畢業(yè)設(shè)計2噸液壓挖掘機的挖掘機構(gòu)設(shè)計

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)論文姓 名：學(xué) 號：學(xué) 院：應(yīng)用技術(shù)學(xué)院專 業(yè)：機械工程及自動化論文題目：2噸液壓挖掘機的挖掘機構(gòu)專 題：指導(dǎo)教師：職 稱：2007年6月徐州中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文任務(wù)書學(xué)院專業(yè)年級學(xué)生姓名任務(wù)下達(dá)日期：2007年1月11日畢業(yè)論文日期：2007年3月25日至2007年6月20日畢業(yè)論文題目：2噸液壓挖掘機的挖掘機構(gòu)畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：1.設(shè)計參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)斗容：0.2m3；挖掘力2噸挖掘級及以下土壤。2.設(shè)計要求：通過畢業(yè)實習(xí)、查閱資料，制定總體方案，完成主要部件裝配圖設(shè)計，設(shè)計總圖量不少于3張0號圖。3.按畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書要求編寫設(shè)計說明書。院

2、長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字：年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理

3、論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字：年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字：年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：年 月 日摘 要本次設(shè)計的題目是履帶式液壓挖掘機挖掘機構(gòu)。與其它類型的挖掘機相比，這種類型的挖掘機因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地

4、比壓。液壓挖掘機的主要特點為：能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。本次設(shè)計的主要參數(shù)是斗容量0.2m3,它屬于中小型液壓挖掘機，主要設(shè)計挖掘機的工作裝置、液壓傳動原理。在設(shè)計中，采用了履帶式行走裝置，來滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動控制而使整機性能得以改善。與機械式挖掘機相比，其挖掘力提高到23倍，整機質(zhì)量約為5噸，挖掘力約為30kN，最大卸載高度約為2.65m，最大挖掘深度

5、4.2m，最大挖掘半徑約為5.728m，從中可以看出整機作業(yè)能力有了很大的改進，不僅挖掘力大，且機器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。另外，還對挖掘機的工作裝置提出基于結(jié)構(gòu)推理的機構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機 ；挖掘機構(gòu) ；液壓系統(tǒng)ABSTRACTThis designed topic is the marchinghydraulic excavatorexcavational organization. Compared with other types excavators, thiskind of type excavator used very universal th

6、at because has good through theperformance, also may use tolengthenswidens as well as the floating type caterpillar bandto reduce pressure for the soft ground or the bogregion.The hydraulic excavator main characteristic is: not only can adjusts the steplessspeed but also can adjust scope very big, c

7、anobtain a lower stable rotational speed, when action quickly, thehydraulic parts produce inertia small, accelerational theperformancegood,and may make the high speed reverse, the transmission steady,structure simple, may absorb attacks and vibrates, the operationreduces effort, and to be easy to re

8、alize the automated control, is easyto realize the standardization, the seriation, the universalization.This designed main parameter is scoop capacity 0.2m3, it is long to themiddle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator，s the work installment and the hydraulic transmission

9、principle.In the design, used marching walked the installment to satisfied request. Upside the turnplate is the entire rotation , thereof it may work in a greater scope. And further because uses the hydraulicsteering to enable the entire machine performance to improve. Compared with the mechanical t

10、ype excavator, its excavation strength enhance to 2 3 times, the entire machine weight approximately is 5 tons,the excavation strength approximately is 30kN, the biggest unloadinghigh approximately is 2.65m, biggest digging depth is 4.2m, the biggestexcavation radius approximately is 5.728m, thus ca

11、n see theentire machine work ability to have the very big improvement, not onlyexcavation strength big, but also machine weight light, transmissionsteadyly, work efficiency is high, the structure is compact. Moreover, butalso proposes to the excavator work installment based on the structureinference

12、 organization plan innovation design method.Key word：Hydraulic excavator；Excavation organization；Hydraulic system目 錄1緒論11.1液壓挖掘機的工作特點和基本類型2液壓挖掘機的主要優(yōu)點2液壓挖掘機的基本類型及主要特點31.2液壓挖掘機的發(fā)展概況4國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢4國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況41.3本次設(shè)計概述51.4反鏟裝置的工作原理51.5本次設(shè)計任務(wù)62總體設(shè)計方案72.1工作裝置設(shè)計方案原則72.2液壓系統(tǒng)設(shè)計方案原則（總體）7單斗液壓挖掘機作業(yè)過程8對液壓系統(tǒng)

13、作業(yè)動作要求8對液壓系統(tǒng)基本的要求83挖掘機的工作裝置設(shè)計103.1確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式10確定動臂的結(jié)構(gòu)形式10確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式113.1.3 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)11鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式133.2確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置14動臂油缸的布置14斗桿油缸的布置16鏟斗油缸的布置163.3動臂、斗桿、鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇17反鏟裝置總體方案的選擇17機構(gòu)自身幾何參數(shù)18斗形參數(shù)的選擇203.3.4 動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇24斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇29連桿、搖臂參數(shù)的選擇314挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計324.1確定液壓系統(tǒng)類型324.2液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇33系統(tǒng)

14、主參數(shù)的確定33挖掘機液壓缸作用力的確定334.3液壓系統(tǒng)初步計算41工作裝置傳動計算41行走機構(gòu)傳動計算43回轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動計算45液壓泵參數(shù)選擇和發(fā)動機功率計算45主油管管徑和油箱容量465 工作裝置的強度計算485.1斗桿的計算485.2動臂的計算576 液壓挖掘機機構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計596.1基于結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型596.2液壓挖掘機機構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計60結(jié)論67參考文獻(xiàn)68致謝691緒論液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土

15、方機械。液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設(shè)備。在建筑工程中，可用來挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。在水利施工中，可用來開挖水庫、運河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道等。在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。在軍

16、事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗容量1.0m3的液壓挖掘機挖掘級土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300400個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。1.1液壓挖掘機的工作特點和基本類型液壓挖掘機的主要優(yōu)點液壓挖掘機在動力裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作。液壓傳動與機械傳動相比有許多優(yōu)點。能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達(dá)

17、的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá)10001。能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達(dá)1r/min?？焖僮饔脮r，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作調(diào)整反轉(zhuǎn)。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩大50%，而液壓馬達(dá)則不大于5%，加速中等功率電動機需1s到數(shù)秒，而加速液壓馬達(dá)只需0.1s。傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制。易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化?；谝簤簜鲃拥纳鲜鰞?yōu)點，液壓挖掘機與機械傳動挖掘機相比，具有下列主要特點：大大改善了挖掘機的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機器重量，傳動平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機與同級

18、機械傳動挖掘機相比，挖掘力約高30%，例如1.0m液壓挖掘機鏟斗挖掘力120150kN，而同級機械傳動挖掘機只有100kN左右。挖掘機在工作時的主要動作包括行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運動。這種往復(fù)運動一般速度不高，而所需作用力卻很大，要求在短時間內(nèi)通過變速或換向來完成各種復(fù)雜動作。機械傳動挖掘機完成上述運動需通過磨擦離合器、減速器、制動器、逆轉(zhuǎn)機構(gòu)、提升和推壓機構(gòu)等配合來完成。因此，機械傳動挖掘力不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復(fù)雜的中間傳動，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機

19、的質(zhì)量大約比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件可相對獨立布置，使整機結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時也易于改進或變型。液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無論驅(qū)動功率多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。更換工作裝置時，由于不牽連轉(zhuǎn)臺上部的其他機構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構(gòu)和推壓機構(gòu)的牽連和限制。由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機普遍采用了以微處理器為核心的電子控制單元（ECU），使發(fā)動機、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作

20、，以實現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時還可實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進一步提高質(zhì)量和降低成本。液壓挖掘機的基本類型及主要特點液壓挖掘機種類繁多，可以從不同角度對其類型進行劃分。根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)傳動類型劃分。根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個主要機構(gòu)的動作均為液壓傳動，則為全液壓挖掘機。若液壓挖掘機中的某一個機構(gòu)采用機械傳動，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機。一般說來，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機構(gòu)上。對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機構(gòu)必

21、須是液壓傳動，只有行走機構(gòu)有的為液壓傳動，有的為機械傳動。根據(jù)行走機構(gòu)的類型劃分根據(jù)行走機構(gòu)的不同，液壓挖掘機可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式。履帶式液壓挖掘機應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機，還可通過加寬履帶來降低接地比壓。為防止對路面的碾壓破壞、有些液壓挖掘機還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機多為全液壓傳動。輪胎式液壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多種路面通行的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產(chǎn)量日漸增長。懸掛式液壓挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖

22、拉機上，可以達(dá)到一機多用的目的。這種挖掘機拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車底盤，速度快，機動性好。拖式液壓挖掘機沒有行走傳動機構(gòu)，行走時由拖拉機牽引，根據(jù)工作裝置劃分根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點轉(zhuǎn)動來完成作業(yè)動作。伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。1.2液壓挖掘機的發(fā)展概況挖掘機械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺有確切記載的挖掘機械是1796年英國人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。

23、而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機驅(qū)動的“動力鏟”于1835年在美國誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機的先驅(qū)，距今已有170多年歷史。1950年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進步。目前液壓挖掘機已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機械設(shè)備。國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達(dá)國家的液壓挖掘機生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機的主要生

24、產(chǎn)國，具有較高市場占有率。20世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況我國從1967年開始研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的WY100、貴陽礦山機器廠的W460、合肥礦山機器廠的WY60等。到20世紀(jì)70年代末80年代初，長江挖掘機廠和杭州重型機械研制成功了WY160和WY250等液壓挖掘機產(chǎn)品。從1994年開始，美國的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)

25、以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公司先后在中國建立了中外合資、外商獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產(chǎn)品。近年來我國經(jīng)濟增長迅速，液壓挖掘機市場需求不斷擴大，形成了巨大的挖掘機市場空間，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內(nèi)一些工程機械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機產(chǎn)業(yè)，同時國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國際先進水平，圍繞國內(nèi)外兩個市場，在充分利用國際化配套的國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強自主創(chuàng)新意識，掌握核心設(shè)計制造技術(shù)，發(fā)揮

26、性價比優(yōu)勢，提高產(chǎn)品競爭力，把我國液壓挖掘機產(chǎn)品做大做強。1.3本次設(shè)計概述本次設(shè)計斗容量為0.2m3,全液壓履帶式挖掘機型號為WY20型，由于履帶式液壓挖掘機有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。1.4反鏟裝置的工作原理反鏟工作裝置是液壓挖掘機的一種主要工作裝置，如圖11所示。圖11整體式彎動臂液壓反鏟工作裝置一般由動臂1、動臂液壓缸2、斗桿液壓缸3、斗桿4、鏟斗液壓缸5、鏟斗6、連桿7和搖桿8等組成。其構(gòu)造特點是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。動臂1的下鉸點與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸2來支

27、承動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角，實現(xiàn)動臂的升降。斗桿4鉸接于動臂的上端，可繞鉸點轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由斗液壓缸5控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗6則鉸接于斗桿4的末端，通過鏟斗液壓缸5的伸縮來使鏟斗繞鉸點轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機構(gòu)（即連桿7和搖桿8）與鏟斗連接。液壓挖掘機反鏟工作裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及其組合。反鏟液壓挖掘機的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，

28、然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機的最大挖掘力一般由鏟斗液壓缸實現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。在實際工作中，熟練的液壓挖掘機人員可根據(jù)實際情況，合理操縱各個液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合工作，實現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動臂和斗桿同時工作；當(dāng)挖掘基坑底時，挖掘行程將結(jié)束，為

29、加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調(diào)整切削角時，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作。1.5本次設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計斗容量0.2m3挖掘機的工作裝置及液壓系統(tǒng)，采用履帶式行走裝置，全液壓驅(qū)動，挖及以下土壤。2總體設(shè)計方案2.1工作裝置設(shè)計方案原則設(shè)計合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求：主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機器相比的先進性?？紤]國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。整機挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具有一定的先進性。功率利用情況盡可能好，理論工作時間盡可能短。確定鉸點布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證

30、強度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點構(gòu)件或配套構(gòu)件時要注意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡單，換裝方便。運輸或停放時工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。工作裝置液壓缸設(shè)計應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置便于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。要采取合理措施來滿足特殊使用要求。2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計方案原則（總體）按照挖掘機各個機構(gòu)和裝置的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機連接起來的組合

31、體叫做挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機的機械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)各種動作。2.2.1單斗液壓挖掘機作業(yè)過程液壓挖掘機的作業(yè)過程包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走，以及其它輔助動作，除輔助動作不需要功率驅(qū)動外，其它都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。由于挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求：實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化。因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化。為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求

32、有兩個主要動作同時進行，叫做復(fù)合動作，這兩項要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。2.2.2對液壓系統(tǒng)作業(yè)動作要求液壓挖掘機的動作復(fù)雜，機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地理條件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，對其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的作業(yè)動作要求如下。保證液壓挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn)復(fù)合動作。保證工作裝置的動作與回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)動作既能單獨動作，又能作復(fù)合動作，以提高液壓挖掘機的作業(yè)效率。履帶式液壓挖掘機的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動，使挖掘機行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并

33、能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的機動性。保證液壓挖掘機工作安全可靠，對各機構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護措施。例如，對回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而下降過快；防止機器下坡行駛時超速溜坡等。2.2.3對液壓系統(tǒng)基本的要求根據(jù)液壓挖掘機的作業(yè)動作和環(huán)境特點，對液壓系統(tǒng)提出如下要求。液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性。液壓系統(tǒng)和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動沖擊作用下，應(yīng)具有足夠的可靠性。選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。由于液壓挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓系統(tǒng)的密

34、封性能要好，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。在必要時采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機操作的舒適性，減輕操作人員的勞動強度。在液壓系統(tǒng)中采用先進的自動控制技術(shù)，提高液壓挖掘機的技術(shù)性能指標(biāo)，使液壓挖掘機具有節(jié)能、高效和自動適應(yīng)負(fù)載變化的特點。3挖掘機的工作裝置設(shè)計3.1確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式確定動臂的結(jié)構(gòu)形式動臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動臂分為整體式和組合式兩類。直動臂構(gòu)造簡單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機,如圖31所示。圖3-1整體式直動臂采用整體式彎動臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式。整體式彎

35、動臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強度值得注意，有時采用三節(jié)變動臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。整體式變動臂結(jié)構(gòu)簡單、價廉，剛度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺點是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴大機械通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說，長期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖11所示。組合式動臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。組合式動臂與整體式動臂相比各有優(yōu)缺點，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動臂的主要優(yōu)點是：1工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進行調(diào)整。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時調(diào)整時間只需

36、十幾分鐘，采用液壓缸連接時可以進行無級調(diào)節(jié)。2較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便。一般情況下，下動臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。3裝車運輸比較方便。由于上述優(yōu)點，組合式動臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用液壓挖掘機作業(yè)條件多時采用組合式動臂較為合適。本次設(shè)計作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動臂。確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式斗桿也有整體式和合式兩種，大多數(shù)挖掘機都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長度或杠桿時采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置24個可供調(diào)節(jié)時選擇的與動臂端部鉸接的孔。有些

37、反鏟采用組合式斗桿。 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu).1確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對挖掘機的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對象和條件較困難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有甚至十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)形式各異的鏟斗。目前，對鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場試驗、實驗室試驗或模型試驗階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。將兩只0.6m3容量而斗型不同的反鏟斗裝在RH6液壓挖掘機上進行對比試驗，結(jié)果如表31所示。由于砂的挖掘阻力較小，對鏟斗設(shè)計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結(jié)果差別不大。而對頁巖作業(yè)效果就大

38、不一樣，其中一個鏟斗的切削前緣中間略微凸出，不帶側(cè)齒，側(cè)臂略呈凹形，這些因素使頁巖挖掘阻力降低。另一個鏟斗的情況則相反。對各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是：1有利于物料的自由流動，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運動規(guī)律。2要使物料易于卸凈。用于粘土的鏟斗卸載時不易卸凈，因此延長了作業(yè)循環(huán)時間，降低了有效斗容量。國外采用設(shè)有強制卸土的粘土鏟斗。反鏟斗對比試驗結(jié)果表3-1作業(yè)條件鏟斗編號鏟斗充滿時間（s）生產(chǎn)率（10kN/h）效率（%）在頁巖中作業(yè)鏟斗1鏟斗219.0540.642.622.6810053.3在砂中作業(yè)鏟斗1鏟斗25.96.3163.5152.

39、710093.33為了使裝進鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于4：1。當(dāng)此比值大于50：1時顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質(zhì)。4裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大有物料。挖硬土或碎石時還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)都值得研究，對它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。.2確定斗齒安裝方式目前，國產(chǎn)挖掘機斗齒安裝方式主要有兩類，斗容量0.6m3時多采用螺栓連接（圖32a），斗容量0.6m3時時多采用橡膠卡銷結(jié)構(gòu)（圖32b）。本次設(shè)計斗容量為0.2 m3挖掘機，所以斗齒安裝方式為螺栓連接.鏟斗與鏟斗液壓缸

40、的連接方式鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式（圖33），其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同，圖33a為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機構(gòu)。圖33b中鏟斗液壓缸通過搖桿1和連桿2與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機構(gòu)。圖33d和圖33b類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。圖33c的機構(gòu)傳動比與b差不多，圖32斗齒安裝方式但鏟斗擺角位置順時針方向轉(zhuǎn)動了一個角度。六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機構(gòu)的傳動特性。六連桿方式b和d在液壓缸行程相同時，后者能得到更大的鏟斗轉(zhuǎn)角。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。本設(shè)計中選用圖33b的連

41、接方式。3.2確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置反鏟工作裝置實際上是多個連桿機構(gòu)的組合。在發(fā)動機功率、整機質(zhì)量和鏟斗容量等主要參數(shù)及工作裝置基本形式初步確定的情況下，工作裝置各鉸點在布置及各工作油缸參數(shù)的選擇是否合理，會直接影響液壓挖掘機的實際挖掘能力。圖3-3鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式動臂油缸的布置動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式。油缸前傾布置方案，如圖34所示，動臂油缸與動臂鉸接于E點。當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。油缸后傾布置方案，如圖35所示，當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升到上極限位置時，動臂油缸軸線向后方

42、傾斜。當(dāng)兩方案的動臂油缸安裝尺寸DE、鏟斗最大挖掘高度H和地面最大挖掘半徑R相等時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即。此外，在后傾方案中，動臂EF部分往往比前傾方案的長，因此動臂所受彎矩也比3-4動臂油缸前傾布置方案圖3-5動臂油缸后傾布置方案較大。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。然而，后傾方案動臂下鉸點C與動臂油缸下鉸點D的距離CD比前傾方案的大，則動臂在上下兩極位置時，動臂油缸的作用力臂Cp也較大。因此，在動臂油缸作用力相同時，后傾方圖為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘機將長動臂CEF改換成短動臂CEF（圖35），并配以長斗桿。在最大深度處挖掘時，采用鏟斗挖掘而還是斗桿挖掘，這樣得到

43、的最大挖掘深度為。顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng)C、D兩鉸點位置和CE長度均不變時，通過加大動臂油缸長度可以增大動臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會影響到最大挖掘深度。所以，在布置油缸時，應(yīng)綜合考慮動臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動臂舉升力的挖掘力等因素。本設(shè)計選用動臂油缸前傾布置方案。斗桿油缸的布置確定斗桿油缸鉸點、行程及斗桿力臂比時應(yīng)該考慮下列因素。保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。即油缸從最短長度開始推伸時和油缸最大伸出時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的力矩應(yīng)該足以支承滿載鏟斗和斗桿靜止不動。油缸力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘范圍可以取

44、得越小一些。保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取100130。在斗桿油缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之間的距離應(yīng)大于10cm。一般來說，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小一些。鉸點位置的確定需要反復(fù)進行。在計算中初定鉸點位置，如不夠合理，應(yīng)進行適當(dāng)修改。鏟斗油缸的布置確定鏟斗油缸鉸點應(yīng)考慮以下因素。保證轉(zhuǎn)斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘阻力。當(dāng)鏟斗油缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動。保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140160，在特殊作業(yè)時可以大于180，擺角位置可以按圖3-6布置。

45、當(dāng)鏟斗油缸全縮時，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10,常取1525，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。鏟斗從位置到位置時（圖36），鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗齒最大切削角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時，正好斗齒挖圖3-6鏟斗擺角范圍掘力也最大。實際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。在許多情況下，特別是進行復(fù)合動作挖掘時，鏟斗的切削轉(zhuǎn)角一般都小于100，而且鏟斗也不一定都在初始位置開始挖掘。因此，目前一般取位置至位置的轉(zhuǎn)角為3050，在這個角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開始挖掘時就有一定的挖掘力。3.3動臂、斗桿、

46、鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇工作裝置各部分重量對點的力矩之和，相應(yīng)的力臂值由圖51確定為：由圖51畫圖得，1.36m；由圖51畫圖得，1.99m；由圖51畫圖得，1.1m；由圖51畫圖得，0.325m；由圖51畫圖得，3.16m；整體彎曲動臂對彎曲部分的斷面進行強度計算時，應(yīng)考慮按曲梁進行驗算，即在彎曲平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計算：（57）式中：斷面積；斷面彎曲處的曲率半徑；重心至計算點的距離，該點在曲率中心與斷面重心之間為負(fù)，反之為正；、斷面形狀及曲梁曲率有關(guān)系數(shù)；(積分范圍由斷面中心軸至最邊緣點)對簡單的幾何圖形（矩形圓形等）為無窮級數(shù)，可以近似計算之，一般用替代，則；動臂計算位置，條件為：1） 動臂位于

47、動臂液壓缸作用力臂最大值處（）；2） 斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部軸部夾角90時）；3） 鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進行正常挖掘。此位置相當(dāng)于斗計算位置，工作裝置上的作用力亦相同。動臂的內(nèi)力圖，包括軸向力，動臂平面內(nèi)的彎矩，剪力；平面外的彎矩，剪力和扭矩。6 液壓挖掘機機構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計在機構(gòu)設(shè)計過程中，最重要的階段是機構(gòu)方案構(gòu)思一概念設(shè)計。在進行機構(gòu)設(shè)計之初，設(shè)計者不但需要具有設(shè)計的知識，而且需要具有相當(dāng)?shù)墓こ探?jīng)驗、創(chuàng)造與直覺的能力、及許多其他方面的條件，才能夠創(chuàng)造一種新型機構(gòu)以完成所希望的功能。這是一種發(fā)明行為，這不僅是設(shè)計對過程中最富有創(chuàng)造性的部分，也是機械設(shè)計過程中最為困難

48、的地方。到目前為止，尚未有學(xué)者提出系統(tǒng)化的方法以引導(dǎo)設(shè)計者有系統(tǒng)地進行創(chuàng)新機構(gòu)。然而，大多數(shù)的機械設(shè)計實例(大約占機械設(shè)計實例的70%)不是憑空創(chuàng)造新機構(gòu)，而是在現(xiàn)有機構(gòu)(該機構(gòu)可能受專利保護)的基礎(chǔ)上進行修改，創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)不同的新型機構(gòu)，以提高機器的質(zhì)量和性能，或者突破現(xiàn)有專利技術(shù)。下面結(jié)合液壓挖掘機構(gòu)的反鏟裝置，提出基于結(jié)構(gòu)推理的機構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計方法?；诮Y(jié)構(gòu)推理的機構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計是利用創(chuàng)造性發(fā)散原理，通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型綜合的方法，對現(xiàn)有的機械方案從拓?fù)渎?lián)接方面進行變異創(chuàng)新，盡可能多的產(chǎn)生滿足設(shè)計功能要求的結(jié)構(gòu)變體，以便于尋找最優(yōu)的功能載體，尤其是創(chuàng)造新型機構(gòu)以回避專利保護機構(gòu)應(yīng)用方面更是結(jié)構(gòu)

49、推理之長。6.1基于結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型由機構(gòu)演化及編譯原理可知，任何機構(gòu)，包括齒輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)以及它們的組合，都可以視為連桿機構(gòu)的等效與變異，其原始型的構(gòu)造皆可通過連桿機構(gòu)的構(gòu)造來獲得。許多人在機構(gòu)結(jié)構(gòu)類型綜合方面作了大量的工作，尤其是在非同構(gòu)基本運動鏈的構(gòu)造方面。按他們提出的方法，由計算機很容易自動生成滿足給定設(shè)計任務(wù)要求的非同構(gòu)運動鏈，而這些非同構(gòu)運動鏈基本運動鏈?zhǔn)菢?gòu)造候選機構(gòu)型的基礎(chǔ)。下面所提出的基于結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計過程正是在這些研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該方法可以劃分四個階段：首先是根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求確定相似的設(shè)計方案(原始機械方案)，然后對該原始方案進行抽象

50、化表示，即將機構(gòu)方案一般化為運動鏈，在抽象化表示過程中記錄設(shè)計約束；其次根據(jù)機構(gòu)方案一般化運動鏈，在運動鏈圖譜庫中找出與一般化運動鏈具有相同桿數(shù)、自由度數(shù)以及連桿類型相同的所有非同構(gòu)的運動鏈，即運動鏈發(fā)散，并根據(jù)設(shè)計約束和適當(dāng)?shù)脑u價方法進行篩選；第三，對評價篩選后的每個非同構(gòu)的運動鏈進行機構(gòu)識別、驅(qū)動副識別以及桿組識別，形成用連桿表達(dá)的準(zhǔn)可行機械方案元型，即運動鏈再生；最后一個階段是將準(zhǔn)可行機械方案元型根據(jù)實際設(shè)計需要，基于設(shè)計約束規(guī)則以及用戶交互式方法進行類型替代，形成待評價的候選方案集轉(zhuǎn)入下一階段，并進行用戶交互式模糊評價，產(chǎn)生最優(yōu)方案。結(jié)構(gòu)推理過程模型如圖6-1所示。原始機械方案方案抽象

51、化表示規(guī)則庫推理機非同構(gòu)運動鏈圖譜庫機械方案非同構(gòu)結(jié)構(gòu)確定驅(qū)動副確定機架機構(gòu)方案元型集桿組識別類型替換候選方案集圖6-1基于結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型6.2液壓挖掘機機構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(1)液壓挖掘機基本結(jié)構(gòu)及其抽象化表示液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并以一個鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械，它由工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺和行走裝置三大部分組成。工作裝置作為液壓挖掘機的三大組成部分之一，因用途不同，種類繁多，其中主要有反鏟裝置、正鏟裝置、挖掘裝載裝置、起重裝置和抓斗裝置等，由于本次設(shè)計側(cè)重點在反鏟裝置，只創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)用最廣泛的反鏟裝置。如圖2(a)所示，液壓挖掘機反鏟裝置由動臂1、斗桿2、鏟斗3以及動臂油缸4、斗

52、桿油缸5、鏟斗油缸6和連桿機構(gòu)7等組成。其構(gòu)造特點是各部件之間的聯(lián)系全部采用鉸接，通過油缸的伸縮來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。挖掘作業(yè)時，將反鏟裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點，操縱臂油4，使動臂下降至鏟斗接觸挖掘面，然后操縱斗桿油缸5和鏟斗油缸6，使鏟斗進行挖掘工作。鏟斗裝滿后，將其轉(zhuǎn)到卸載地點卸載，然后進行第二次循環(huán)挖掘工作。由于油缸可以簡化為兩個串聯(lián)在一起的二副桿，這兩個二副桿的中間鉸為驅(qū)動副(驅(qū)動副用兩個同心圓表示)，因此圖2(a)中的反鏟裝置可以轉(zhuǎn)化為圖2(b) 所示的平面運動鏈型式。（a） (b)圖6-2反鏟裝置的基本結(jié)構(gòu)（2）再生運動鏈和創(chuàng)新運動鏈反鏟裝置的工作要求為了下面討論方便，先定義幾個概念

53、：定義1分離桿：如果自由度為F的平面運動鏈中存在某個桿，把此桿“切”為兩塊，該平面運動鏈則被分解成自由度分別為F1、F2的兩個子平面運動鏈，并且F=F1+F2，則稱此桿為分離桿。定義2分離自由度：如果自由度為F的平面運動鏈中至少存在一個桿，把此桿“切”為兩塊，該平面運動鏈則被分解成自由度分別為F1、F2的兩個子平面運動鏈，并且F=F1+F2，那么該平面運動鏈的自由度類型為分離自由度。定義3驅(qū)動副：作動力源的運動副稱為驅(qū)動副。分析圖2(b)中所示的反鏟裝置的平面運動鏈，可以發(fā)現(xiàn)，該裝置是一個自由度為3的12桿機構(gòu)，其自由度類型為分離自由度，并且具有二個分離桿，即動臂1和斗桿2。反鏟裝置的工作要求

54、是，能夠控制挖掘高度、卸載高度、挖掘深度和挖掘半徑。為了保證最大的挖掘范圍，反鏟裝置必須具有兩個分離桿。具有兩個分離桿的機構(gòu)，其自由度一定大于或等于3。所以反鏟裝置機構(gòu)結(jié)構(gòu)的最基本要求是：自由度大于或等于3，并且具有兩個分離桿。隨著自由度和桿數(shù)的增加，機構(gòu)的復(fù)雜程度將大大增加，因此作者只研究能滿足基本要求的自由度等于3、桿數(shù)不大于12的反鏟裝置。滿足要求的連桿組合由于分離桿的副數(shù)應(yīng)大于或等于4，因此反鏟裝置至少應(yīng)有兩個副數(shù)大于或等于4的多副桿。自由度等于3、桿數(shù)不大于12，并至少應(yīng)有兩個4副以上桿的連桿組合有下列幾種。(1)N=10，N2=8，N3=0，N4=2，N5=0，N6=0(2)N=12，N2=10，N3=0，N4=1，N5=0，N6=1(3)N=12，N2=10，N3=0，N4=0，N5=2，N6=0(4)N=12，N2=9，N3=1，N4=2，N5=0，N6=0(5)N=12，N2=9，N3=0，N4=3，N5=0，N6=0(6)N=12，N2=8，N3=2，N4=2，N5=0，N6=0其中：N為桿數(shù)NI為具有I個運動副的桿數(shù)滿足要求的運動鏈對于以上六種連桿組合，具有分離自由度的平面運動鏈數(shù)目分別是2、5、2、42、12和103共166種，經(jīng)計算，其中只