20070403286_鄭永梅_履帶式挖掘機(jī)工作裝置及上部轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)

1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 履帶式挖掘機(jī)工作裝置及上部轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)自0708 學(xué) 生 鄭永梅 學(xué) 號(hào) 20070403286 指導(dǎo)教師 王艷芳 二一一年 五 月 三十一 日- 2 -濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要iabstractii1 前言11.1 挖掘機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.2 選題的目的及意義21.3 選題內(nèi)容22 挖掘機(jī)主要類型特點(diǎn)及參數(shù)42.1 挖掘機(jī)主要類型特點(diǎn)42.2 挖掘機(jī)主要參數(shù)53 工作裝置設(shè)計(jì)73.1 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)73.1.1 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇73.1.2 校核動(dòng)臂力矩特性83.2 斗桿機(jī)構(gòu)103.3 鏟斗機(jī)構(gòu)11

2、3.3.1 基本參數(shù)的選擇113.3.2 斗形參數(shù)的選擇113.4 最大卸載高度、最大挖掘深度和停機(jī)面最大挖掘半徑的計(jì)算123.5 挖掘力的計(jì)算143.5.1 工作油缸的理論挖掘力143.5.2 整機(jī)的理論挖掘力143.6 挖掘范圍154 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.1 元件的選擇174.2 系統(tǒng)分析185 上部轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)195.1 回轉(zhuǎn)支承的選擇195.2 負(fù)荷能力的計(jì)算195.3 連接螺栓計(jì)算195.4 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算205.4.1 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩計(jì)算205.4.2 回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩計(jì)算215.4.3 回轉(zhuǎn)風(fēng)阻力矩計(jì)算215.4.4 回轉(zhuǎn)坡度阻力矩計(jì)算225.5 轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速226 結(jié) 論23參 考

3、文 獻(xiàn)24致 謝25- 24 -1 前言1.1 挖掘機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)從20世紀(jì)90年代至今，我國(guó)的挖掘機(jī)行業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在20世紀(jì)90年代，我國(guó)的挖掘機(jī)產(chǎn)量和銷量也僅僅是幾千臺(tái)而已。但是僅僅通過十幾年的努力發(fā)展，如今我國(guó)的挖掘機(jī)產(chǎn)量是當(dāng)初的十幾倍，當(dāng)然銷售量（包括出口量）也是當(dāng)初銷售量的十幾倍?？傊痪湓?，不管是產(chǎn)量還是銷售量都比當(dāng)初增長(zhǎng)了十幾倍1。目前，我國(guó)的挖掘機(jī)年需求量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過幾萬臺(tái)，也成為世界上最大的挖掘機(jī)市場(chǎng)。隨著國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)挖掘機(jī)的需求量不斷增加。在豐厚利潤(rùn)的誘惑下，一些國(guó)外的主要挖掘機(jī)制造商紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)2。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)了企業(yè)產(chǎn)

4、品質(zhì)量的不斷提高，也使得產(chǎn)品的更新速度加快，企業(yè)或代理商為用戶服務(wù)的意識(shí)也有了很大的提高。進(jìn)入中國(guó)的不少大公司為他們自己的品牌的代理商以融資租賃或者其他方式，手續(xù)慢慢簡(jiǎn)化3。隨著國(guó)家對(duì)基本建設(shè)的投資規(guī)模逐漸擴(kuò)大，挖掘機(jī)已經(jīng)成為各種施工工程的首選機(jī)種。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)西部和北部地區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，中央和地方也對(duì)這些地區(qū)的基本建設(shè)進(jìn)行大量的投資，促使這些地區(qū)對(duì)挖掘機(jī)的需求量增加4。挖掘機(jī)核心技術(shù)的研發(fā)和關(guān)鍵配套部件的制造是我國(guó)技術(shù)人員必須努力完成的兩項(xiàng)重大任務(wù)，也只有這樣，中國(guó)品牌的挖掘機(jī)才能享譽(yù)中外5。目前業(yè)內(nèi)技術(shù)人才、管理人才、營(yíng)銷人才流動(dòng)頻繁，人才競(jìng)爭(zhēng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的多

5、，良性的、次良性的甚至惡性的流動(dòng)時(shí)而出現(xiàn)6。不少企業(yè)在非公開宣傳或產(chǎn)品推薦會(huì)上，不切實(shí)際的說自己的產(chǎn)品最好，對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行不全面的評(píng)價(jià)，以自己產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)和其他產(chǎn)品的缺點(diǎn)進(jìn)行比較，這樣的行為純粹是一種消費(fèi)誤導(dǎo)，再說的嚴(yán)重一點(diǎn)就是欺騙。挖掘機(jī)漲價(jià)的理由是原材料漲價(jià)。挖掘機(jī)本身是一種技術(shù)含量高、利潤(rùn)大的產(chǎn)品，由于行內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)中的一些小問題，也促使價(jià)格向上攀升。1996年頒布實(shí)施的gb9131.2-1996液壓挖掘機(jī)技術(shù)條件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際開始制定的時(shí)間是1995年初7。由于多方面的原因，當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的初稿要求已經(jīng)不算太高，但到各個(gè)廠家的代表到會(huì)審查時(shí)，根據(jù)各個(gè)廠家的意見和要求指標(biāo)又降低了一些8。標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)指

6、標(biāo)定的相當(dāng)?shù)?，根本起不到用?biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和技術(shù)進(jìn)步的要求。近年來屬于高科技產(chǎn)品的gps智能服務(wù)系統(tǒng)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛，在挖掘機(jī)上安裝和使用此系統(tǒng)為各個(gè)方面都提供了極大的便利9。行業(yè)協(xié)會(huì)要為企業(yè)務(wù)實(shí)的工作。加強(qiáng)企業(yè)與政府之間的聯(lián)系和溝通。協(xié)會(huì)工作人員要深入下去發(fā)覺更多需要做的工作10。開動(dòng)腦筋為企業(yè)著想，協(xié)會(huì)工作要不斷的創(chuàng)新，切忌只有理論沒有實(shí)踐的闡述。在文獻(xiàn)1中，主要介紹了挖掘機(jī)的工作裝置在有限元中的動(dòng)態(tài)分析，這是挖掘機(jī)在現(xiàn)代的先進(jìn)發(fā)展的充分表現(xiàn)；在文獻(xiàn)2中介紹了現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)字化，這表明了，現(xiàn)代機(jī)械具有更高的精密性；在文獻(xiàn)3中講了液壓挖掘機(jī)工作裝置的智能化發(fā)展，充分體現(xiàn)了

7、現(xiàn)在我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展的速蒙；其中在文獻(xiàn)1415的英文文獻(xiàn)中，主要概括的介紹了挖掘機(jī)的主要應(yīng)用范圍和應(yīng)用條件的廣泛性，可以說，液壓挖掘機(jī)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 1.2 選題的目的及意義選擇該課題的目的首先是我對(duì)挖掘機(jī)有一定興趣，它與我們的生活很接近，在我們的生活中隨處可見。在很多行業(yè)中，我們都必須用到挖掘機(jī)，例如:建筑業(yè)，筑路工程等等11；其次，作為一名中國(guó)的機(jī)械專業(yè)的現(xiàn)代大學(xué)生，我想盡我最大的努力，為我們的國(guó)家在挖掘機(jī)這一行業(yè)中做一些研究和貢獻(xiàn)。盡可能的運(yùn)用新技術(shù)，開發(fā)一些高性能的零部件，使我國(guó)新一代的挖掘機(jī)在質(zhì)量和功能上有新的突破12。挖掘機(jī)在我們生活中到處可見，它的誕生，節(jié)省了很多的人

8、力和物力，同時(shí)也造就了一類新型的技術(shù)人才。相信我國(guó)工程機(jī)械的發(fā)展會(huì)越來越好，前景越來越廣闊。通過本次的課題，讓我對(duì)四年大學(xué)所學(xué)習(xí)的知識(shí)有了一些綜合性的認(rèn)識(shí)13。也使我學(xué)到了理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合的重要性14。在做這個(gè)課題的過程中，幾乎用到了我四年大學(xué)學(xué)習(xí)的所有知識(shí)，包括高數(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)，理論力學(xué)，畫法幾何等等。在讓我做課題的同時(shí)，我也對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)到的知識(shí)回顧的同時(shí)更加鞏固了我學(xué)到的知識(shí)15。并且此課題在讓我學(xué)習(xí)深化自己的專業(yè)知識(shí)，全面接觸實(shí)踐方面有極其重要的意義。1.3 選題內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)中不可缺少的一部分，特別是對(duì)于我們機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來說，更是奔赴工作崗位之前的一次重要演習(xí)。這兩個(gè)

9、月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間雖然有點(diǎn)倉(cāng)促，但是這次的設(shè)計(jì)幾乎用到了我們大學(xué)四年所學(xué)的所有知識(shí)。也讓我通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了總的復(fù)習(xí)，使我以前感到模糊不清、模棱兩可的知識(shí)點(diǎn)，有了系統(tǒng)化和條理化。而且在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，具體詳細(xì)的運(yùn)用了我們學(xué)習(xí)的專業(yè)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的理論知識(shí)，加強(qiáng)了專業(yè)理論及典型機(jī)械設(shè)備的實(shí)際原理和計(jì)算方法，培養(yǎng)了我們的整體實(shí)踐能力以及如何將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐當(dāng)中去。挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)主要機(jī)種，它廣泛應(yīng)用于礦山開采、道路工程、國(guó)防施工、農(nóng)田水利等基本建設(shè)之中。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展特別是國(guó)家加大公路、鐵路、住宅和水利設(shè)施的投資，挖掘機(jī)越來越顯示出在國(guó)民經(jīng)

10、濟(jì)建設(shè)中的巨大作用。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的課題是：履帶式挖掘機(jī)工作裝置及上部轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)。其中我主要設(shè)計(jì)的是液壓挖掘機(jī)，所以我在設(shè)計(jì)挖掘機(jī)工作裝置的時(shí)候，著重設(shè)計(jì)了液壓缸。在繪圖的時(shí)候，也著重多畫了關(guān)于液壓缸的零件。液壓挖掘機(jī)的工作裝置在不同的廠商，選用的零件型號(hào)也不同，根據(jù)具體的參數(shù)設(shè)定尺寸參數(shù)，再根據(jù)尺寸參數(shù)選定不同的零件型號(hào)。在設(shè)計(jì)挖掘機(jī)上部轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，我著重的描述了回轉(zhuǎn)支承部分。由于上部轉(zhuǎn)臺(tái)在外部看來只是一個(gè)四方的殼子，所以在繪圖的時(shí)候，我著重的畫了回轉(zhuǎn)支承的圖。2 挖掘機(jī)主要類型特點(diǎn)及參數(shù)2.1 挖掘機(jī)主要類型特點(diǎn) 挖掘機(jī)械是工程機(jī)械八大種類中的其中一種。挖掘機(jī)械的類型以及構(gòu)造形式有很多

11、種，可以根據(jù)挖掘的工作原理、過程、用途以及構(gòu)造特征等來進(jìn)行詳細(xì)的劃分。根據(jù)挖掘機(jī)械的作業(yè)過程，可以分為周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式兩大類。一般情況下挖掘、運(yùn)載、卸載等作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)依次重復(fù)循環(huán)進(jìn)行稱為周期作業(yè)式，各種各樣單斗挖掘機(jī)一般都屬于此類。像上述作業(yè)的同時(shí)，挖掘機(jī)還連續(xù)進(jìn)行稱為連續(xù)作業(yè)式。根據(jù)動(dòng)力裝置，挖掘機(jī)有電驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)以及復(fù)合驅(qū)動(dòng)之分。用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)挖掘機(jī)全部機(jī)構(gòu)則稱為單機(jī)驅(qū)動(dòng)式，以幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)各個(gè)主要機(jī)構(gòu)則稱為多機(jī)驅(qū)動(dòng)式。根據(jù)用途，單斗挖掘機(jī)可以分為：建筑型、采礦型以及剝離型等等。建筑型挖掘機(jī)一般情況下可以安裝很多不同的工作裝置，可以進(jìn)行多種作業(yè)，所以稱為通用式（或萬能式）

12、。采礦型、剝離型和隧洞挖掘機(jī)械等往往只能安裝一種工作裝置，專門用來某種作業(yè)，所以稱為專用式。根據(jù)傳動(dòng)方式，可以把挖掘機(jī)分為機(jī)械傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式以及混合傳動(dòng)式（一部分機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)，其他部分機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)。又稱為半液壓傳動(dòng)）。單斗挖掘機(jī)械的工作裝置的型式繁多，經(jīng)常用到的基本形式有：正鏟、反鏟、拉鏟、抓斗以及起重吊鉤等等。 其中，反鏟挖掘機(jī)最適合溝渠的挖掘，開挖方法有兩種：（1） 沿溝渠倒退式挖掘。這樣挖掘時(shí)，挖掘機(jī)位于溝廓中心上，車輛停在溝側(cè)，動(dòng)臂只要回轉(zhuǎn)400500即可卸料，如果所挖掘的溝寬是挖掘機(jī)最大挖掘半徑的兩倍，車輛只能停在挖掘機(jī)側(cè)面，回轉(zhuǎn)900卸料。挖掘更寬的渠道時(shí)，可分段進(jìn)行。

13、當(dāng)挖掘機(jī)倒退挖掘到盡頭后，由該端轉(zhuǎn)換位置反向開挖。這種開挖方式，每段的挖掘?qū)挾炔灰诉^大，以車輛能在溝側(cè)行駛為原則。挖掘曲線溝時(shí)，可用短直線的連續(xù)挖掘進(jìn)行。（2） 溝側(cè)開挖法。車輛開始時(shí)停在溝端，以后就只能停在溝側(cè)。挖掘機(jī)須回轉(zhuǎn)900卸料。挖深溝時(shí)，可采用分層分段的挖掘方法。先挖深溝當(dāng)挖掘機(jī)沿溝渠方向前進(jìn)，挖到長(zhǎng)度等于挖掘機(jī)全長(zhǎng)的一半時(shí)，再挖掘的所規(guī)定的深度。挖掘時(shí)，應(yīng)使動(dòng)臂下降，斗桿幾乎和挖掘面垂直，并配合挖掘機(jī)后退移動(dòng)。有時(shí)，挖掘溝渠后還要鋪設(shè)管子。（3）挖掘機(jī)還可以運(yùn)用到建筑工地上。主要適用在挖掘機(jī)的停機(jī)面以下的土壤。挖掘機(jī)一般處在地面以上，不需要另外劈開傾斜通道。2.2 挖掘機(jī)主要參數(shù)

14、整機(jī)主要參數(shù)的選擇確定是挖掘機(jī)總體的設(shè)計(jì)方案中非常重要的環(huán)節(jié)，它和液壓挖掘機(jī)整體及各主要機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式有非常密切的關(guān)系，比如挖掘機(jī)工作裝置的尺寸往往是必須在選定的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式及布置方案以后才能夠確定，然而，工作裝置結(jié)構(gòu)方案的選擇必須滿足各個(gè)工作尺寸的主要要求。因此，結(jié)構(gòu)方案的選擇和主要參數(shù)的確定往往需要交叉反復(fù)進(jìn)行，并且通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)后仔細(xì)確定。在選擇主要參數(shù)時(shí)，必須考慮到先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，恰到好處的處理相關(guān)參數(shù)之間的制約關(guān)系，比如過大的減輕整機(jī)的重量，可能會(huì)影響機(jī)械挖掘力的充分發(fā)揮，并且會(huì)導(dǎo)致有效的工作尺寸減小，更有甚者會(huì)影響機(jī)械的強(qiáng)度以及剛度。相反的，必然導(dǎo)致機(jī)械的過分笨

15、重，經(jīng)濟(jì)性極差。所以，要根據(jù)實(shí)際情況分析并滿足對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求。合理正確的參數(shù)應(yīng)該主要符合以下幾個(gè)條件：1. 滿足實(shí)際的使用要求實(shí)用性；2. 適合在生產(chǎn)廠家的制造條件可能性；3. 充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率經(jīng)濟(jì)性； 4.和國(guó)內(nèi)外的同類型的產(chǎn)品相比要盡可能有先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及可靠的工作性能 即先進(jìn)性。根據(jù)國(guó)家頒布的液壓挖掘機(jī)型式與基本參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值范圍，結(jié)合擬定采用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定參數(shù)值，即按標(biāo)準(zhǔn)選定法，初步確定以下參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)斗容量 q=0.18m3 機(jī)重 g=5.5t 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 n=30kw/2350rpm利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法（查表法），以液壓挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)的總體參數(shù)用

16、概率的方法得出各主要參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，以公式來確定挖掘機(jī)的各種參數(shù)。關(guān)于尺寸參數(shù)可按以下經(jīng)驗(yàn)公式近似求得：線尺寸參數(shù)：li=kli 面積參數(shù)：si=ksi 體積參數(shù)：vi=kvig式中，kli，ksi，kvi分別是各個(gè)線向、面積、體積尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查單斗液壓挖掘機(jī)表1-4。根據(jù)這些公式可計(jì)算出以下尺寸：動(dòng)臂長(zhǎng)度 l1 =3177.31（毫米）斗桿長(zhǎng)度 l2=1412.14（毫米） 鏟斗長(zhǎng) l3=882.6（毫米）3 工作裝置設(shè)計(jì)反鏟工作裝置是中型和小型液壓挖掘機(jī)的重要工作裝置。它是用在挖掘停機(jī)面下面的土壤。其中動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，它的結(jié)構(gòu)形式對(duì)斗桿以及它的輔助裝置的配備有十分密切的關(guān)系。

17、動(dòng)臂總體來說可以分成整體式和組合式兩種類型。其中整體式動(dòng)臂重量比較輕，制造成本也比較低，能得到較大的挖掘深度，是反鏟工作裝置常用的形式。所以，本次采用整體式彎動(dòng)臂。斗桿的分類有兩種即整體式和組合式。大部分的挖掘機(jī)都用整體式的斗桿。如果斗桿的長(zhǎng)度或杠桿比需要調(diào)整時(shí)采用更換斗桿的辦法。所以斗桿也選用整體式。所以，本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)工作裝置為反鏟裝置，采用如下結(jié)構(gòu)方案：1、 采用整體式彎動(dòng)臂，動(dòng)臂油缸下置式。二、采用整體式斗桿。三、動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，采用中間方案，即特性參數(shù)k1=l1/l2在1.52之間。取k1=1.85。3.1 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)3.1.1 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 最大挖掘半徑一般與動(dòng)臂長(zhǎng)、斗桿長(zhǎng)

18、和鏟斗長(zhǎng)三者之和值相等，按經(jīng)驗(yàn)公式取其值 r1=l1+l2+l3=5472.05（毫米） 如下圖3.1，在三角形czf中,取：動(dòng)臂彎角=1200,特性參數(shù)k3=lzf/lcz=l42/l41=1.2 圖3.1 動(dòng)臂彎角圖 得: lcz=1672.27(毫米) （3.1） lzf=l42=k3l41=2006.72（毫米） =280 （3.2）在圖1三角形czf中，可得到，zcf=320,bcz=50,bcf=270。取k4=0.96，11=cap=600基本用于反鏟裝置。斗桿全縮時(shí)cfq為最大值，取為1600?？紤]結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，取 1=全伸長(zhǎng)/全縮長(zhǎng)=1.7，1

19、min=300因k4=sin1max/1sin1min 得：1max=1250 又由： 得：=2.9129 =2.1065符合下列幾何條件： +1，(1+)/ mz滿足要求。（3） 滿斗處于最大高度時(shí)的動(dòng)臂缸應(yīng)該有足夠的提升力。按照（2）中同類的方法計(jì)算可得： e1=l7l5sin1max/l1max=13.2（米）顯然，滿斗處于最大高度時(shí)的載荷力矩要小于滿斗處于最大半徑時(shí)的值。故mt=28（噸/米）mz，滿足要求。3.2 斗桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)斗桿挖掘阻力計(jì)算，并參考國(guó)內(nèi)外同類型機(jī)器斗桿挖掘力值，取最大挖掘力為80kn,斗桿油缸直徑d=125（毫米），工作壓力p=250kg/cm2則斗桿油缸大腔作用

20、面積:f2=d12/4=122.656(cm2） 油缸推力：p2=pf2=30.664（噸） 最大作用力臂：e2max=l9=pgmax（l2+l3）/p2=0.9（米）如圖3.3所示：取斗桿擺角 2=900,2=1.7。則 (米） （3.7） (米） （3.8） 圖3.3斗桿運(yùn)動(dòng)計(jì)算圖斗桿上efq=1380, dfz=50。3.3 鏟斗機(jī)構(gòu)3.3.1 基本參數(shù)的選擇 如圖4所示：在鏟斗連桿機(jī)構(gòu)中可取f、n、q三點(diǎn)在一直線上。取k2=l24/l3=qk/qv=0.34，10=kqv=1050。則 l24=k2l3=0.3（米）3.3.2 斗形參數(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

21、挖掘裝滿2(取為950)四者之間有以 圖3.4鏟斗挖掘系數(shù)之間的關(guān)系下幾何關(guān)系：q=0.5r2b(2-sin2)ks (3.9)取土壤松散系數(shù) ks=1.25，得平均斗寬 b=0.8（米） 轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，挖掘滿容積的土所消耗的能量稱為轉(zhuǎn)斗挖掘能容量，用符號(hào)e表示。取k2=1.5，k3=l42/l41=zf/cz=0.07得： e=1.587k (3.10)式中，k挖掘過程中考慮其它因素影響的系數(shù) 轉(zhuǎn)角范圍為1600。3.4 最大卸載高度、最大挖掘深度和停機(jī)面最大挖掘半徑的計(jì)算（1） 當(dāng)下置動(dòng)臂油缸全伸，斗桿油缸全縮，qv連線處于垂直狀態(tài)時(shí)，可得到最大卸載高度，如圖3.5所示： （3.11）代入數(shù)

22、據(jù)得： h3max=3.45（米） 圖3.5動(dòng)臂油缸運(yùn)動(dòng)圖（2） 當(dāng)下置動(dòng)臂油缸全縮，f、q、v三點(diǎn)在同一直線并處于垂直狀態(tài)時(shí)得到最大挖圖3.6動(dòng)臂油缸全縮幾何圖掘深度，如圖3.6所示 （3.12）代入數(shù)據(jù)得：h1max=5.6（米）（3） 當(dāng)斗桿油缸全縮，f、q、v三點(diǎn)在同一直線上時(shí)，而且yv=0時(shí)可以得到停機(jī)面最大挖掘半徑，如圖3.7所示： 圖3.7斗桿油缸全縮幾何計(jì)算圖 （3.13） （3.14）代入數(shù)據(jù)得：l40=7.5（米） r0max=7.8（米）3.5 挖掘力的計(jì)算反鏟裝置挖掘力可以按照以下情況分為工作油缸的理論挖掘力、整機(jī)的理論挖掘力。3.5.1 工作油缸的理論挖掘力 反鏟裝置

23、主要采用鏟斗油缸進(jìn)行挖掘。假設(shè)不考慮這些因素：工作裝置自重和土重；液壓系統(tǒng)和連桿機(jī)構(gòu)效率；工作油缸的背壓。鏟斗挖掘時(shí)，鏟斗油缸的理論挖掘力: p0d=p3r1r3/r2l3=p3i （3.15）代入數(shù)據(jù)得：p0d=13.5（噸）式中，鏟斗油缸大腔作用面積：f3=f1=122.656（cm2） 鏟斗油缸的理論推力：p3=f3p=30.664（噸） 液壓系統(tǒng)工作壓力: p=250kg/cm2鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比: i=0.4。對(duì)于反鏟裝置動(dòng)臂油缸的理論挖掘力一般不予考慮。3.5.2 整機(jī)的理論挖掘力 假設(shè)挖掘力的方向?yàn)槎俘X運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向，鏟斗油缸主動(dòng)作用產(chǎn)生的挖掘力為p0d，大小已知?？傻玫?/p>

24、整機(jī)的理論挖掘力： p03=p0d+（g3rq3+g6rq6）/l3 (3.16）式中，鏟斗加土和連桿機(jī)構(gòu)自重對(duì)q點(diǎn)的作用力矩： g3rq3+g6rq6=0.15（噸*米）p03能克服的最大挖掘阻力w03大小與p03相等，方向相反，即： w03=p03=13.5（噸）在此作用下斗桿油缸受壓，動(dòng)臂油缸受拉。假設(shè)動(dòng)臂油缸在不被拉長(zhǎng)的條件下所受到的挖掘阻力為w01。取整個(gè)工作裝置為隔離體，則對(duì)c點(diǎn)的力矩平衡方程式： =w01rcw （3.17）式中，gi各裝置g1g6的大小（噸）； e1動(dòng)臂油缸對(duì)c點(diǎn)的作用力臂（米）； rcww01對(duì)c點(diǎn)的作用力臂（米）； rci各裝置作用力臂（米）?？傻茫?=9.

25、0（噸） （3.18）同理： =9.5（噸） （3.19）式中： rfww02對(duì)f點(diǎn)的作用力臂(米)；g2rf2+g3rf3+g5rf5+g6rf6各裝置對(duì)f點(diǎn)的力矩（噸*米）； e2斗桿油缸對(duì)f點(diǎn)的作用力臂（米）。取整機(jī)為隔離體，列出對(duì)傾翻支點(diǎn)i的力矩平衡方程式，得整機(jī)穩(wěn)定條件所允許的挖掘阻力最大值: w06=(ggrig+gsris)/riw （3.20）代入數(shù)據(jù)得：w06=9.5（噸）式中，riww06對(duì)i點(diǎn)的作用力臂（米）； gg工作裝置總重（噸）； riggg對(duì)i點(diǎn)的作用力臂（米）； gs機(jī)體重量（噸）； risgg對(duì)i點(diǎn)的作用力臂（米）。附著條件所限制的挖掘阻力值可由整機(jī)受力的坐標(biāo)

26、投影平衡方程求得： w04=g/cos38代入數(shù)據(jù)得：w04=8.6（噸）式中，g整機(jī)重量（噸）； 行走裝置與地面附著系數(shù)； 38挖掘阻力的水平傾角，取為200。綜上所述，只有在主動(dòng)油缸產(chǎn)生挖掘力的同時(shí)滿足下列條件才可能實(shí)現(xiàn)： 動(dòng)臂油缸閉鎖條件 p03=w03w01； 斗桿油缸閉鎖條件p03=w03w02 ; 整機(jī)與地面附著條件p03=w03w04; 整機(jī)穩(wěn)定條件 p03=w03w06如果達(dá)不到這些條件，整機(jī)能實(shí)現(xiàn)的理論挖掘力由最小值決定，即整機(jī)理論挖掘力的最小值9.5噸。3.6 挖掘范圍 挖掘軌跡如圖3.8所示： 圖3.8挖掘范圍軌跡圖 弧ab是動(dòng)臂油缸進(jìn)行挖掘，且鏟斗尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗

27、桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)位于同一直線上；弧bc是斗桿油缸進(jìn)行挖掘，且動(dòng)臂位于最低，鏟斗尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)位于同一直線上；弧cd是動(dòng)臂油缸全縮，斗桿油缸全伸，鏟斗油缸工作；弧de是斗桿油缸全伸，鏟斗尖到動(dòng)臂與機(jī)架鉸點(diǎn)最近，動(dòng)臂油缸工作；弧ef是動(dòng)臂油缸和斗桿油缸全伸，鏟斗油缸工作；弧gf是動(dòng)臂和鏟斗油缸全伸，斗桿油缸工作；弧ag是動(dòng)臂油缸全伸，斗桿油缸全縮以鏟斗進(jìn)行挖掘。 4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)單斗挖掘機(jī)在工作時(shí)主要完成的動(dòng)作是：動(dòng)臂上升和下降，斗桿收及放，鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)，機(jī)械行走和轉(zhuǎn)向等一系列動(dòng)作。當(dāng)挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)，為了提高作業(yè)速度，需兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，例如動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)等。這種現(xiàn)象叫復(fù)合動(dòng)

28、作，這些都由液壓系統(tǒng)來保證實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)國(guó)家公稱壓力及流量系列，選用系統(tǒng)壓力為250kg/cm2。已計(jì)算系統(tǒng)流量為2125升/分。4.1 元件的選擇（1） 油缸的選擇 動(dòng)臂油缸為雙缸，鏟斗和斗桿油缸均為單缸，缸徑均為125毫米。（2） 油泵的選擇油泵功率： ny=ppqp/450r=48（千瓦） （4.1）式中，pp油泵的最大工作壓力（kg/cm2）； qp油泵的流量（升/分）； 油泵的總效率，取為0.88； r變量系數(shù)，取為2.5。查有關(guān)的資料，主油泵采用埋油斜軸式軸向柱塞雙向變量泵，參數(shù)如下：表4.1 主油泵相關(guān)系數(shù) 公稱排量ml/r額定壓力mpa額定轉(zhuǎn)速r/min125evzb-12512

29、5252200控制油路采用齒輪泵cb-b20,參數(shù)如下：表4.2 齒輪泵cb-b20相關(guān)系數(shù)型號(hào)公稱排量ml/r額定壓力mpa額定轉(zhuǎn)速r/min驅(qū)動(dòng)功率kw重量kg容積效率cb-b20202.514501.025.490(3) 馬達(dá)的選擇 經(jīng)查資料，回轉(zhuǎn)馬達(dá)和行走馬達(dá)均采用型號(hào)為gqm16-1600。(4)發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 由于變量系統(tǒng)油泵經(jīng)常在滿載或超載情況下工作，功率利用系數(shù)比較高，為了保證功率的高效，同時(shí)考慮到輔助設(shè)備的動(dòng)力消耗，取發(fā)動(dòng)機(jī)功率：n=1.25ny=5.8（kw）查有關(guān)資料，采用4120f型風(fēng)冷柴油機(jī)。 （5）主油管管徑的計(jì)算 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)主油管路的油液流速取為8米/秒。=2（

30、厘米） （4.2） （6）油箱容量的計(jì)算 油箱為開式，容量取為油泵總流量的1.5倍。v=1.52q=375（升）4.2 系統(tǒng)分析 由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，向工作裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件輸送液壓油。工作裝置包括動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，分別由液壓缸驅(qū)動(dòng)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。其工作循環(huán)是：以鏟斗切削土壤，裝滿后提升，回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置，開始下一次作業(yè)。 液壓系統(tǒng)為雙泵雙回路全功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)。液壓泵組包括兩臺(tái)軸向柱塞式變量泵（主泵）和一臺(tái)齒輪泵（先導(dǎo)油泵）。通過操縱減壓閥式先導(dǎo)閥手柄的不同方向和位置，使來自先導(dǎo)油泵的液壓油控制液壓多路換向閥的開度和換向，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

31、單一動(dòng)作和同步動(dòng)作。工作回路除容積調(diào)速外，尚有節(jié)流調(diào)速和雙泵合流的有級(jí)調(diào)速。5 上部轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)5.1 回轉(zhuǎn)支承的選擇 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)支承采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承，其廣泛用于全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)、起重機(jī)和其他機(jī)械上。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承具有尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，回轉(zhuǎn)摩擦阻力小，滾動(dòng)體與滾道之間的間隙小，維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)“三化”等一系列優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)速低，通常承受軸向載荷、傾覆力矩和徑向載荷，因此滾道上接觸點(diǎn)的載荷循環(huán)次數(shù)較少，設(shè)計(jì)時(shí)主要進(jìn)行負(fù)荷能力的計(jì)算。5.2 負(fù)荷能力的計(jì)算 回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷能力一般用靜容量和動(dòng)容量表示。靜容量是指回轉(zhuǎn)支承在靜負(fù)荷作用下滾動(dòng)體和滾道接觸處的

32、永久變形量之和達(dá)到滾動(dòng)體直徑萬分之一而不影響回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷能力。動(dòng)容量是指回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)達(dá)到100萬轉(zhuǎn)后不出現(xiàn)疲勞裂紋的負(fù)荷能力。目前，用動(dòng)容量來計(jì)算各種低速回轉(zhuǎn)支承的日益減少，一般只進(jìn)行靜容量計(jì)算即可。回轉(zhuǎn)支承的靜容量計(jì)算如下：交叉滾柱式: coa=f0d0lxzsin/103 （5.1）代入數(shù)據(jù)得： coa=185.3（噸）式中 f0靜容量系數(shù)（kg/mm2）； d0滾動(dòng)體直徑（mm）； lx滾柱有效長(zhǎng)度，lx=0.8d0（mm）； 滾動(dòng)體與滾道的接觸角，在系列標(biāo)準(zhǔn)中取=450； z滾動(dòng)體總數(shù)。5.3 連接螺栓計(jì)算（1） 連接螺栓最大工作載荷pg計(jì)算 pg=4m/nd+(-)gp/n

33、 （5.2）代入數(shù)據(jù)得： pg=580（噸）式中，m作用在回轉(zhuǎn)支承上的總傾復(fù)力矩（噸-米）； gp作用在回轉(zhuǎn)支承上的總軸向力（噸）； d螺栓分布圓直徑（米），一般取d等于內(nèi)圈螺栓分布圓直徑dn； n一圈螺栓的數(shù)目。上式中，當(dāng)軸向力gp指向支承面時(shí)取負(fù)號(hào)，當(dāng)軸向力gp使回轉(zhuǎn)支承離開支承面時(shí)取正號(hào)。（2） 連接螺栓預(yù)緊力py計(jì)算 為了提高連接螺栓的疲勞強(qiáng)度，防止座圈和支承面之間出現(xiàn)間隙，通常都加有相當(dāng)大的預(yù)緊力，其大小按下式計(jì)算 py=kypg(1-x) （5.3）代入數(shù)據(jù)得： py=870（噸）式中: x工作載荷分配系數(shù)。對(duì)于不用彈簧墊的高強(qiáng)度螺栓常取x=0.25； ky結(jié)合面緊密性安全系數(shù)。一

34、般取ky1.52.0；5.4 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)阻力矩按下式計(jì)算 msw=mf+mw+ms+mi（kg.m） （5.4）式中，mf回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩（kg.m）； mw回轉(zhuǎn)風(fēng)阻力矩（kg.m）； ms由于停機(jī)面傾斜所引起的回轉(zhuǎn)坡度阻力矩（kg.m）； mi回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩（kg.m）。挖掘機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)角度一般在901200范圍內(nèi)，起動(dòng)和制動(dòng)決定了回轉(zhuǎn)過程的時(shí)間消耗和動(dòng)力消耗，因此慣性阻力矩是回轉(zhuǎn)過程的主要阻力矩，而其他則為次要阻力矩。5.4.1 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩計(jì)算 mi =qr2/g+ji (5.5)代入數(shù)據(jù)得： mi=3.85103（kgm）其中式中 回轉(zhuǎn)

35、角加速度，=/t=0.105n/t（弧度/秒2） 其中n為挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)/分）；為挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)角速度（弧度/秒）；t為回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)間，一般取25秒； q鏟斗內(nèi)所盛物料的重量（kg）； g重力加速度，可近似取g=9.81(m/s2); r物料重心到回轉(zhuǎn)中心的距離（米）； ji轉(zhuǎn)臺(tái)上各部件和工作裝置對(duì)回轉(zhuǎn)中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。如令j0表示部 件對(duì)通過其質(zhì)心并與回轉(zhuǎn)中心軸平行的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，l為部件質(zhì)心到回轉(zhuǎn)中心軸的 距離，m為部件質(zhì)量，則 ji=j0+ml2（kg.m.s2） （5.6） 部件對(duì)通過其質(zhì)心的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作裝置對(duì)回轉(zhuǎn)中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可查單斗液壓挖掘機(jī)表3-6。 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩也可用下

36、式計(jì)算 mi=0.105n/t（qr2/g+ji） （5.7）5.4.2 回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩計(jì)算 mf=dd0（ngm+)/2 （5.8）式中 d當(dāng)量摩擦系數(shù)；表5.1 當(dāng)量摩擦系數(shù)工況滾球式軸承交叉滾柱式軸承正?；剞D(zhuǎn)0.0080.01回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)0.0120.015d0回轉(zhuǎn)支承的滾道中心直徑（米）； ngm由于外載荷gp和m的作用，在滾動(dòng)體上產(chǎn)生的法向壓力絕對(duì)值的總和（千克）； nh由于外載荷hp的作用，在滾動(dòng)體上產(chǎn)生的法向壓力絕對(duì)值的總和（千克）。當(dāng) e=m/gp0.262d0時(shí)（對(duì)交叉滾柱式）或 e=m/gp0.3d0時(shí)（對(duì)四點(diǎn)接觸球式） ngm=1414gp(kg)式中 gp作用在回轉(zhuǎn)支承上的總軸向力（噸）。 當(dāng)e=m/gp大于上述值時(shí) ngm=2828gpeke/d0（千克） （5.9）式中 ke系數(shù)。根據(jù)2e/d0從單斗液壓挖掘機(jī)圖3-21查得。 nh=kh.hp(千克)式中 hp作用在回轉(zhuǎn)支承上的總徑向力（噸）； kh系數(shù)。當(dāng)滾動(dòng)體與滾道的接觸角為450時(shí)，對(duì)交叉滾柱式取1790；對(duì)四點(diǎn)接觸球式取1720。在計(jì)算法向壓力時(shí)，外載荷gp，m和hp可不考慮回轉(zhuǎn)支承的工作條件系數(shù)。5.4.3 回轉(zhuǎn)風(fēng)阻力矩計(jì)算 mw=pfili（kg.m） （5.10）