油时，整个液压系统可实现同步操作：回转与动臂、斗杆同步；铲斗分别与动臂、斗杆同步。三、辅助元件回路中均设有过载安全阀和单向补油阀。主油路进油路上均设有单向阀保压和防倒流。液压油回油箱油路上设有冷油用的冷油器，以及防止油路堵塞的全流量滤清器。结论结论与展望与展望这次我的毕业设计是挖掘机挖掘机构设计，虽然挖掘机很常见但我一直没对它在意，甚至连它上面的部件名称我都不知道，在拿到题目时我感觉一片茫然不知所措，开始找的资料有些太深奥我根本就看不懂，感觉大脑一片混乱，我才知道自己的水平处于什么位置。但我不灰心一边看不懂就看两遍不行再看，慢慢的就清晰了。这次设计综合了大学四年的大多课程具有很强的综合性，这些天我把相关课程又系统复习了一遍，感觉这些课程学得再好也未必就能做好毕业设计。这次设计的难点就是各个尺寸的确定，其中一些是根据经验公式得来的比较可靠。在作图过程中我往周边工地上跑了好几次看看挖掘机工作装置的构造，它们的结构形状，尽管如此有些内部结构也看不到，所以在设计图中有些结构不完美。这次设计内容很多，计算量很大，花费时间多，没有一本书能把所有重点内容包括在内，我就想是否可以开发一种软件，直接告诉它工作要求，它便能很快生成符合要求的最佳产品，大大减少设计时间，极大提高了生产率，我不知道这是否算瞎想，只是希望将来能有这样一种大型软件诞生。我觉得现在挖掘机还不够完美，如果能找到一种新型超轻材料代替动臂、斗杆、铲斗，机身重一点那么它的挖掘能力定会大大提高。只是自己现在做不到，希望自己将来能在这些方面做一点贡献。这次设计为我继续读研究生打下了坚实的基础。通过这次设计我学到了很多知识，第一次完全独立的完成设计，没有模板，没有同学讨论，有问题只能问老师或者上网搜。我喜欢毕业设计，它特别能锻炼人多方面的能力，我喜欢这种感觉，但我知道自己的毕业设计做的不够好，当中还是存在诸多问题的，并且这次设计还是在借鉴前人基础上的，我觉得自己还差得很远。但这也让我更加认识自己的不足之处，成为我今后努力奋斗的动力。以后我将更加努力学习使自己的专业水平能不断提高，将来能够做一名好的机械设计人员，为我们的国家贡献自己的一份力量。参考文献参考文献1同济大学,太原重型机械学院等编著. 单斗液压挖掘机M. 北京：中国建筑工业出版社, 1983:P59-1112高衡,张全根. 液压挖掘机M. 北京：中国建筑工业出版社, 1981:P45-663颜荣庆，李自光,贺尚红. 现代工程机械液压与液力系统基本原理、故障分析与排除M. 北京：人民交通出版社, 2001:P16-514颜荣庆主编. 液压与液力传动M. 北京：人民交通出版社, 1988：P12-215许福玲，陈尧明主编. 液压与气压传动M. 北京：机械工业出版社, 2007.5：P38-776官忠范主编. 液压传动系统M. 北京：机械工业出版社, 1996:P17-257陈桂芳主编. 液压与气动技术M. 北京：北京理工大学出版社, 2007.2:P27-418粱俊有，李洪波. CAD 工程设计M. 呼和浩特： 远方出版社, 2005.8：P103-1989 何清华，张新海，张大庆 . 液压挖掘机工作装置仿真研究J. 系统仿真学报，2006，18（3）：11-1310 黄宗益. 液压挖掘机分工况控制J. 建筑机械，1998，1（2）：12-411 Ljubisa Papic. Statistical Safety Analysis of Maintenance Management Process of Excavator UnitsJ. International Journal of automation，2000，22（3）：12-512 GU Jun，SEWARD Derek. Digital Servo Control of a Robotic ExcavatorJ. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2009，22（2）：15-413 HE Qing-hua HE Xiang-yu ZHU Jian-xin. Fault detection of excavators hydraulic system based on dynamic principal component analysisJ. Journal of Central South University of Technology, 2008, 15(5) :10-814 Q.P. Ha ；Q.H. Nguyen ；D.C. Rye. Impedance control of a hydraulically actuated robotic excavatorJ. Automation in Construction, 2000, 9(56):13-4 15刘鸿文. 材料力学M. 北京：高等教育出版社. 2001:P112-12816勇主编. 现代公路施工机械M 北京：人民交通出版社. 1999:P66-7417 文九巴主编. 机械工程材料M 北京：机械工业出版社. 2002.7:P131-17418 侯洪生. 机械工程图学M 北京： 科学出版社,2001：326-332致谢致谢经过两个月的毕业设计，从一片茫然，到排除重重困难，最后终于完成此次设计任务。我的课题是在任海军老师的指导下完成的，在设计过程中李老师给了我很多宝贵的建议，在设计遇到困难我产生挫折、懈怠情绪时，他会给我鼓励然后对所遇困难给些建议。任老师的帮助使我从一片茫然到欢喜鼓舞，从不懂到理解，渐渐了解课题的设计步骤和程序。他高尚的品德、渊博的知识、开阔的视野、灵活的思维和严谨的治学态度，给我留下了深刻的印象，并将影响我以后的工作、学习。所以在此首先我要对任老师表示衷心的感谢。其次，应该感谢我的同学，在这次设计过程中他们在 CAD 绘图方面给了我些帮助。这次设计也是毕业前的最后一次设计，很高兴我选择了单斗挖掘机工作装置的课题，它使我学到了很多知识，也为我继续读研打下了很好的基础。最后，学生向在四年中默默无闻地教授我们知识的各位老师和在百忙之中评阅本论文的各位老师表示衷心的感谢。附录附录 A A 图纸图纸29 图 1 挖掘机液压原理图30 图 2 挖掘机运动方案图31 图 3 挖掘机运动循环图附录附录 B B 主要参考文献摘要主要参考文献摘要1同济大学,太原重型机械学院等编著. 单斗液压挖掘机M. 北京：中国建筑工业出版社, 1983:P59-111摘要 单斗液压挖掘机介绍了液压挖掘机的发展历史、技术现状及发展趋势，对单斗液压挖掘机的结构特点、工作原理及液压系统进行了全面阐述和详细介绍。利用矢量力学和矩阵方法重点对单斗液压挖掘机反铲工作装置的几何运动关系、工作装置设计方法、挖掘包络图的绘制、整机挖掘力的计算、整机稳定性分析、部件的受力分析和强度分析进行了阐述，推导了相应的分析计算公式，这些公式更加适合于计算机编程运算。在此基础上，借助于独立研发的挖掘机分析软件“EXCA”对实例机型进行了详细分析；最后详细介绍了国际和国家标准中对液压挖掘机的试验规范、试验内容和试验方法。2高衡,张全根. 液压挖掘机M. 北京：中国建筑工业出版社, 1981:P45-66摘要 液压挖掘机详细介绍了液压挖掘机的工作装置、回转机构、回转支承、行走装置、液压系统及其他辅助装置的结构特点、工作原理、设计方法、分析手段以及当今挖掘机上所采用的国际先进技术。本书运用了现代设计理论和方法对挖掘机的结构设计和性能分析方法进行了系统阐述，推导出了一系列分析计算公式，给出了工作装置、回转和行走机构及液压系统的具体设计方法和步骤，并通过自行研发的计算机软件（EXCA)对实例机型进行了分析验证，得出了一系列具有工程参考价值的分析结果4颜荣庆主编. 液压与液力传动M. 北京：人民交通出版社, 1988：P12-21摘要 液压与液力传动围绕液压与液力传动的油液的静力学和动力学等特性、关键零部件的基本结构和原理、基本液压回路的组成和特点以及典型液压系统的设计与计算，系统论述了液压与液力传动的基本理论，介绍了工程应用实例。全书共分 10 章，包括绪论、液压流体力学基础、液压泵与液压马达、液压缸、液压控制阀、液压辅助装置、液压基本回路、现代液压控制技术基本知识、典型液压系统分析和液压系统的设计计算。液压与液力传动以学生为本，内容叙述力求深入浅出。各章节的开始增加了“本章学习目标”、“本章教学要点”、“本章学习方法”和“导入案例”；中间部分有“应用案例”分析；最后部分编排有“小结”和“综合练习”。液压与液力传动内容丰富、系统，图文并茂，实用性强，结合了编者最近几年的科研成果实例，并增加了液压传动行业最新技术成果的介绍。6官忠范主编. 液压传动系统M. 北京：机械工业出版社, 1996:P17-25摘要 液压传动系统(第 3 版)讲述了液压传动的工作原理、工作特征和基本液压回路的组成、功能及特性；对阀控缸(马达)、泵控缸(马达)几种调速回路，压力、流量、功率适应回路，节能回路，蓄能器回路和几类典型液压系统的性能及其应用进行了较深入的分析；比较系统地阐述了液压系统设计计算方法并有实例加以说明；有专门章节介绍液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行等几个主要问题的治理方法；每章都配有较多的例题和习题，便于巩固所学理论知识。7陈桂芳主编. 液压与气动技术M. 北京：北京理工大学出版社, 2007.2:P27-41摘要 液压与气动技术(第 3 版)共分 15 章，主要讲述液压与气压传动的基础知识、液压元件、液压基本回路和系统、气源装置、气动元件、气动基本回路以及气动程序控制系统的分析与设计等。液压与气动技术在编写过程中，强调以应用能力培养为主线，基础理论以“够用”为度，同时力求反映我国液压与气压传动发展的最新情况。液压与气动技术在内容选取上尽量贴近工程实践，编写了液压系统的故障诊断、使用维护和排除故障方面的内容，切实做到用理论指导实践，用理论知识分析问题和解决问题。8粱俊有，李洪波. CAD 工程设计M. 呼和浩特： 远方出版社, 2005.8：P103-198摘要 本书是指导初学者学习 AutoCAD 2008 文版的入门书籍。书中详细地介绍了初学者必须掌握的基本知识、操作方法和使用步骤，并对初学者在使用 AutoCAD 2008 文版时经常碰到的问题进行了专家级的指导，以避免初学者在起步与提高的过程中走弯路。本书首先对 AutoCAD 2008 文版进行了简单介绍，包括其性能、安装、配置和使用的基本知识；然后重点介绍了有关 AutoCAD 2008 文版绘图的内容，包括基本绘图命令、图形编辑命令、尺寸标注、文本注释、图块、三维造型和图像处理等；接下来介绍了 AutoCAD 的辅助功能、二次开发和其他高级技术；最后通过实际应用，让读者在掌握绘图技术的基础上，学会绘制工程图的一般方法和技巧。本书充分考虑了初学者的实际需要，在介绍 AutoCAD 2008 文版使用的同时，精讲了 52 个实例以加深对知识的理解，着重提高读者的自学能力。本书配套光盘包括所有实例的素材、最终结果和多媒体教学软件，并配以同步讲解，以便更好地帮助读者快速掌握 AutoCAD 2008 文版的使用方法。15刘鸿文. 材料力学M. 北京：高等教育出版社. 2001:P112-128摘要全书共分 18 章。第 I 册为材料力学课程的基本内容，包括：绪论，拉伸、压缩与剪切，扭转，弯曲内力，弯曲应力，弯曲变形，应力和应变分析、强度理论，组合变形，压杆稳定，以及平面图形的几何性质等。第册为材料力学较为深入的内容，包括：动载荷，交变应力，弯曲的几个补充问题，能量方法，超静定结构，平面曲杆，厚壁圆筒和旋转圆盘，矩阵位移法，杆件的塑性变形等，供有需要的专业选用。16勇主编. 现代公路施工机械M 北京：人民交通出版社. 1999:P66-74摘要 目前，国产刀具材料有四种类型。A 型：铬钼合金钢刀体加焊硬质合金刀片。B 型：耐磨高合金钢精铸后水韧处理。C 型：合金钢刀体刃部熔铸耐磨合金材料。D 型：高碳合金钢精铸后热处理。国内拌和机的使用经验表明，用高锰钢材料加工这种刀具并进行适当热处理，不仅增强了刀具的耐磨性，而且具有一定的冲击韧性，使用寿命较长。刀具是最易损坏的构件，在某些工况下，刀具寿命甚至只有十几小时。实际应用中刀具是需要经常更换的，因而刀具安装的难易程度对机械的使用效率影响很大。图 3_9 为刀具安装固定的几种形式。如图 3-9a）所示，借助插入垫板，利用楔形结构可以将刀具固定在刀臂上。安装时，先将插入垫板的突出部位嵌入刀具尾部的相应槽内，然后将刀具和插入垫板一起打入楔形槽内，再把伸出刀柄外插入垫板部分横向弯过来，就可以防止刀具脱落。这种固定利用了土壤对刀把上的楔面产生的离心力使刀具紧固，拆卸颇为方便。图 3-9b）是把刀具直接通过螺栓固定在刀臂上。拌和机在拌和加有沥青、水泥、石灰等稳定剂的稳定土时，用螺栓直接固定刀具，往往会使螺栓的螺纹被黏死，拆换时相当困难。图 3-9c）为另一种安装结构形式刀库固定，将刀片直接斜插入焊在刀盘上酌刀库内，刀库由外面穿人两个固定螺栓，刀片上有两个缺口，当刀片插入刀库后，转动一个角度，两个螺栓即可通过两个缺口把刀片固定。然后在刀库外面穿人一个开口销，把刀片挡住。在拌和过程中，切削阻力由刀片直接传给刀库，螺栓和开口销均不是主要受力件。换装时，只需把开口销抽出，斜着即可取出刀片。这种固定方式改善了工作条件，节省了拆换时间。3）转子罩壳罩壳不仅仅形成一个封闭的空间以保护周围的工作人员不被转子抛出的块状物击伤和防止尘土飞扬，而且在很大程度上影响着稳定土的破碎及拌和均匀性。从破碎角度讲，希望转子拌铲抛起的土块都能与罩壳内壁相碰，以增强破碎效果；从拌和均匀性的角度来看，希望稳定剂与土块能有较大的接触空间，以保证与稳定剂能更好地混合。因此，存在着一种最佳的罩壳几何形状和尺寸，使稳定土的破碎与拌和达到最佳效果。稳定土拌和机的罩壳一般用薄钢板和型钢焊制而成，主要由沿着转子整个圆周将转子遮盖起来的横向半圆筒、两个侧壁、后部的尾板和两块履板（分土板）组成。履板（分土板）用螺栓固定在每一侧壁的下面。为了提高半圆筒的刚度，在半圆筒上焊有两排槽钢。同样，在侧壁上也有两道槽钢，而且侧壁是用比横向圆筒更厚的钢板剞成的，以确保其强度。后部的尾板是铰接在罩壳上的，它的开启和关闭由尾板液压缸控制。尾板的主要作用是刮平拌好的铺层，并根据不同工况调整平整厚度。罩壳相对于转子轴的关系有两种类型：浮动式和固定式。浮动式罩壳无论转子处于何种拌和位置，罩壳都自由地放置在地面上，能可靠地封闭工作室。固定式罩壳是刚性固定在转子轴壳上的，随转子一同升降。在工作状态下，转子通过升降液压缸放下来，罩壳便支撑在地面上，此时转子轴颈则借助于罩壳两侧长方形孔内的深度调节垫块支撑在罩壳上。因此，在自身重力和转子重力的共同作用下，罩壳紧紧地压在地面上形成较为封闭的工作室。17 文九巴主编. 机械工程材料M 北京：机械工业出版社. 2002.7:P131-174摘要 机械工程材料分 9 章，系统地介绍了工程材料及其性能指标、金属学基础及铁碳合金、碳素钢及铸铁、钢的热处理、合金钢及硬质合金、有色金属及其合金、非金属材料及新型材料、机械工程材料的选用、零件毛坯成型工艺基础，书末还附有 4 个简明的选做实验。机械工程材料是作者在总结多年教学经验并结合国家高等职业教育教学改革及学院示范院校建设基础上组织编写的，良好地体现了“必需、够用和少而精”的原则，删减理论、整合内容、突出基本应用，最大特色为教师、学生“双轻松”-“教师愉快教”与“学生快乐学”。18 侯洪生. 机械工程图学M 北京： 科学出版社,2001：326-332摘要 机械工程图学参照教育部工程图学教学指导委员会工程图学课程教学基本要求，吸收了山东轻工业学校及兄弟院校近几年的教学改革成果，并适当考虑了工程图学的发展要求编写而成。机械工程图学的主要內容包括传统工程制图理论：制图的基本知识，点、直线及平面的投影，立体的投影，回转体表面的截交线和相贯线，组合体的视图，轴测图，机件的常用表达方法，标准件和常用件，零件图，装配图等，另外还介绍了 AutoCAD 绘图基本知识、三维造型软件等内容