中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 1 頁(yè) 摘 要 本次結(jié)業(yè)設(shè)計(jì)的題目是輪胎式液壓挖掘機(jī)與其它類型的挖掘機(jī)相比,這 種類型的挖掘機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn),它使用汽車底盤.因此,行駛速度較履帶式更快,此 外,它還有很好的適應(yīng)性,可以市區(qū)中行走,其引它采用液壓傳動(dòng),這改善了 挖掘機(jī)的整機(jī)性能,使其更可靠,再次可以在多個(gè)方向上工作,并準(zhǔn)確卸載, 且可方便卸載. 本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)是給出了斗容量:1m3 .本次主要設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作 裝置,回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置,液壓傳動(dòng)原理. 在設(shè)計(jì)中,我采用了汽車盤并加以改一個(gè)更大的范圍內(nèi)工作,因造以滿足 要求,上部轉(zhuǎn)臺(tái)是全回轉(zhuǎn)式,因此它可在采用了液壓傳動(dòng)控制而使整機(jī)性能 得以改善.與機(jī)械式挖掘機(jī)相經(jīng),其挖掘機(jī)力提高了很多,整機(jī)質(zhì)量約 26 噸, 挖掘力 140KN,卸載高度約 4.59m,挖掘深度 5.089m,挖掘半徑 9.075m. 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :液壓挖掘機(jī); 液壓控制; 液壓系統(tǒng); 全回轉(zhuǎn); 卸載; 鏟斗. 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 2 頁(yè) ABSTRACT This time topic which graduates a design is tire type the liquid press to scoop out machine and other types of the excavation machine compare, the excavation machine of this kind of type contain a lot of advantages, it uses car bedrock.Therefore drive speed to compare with track type, sooner, in addition, it still has good adaptability, can with run about in the downtown, it leads it to adopt a liquid to press to spread to move, this whole machine function which improves excavation machine, make it more dependable, can work on several directions again, and accurate unload, and convenient unload. The main parameter of this time design is to give bucket capacity:1m3 .This the main design scoop out machine of work device, the turn-over drives device, the liquid presses to spread to move principle. In the design, I adopted car dish and take in to change a work inside the larger scope, because of build to satisfy a request, upper parts turning set is a whole turn-over type, so it can Be adopting a liquid to press to spread to move control but canning make the whole machine function improve.Scoop out machine with machine type mutually through, the its excavation machine dint raised a lot of, the whole machine quality is about 26 ton, the excavation dint 140 KN, unload height about 4.59 m, the excavation depth 5.089 m, scoop out a radius 9.075 m. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 3 頁(yè) Keyword: the liquid press to scoop out machine; the liquid presses a control; the liquid presses system; whole turn-overs; unload; bucket. 目 錄 1 1 概述概述1 1.1 機(jī)械發(fā)展的特點(diǎn) 1 1.2 挖掘機(jī)械的類型 2 1.3 單斗液壓挖掘機(jī)的基本組成和工作原理 2 1.4 本次設(shè)計(jì)任務(wù) 2 2 2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案3 2.1 工作裝置方案設(shè)計(jì) 3 2.1.1 工作裝置設(shè)計(jì)原則 3 2.1.2 反鏟裝置的組成及構(gòu)造特點(diǎn) 3 2.1.3 具體結(jié)構(gòu)方案 4 2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 5 2.2.1 對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求 5 2.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇 5 2.2.3 制動(dòng)器的選擇 6 2.3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 2.3.1 單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過(guò)程包括下列幾個(gè)間歇?jiǎng)幼?6 2.3.2 對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 6 3 3 工作裝置設(shè)計(jì)計(jì)算工作裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3.1 尺寸估計(jì) 7 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 4 頁(yè) 3.2 運(yùn)動(dòng)分析 8 3.2.1 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù) 8 3.2.2 動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng) 8 3.2.3 斗桿的運(yùn)動(dòng)12 3.2.4 鏟斗的運(yùn)動(dòng)13 3.3 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算14 3.3.1 斗形參數(shù)選擇14 3.3.2 轉(zhuǎn)斗挖掘阻力計(jì)算14 3.3.3 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇15 3.3.4 鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇20 3.3.5 鏟斗機(jī)構(gòu)載荷分析21 3.3.6 斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇22 3.3.7 動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸初步設(shè)計(jì)估算24 4 4 回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 25 4.1 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的選型計(jì)算25 4.2 回轉(zhuǎn)起動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩計(jì)算31 4.3 行星減速器設(shè)計(jì)32 4.3.1 齒形及精度33 4.3.2 齒輪材料及其性能33 4.3.3 計(jì)算傳動(dòng)比33 4.3.4 分配傳動(dòng)比33 4.3.5 高速級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算34 4.3.6 低速級(jí)的計(jì)算45 4.3.7 軸的設(shè)計(jì)47 5 5 轉(zhuǎn)臺(tái)布置和整機(jī)穩(wěn)定性轉(zhuǎn)臺(tái)布置和整機(jī)穩(wěn)定性 47 5.1 轉(zhuǎn)臺(tái)布置47 5.2 整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算48 6 6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 50 6.1 液壓系統(tǒng)基本回路50 6.2 系統(tǒng)初步計(jì)算和液壓元件的選用54 結(jié)論結(jié)論56 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)57 致謝致謝58 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 5 頁(yè) 1 概述 1.1 機(jī)械發(fā)展的特點(diǎn) 1)挖掘機(jī)品種和產(chǎn)量劇增并向多功能,高效發(fā)展 為適應(yīng)各種工程對(duì)象的要求以及國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),七年內(nèi)品種增加 1015 倍,達(dá) 600 多種以上.為擴(kuò)大機(jī)械的使用性能,中小型單斗挖掘機(jī)還附 有多達(dá)數(shù)十種可換工作裝置.大型挖掘機(jī)和斗輪挖掘機(jī)由于生產(chǎn)率高,經(jīng)濟(jì) 效果顯著也發(fā)展很快. 2)液壓挖掘機(jī)迅速發(fā)展 液壓挖掘機(jī)由于使用性能,技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越,六十年代即開 始蓬勃發(fā)展,六十年代末世界各國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量與挖掘機(jī)總產(chǎn)量之比平均 值已達(dá)到時(shí) 80%以上. 3)普遍重視產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化以及新技術(shù)、新工藝、新結(jié) 構(gòu)和新材料的采用 產(chǎn)品的“三化”不僅可大大縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制周期和老產(chǎn)品改進(jìn)更 新?lián)Q代周期,有利發(fā)展品種,并且便于大批量生產(chǎn)、提高產(chǎn)量和質(zhì)量、降低 成本、有利用用戶的使用修理以及配件的生產(chǎn)和供應(yīng).它已是組織與管理現(xiàn) 代化生產(chǎn)的重要手段.挖掘機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)美、日、法、西德和蘇聯(lián)等除有國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)外各大公司還有自己的系列標(biāo)準(zhǔn). 4)生產(chǎn)專業(yè)化程度不斷提高,并重視質(zhì)量管理 加強(qiáng)挖掘機(jī)及其零部件生產(chǎn)的專業(yè)化,使工廠集中精力于承擔(dān)有限部分 的加工工藝,為大批量生產(chǎn)保證產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本增加利潤(rùn)并便于產(chǎn)品 的變型發(fā)展.采用主機(jī)零件廠分工協(xié)作,由幾個(gè)專業(yè)廠專門為主機(jī)廠配套. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 6 頁(yè) 國(guó)外制造挖掘機(jī)各公司對(duì)質(zhì)量的管理都非常重視,認(rèn)為是影響企業(yè)生存 和發(fā)展的重要環(huán)節(jié).各企業(yè)都沒(méi)設(shè)有質(zhì)量管理部并自成管理體系. 5)重視試驗(yàn)與研究工作、提高科技人員的比例 為了不斷提高挖掘機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量,改進(jìn)產(chǎn)品性能和發(fā)展新產(chǎn)品,各國(guó)普遍重 視試驗(yàn)研究工作.各國(guó)大的公司企業(yè)或由國(guó)家投資建立工程機(jī)械、挖掘機(jī)的 試驗(yàn)中心、試驗(yàn)研究所或室等. 1.2 挖掘機(jī)械的類型 挖掘機(jī)械的類型與構(gòu)造型式繁多，可按照挖掘工作原理與過(guò)程、用途、 構(gòu)造特征等進(jìn)行劃分。 按照用途，單斗挖掘機(jī)分為：建筑型、采礦型和剝離型等。建筑型挖掘 機(jī)一般可裝置各種不同的工作裝置，進(jìn)行多種作業(yè)，故又稱通用式。 按照動(dòng)力裝置，挖掘機(jī)有電驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和復(fù)合驅(qū)動(dòng)等，以一臺(tái)發(fā) 動(dòng)機(jī)帶支挖掘機(jī)全部機(jī)構(gòu)者為單機(jī)驅(qū)動(dòng)式，以若干發(fā)動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)各個(gè)主 要機(jī)構(gòu)者為多機(jī)驅(qū)動(dòng)式。 按照傳動(dòng)方式，挖掘機(jī)分為機(jī)械傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式和混合傳動(dòng)式。 挖掘機(jī)的行走裝置型式有：履帶式、輪胎式、汽車式、步行式、軌道式、 拖式等。 單斗挖掘機(jī)工作裝置的型式很多，常用的基本型式，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)的挖 掘機(jī)有：正鏟、反鏟、拉鏟和起重吊鉤等。 本次設(shè)計(jì)斗容量為 1m3,由于輪胎式液壓挖掘機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用領(lǐng)域 很廣泛,輪胎式液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)性能好,工作平穩(wěn),行走速度快,對(duì)路面沒(méi)有 破壞,機(jī)構(gòu)布置合理緊湊,操作簡(jiǎn)便靈活易實(shí)現(xiàn)“三化”. 1.3 單斗液壓挖掘機(jī)的基本組成和工作原理 單斗液壓挖掘機(jī)為了實(shí)現(xiàn)周期性作業(yè)要求,設(shè)有下列基本組成部分:工作 裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等.常用 是全回轉(zhuǎn)式挖掘機(jī),其動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、輔助設(shè) 備和駕駛室等都裝在可回轉(zhuǎn)的平臺(tái)上,簡(jiǎn)稱為上部轉(zhuǎn)臺(tái).因而常又常把這類 機(jī)械概括成由工作裝置,上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分組成.挖掘機(jī)的基本 性能也就決定各組成部分的構(gòu)造和性能. 液壓挖掘機(jī)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵,把高壓油輸送到各閥,再到有關(guān)液壓執(zhí) 行元件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作. 1.4 本次設(shè)計(jì)任務(wù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 7 頁(yè) 本次設(shè)計(jì)斗容量 1m3的液壓挖掘機(jī),挖掘級(jí)及以下土壤.設(shè)計(jì)任務(wù):工 作裝置的運(yùn)動(dòng)分析,整體設(shè)計(jì),回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì),零件圖設(shè)計(jì),液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的 原理設(shè)計(jì). 2 設(shè)計(jì)方案 2.1 工作裝置方案設(shè)計(jì) 2.1.12.1.1 工作裝置設(shè)計(jì)原則工作裝置設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)滿足下列要求： 1)主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求。在設(shè)計(jì)通用反鏟裝置時(shí)要考慮 與同類型，同等級(jí)機(jī)器相比的先進(jìn)性?？紤]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到參 數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。 2)整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)用滿足使用要求并具有一定的先進(jìn) 性。 3)功率利用情況盡可能好，理論工作時(shí)間盡可能短。 4)確定鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸形狀時(shí)盡可能使受力狀態(tài)有利。 在保證強(qiáng)度、剛度和連剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。 5)作業(yè)條件復(fù)雜使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點(diǎn) 構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)要注意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu) 件各類少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換裝方便。 6)運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性 好，保證安全可靠并盡可能性使液壓缸載呀減載。 7)工作裝置液壓缸設(shè)計(jì)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。 8)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式和布置要使于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。 9)要采取合理措施來(lái)滿足特殊使用要求。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 8 頁(yè) 2.1.22.1.2 反鏟裝置的組成及構(gòu)造特點(diǎn)反鏟裝置的組成及構(gòu)造特點(diǎn) 反鏟裝置是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置，目前廣泛應(yīng)用的斗容在 1.6m3 以下。 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗以及動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、 鏟斗液壓缸和連桿機(jī)構(gòu)等組成，其構(gòu)造特點(diǎn)是各構(gòu)件之間的聯(lián)系全部采用 鉸接通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘過(guò)程的各個(gè)動(dòng)作。 動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接并以動(dòng)臂液壓缸來(lái)支承和改變動(dòng)臂的傾角 通過(guò)動(dòng)臂液壓缸的伸縮可使動(dòng)臂繞下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而升降斗桿鉸接于動(dòng)臂的上 端，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)位置由斗桿液壓缸控制。當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時(shí)，斗 桿便可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗與斗桿前端鉸接并通過(guò)鏟斗液壓缸伸縮使 鏟斗繞該點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角通常以連桿機(jī)構(gòu)與鏟斗連接。反鏟主 要用于挖掘停機(jī)面以下地壤，其挖掘軌跡決定于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及其相互 配合的情況，當(dāng)采用動(dòng)臂液壓缸工作來(lái)進(jìn)行挖掘時(shí)，可以得到最大的挖掘 半徑和最長(zhǎng)的挖掘行程。 當(dāng)動(dòng)臂位于最大下傾角并以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘工作時(shí)可以得到最大的 挖掘深度尺寸，并且也有較大工業(yè)挖掘行程。在輕堅(jiān)硬的士質(zhì)條件下工作 時(shí)能夠證裝滿鏟斗幫中小型挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常以斗桿液壓缸工作進(jìn)行 挖掘，以鏟斗液壓缸工作進(jìn)行挖掘時(shí)挖掘行程較短，如使用權(quán)鏟斗在挖掘 行程結(jié)束時(shí)能裝滿土壤需要有較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤。 所以一般土方工程挖掘中轉(zhuǎn)斗挖掘最常采用。實(shí)際挖掘工作中往往需要采 用各種液壓缸的聯(lián)合工作。 2.1.32.1.3 具體結(jié)構(gòu)方案具體結(jié)構(gòu)方案 1)動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式 動(dòng)臂是工作裝置的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)型式往往取決于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形 式反鏟動(dòng)臂分為整體式和組合式兩類。整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。價(jià)廉，剛度 相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置較少，通用性 較差為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率，往往需要配備幾套不通用的工 作裝置。一般說(shuō)長(zhǎng)期用于作業(yè)條件相似的反鏟采用整體動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。 因此，考慮到國(guó)內(nèi)的現(xiàn)代化建設(shè)中的西部大開發(fā)及南水北調(diào)工程。本設(shè)計(jì) 采用整體式動(dòng)臂。 2)動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸的布置 動(dòng)臂液壓缸的連接，一般有兩種布置方案：一種是動(dòng)臂液壓缸裝于動(dòng)臂 的前下方動(dòng)臂下支承點(diǎn)，可以調(diào)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)達(dá)中心之前，并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平 面，它也可以設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之后，以改善轉(zhuǎn)達(dá)臺(tái)的受力情況，但使用 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 9 頁(yè) 反鏟作業(yè)裝置時(shí)動(dòng)臂支點(diǎn)靠后布置會(huì)影響挖掘深度。大部分中小型液壓挖 掘機(jī)以反鏟作業(yè)為主，因此采用動(dòng)臂支點(diǎn)靠前布置的方案，動(dòng)臂液壓缸支 于轉(zhuǎn)臺(tái)中點(diǎn)靠前處，以增加作業(yè)上方和后主，有的稱之謂是掛式液壓缸， 這種方案的特點(diǎn)是動(dòng)臂下降幅度較大，在挖掘時(shí)，尤其在挖深較大壓缸往 往處于受壓狀態(tài)，閉鎖能力較強(qiáng)，盡管在動(dòng)臂提升時(shí)液壓缸小腔進(jìn) 油提升 力矩一般尚夠用，提升速度也較快幫作為專用的反鏟裝置這種方案仍然可 取。 3)鏟斗的聯(lián)接 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接有三各形式，其區(qū)別主要在于液壓缸活塞端部 與鏟頭號(hào)、斗桿與鏟斗的連接方式不同。 4)鏟斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 對(duì)各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是： 有利二物料的自由流動(dòng)，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向緣，棱角等斗底 的縱向剖面形狀要適合各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 要使物料易于卸凈，用于粘于的鏟斗裝卸時(shí)不易卸凈，因此延長(zhǎng)了作 業(yè)循環(huán)時(shí)間，降低了有效斗容量，因此可采用強(qiáng)制卸土板的粘土鏟斗。 為了便于物料的鏟裝，裝入物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆料直徑 之比應(yīng)大于 4：1，當(dāng)此比值大于 50：1 時(shí)顆粒尺寸的影響可不考慮，視物 料為均質(zhì)。 裝設(shè)計(jì)齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘線比壓，以便函切入 或破碎陰力較的物料。 2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 單斗液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)時(shí)間約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的 5040%?；剞D(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的 3040%。因此 合理地確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓油路和結(jié)構(gòu)方案，正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)諸參數(shù)， 對(duì)提高生產(chǎn)率，改善司機(jī)的勞動(dòng)條件，減少工作裝置的沖擊等具有十分重 要的意義 2.2.12.2.1 對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求 1)在加速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過(guò)允許值的前提下，應(yīng)盡可能縮短回時(shí)間。 在回轉(zhuǎn)部分慣性已知的情況下，角加速度的大小變最大的回轉(zhuǎn)扭掩蔽的限 制該扭矩不應(yīng)超過(guò)行走部分與地面的附著力矩。 2)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷系數(shù)不應(yīng)超過(guò)允許值，非全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)， 工作裝置不應(yīng)碰撞定位器。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 10 頁(yè) 3)回轉(zhuǎn)能量損失最小 2.2.22.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分為全回轉(zhuǎn)式和半回轉(zhuǎn)式，懸掛式液壓挖掘機(jī)通常采用半回轉(zhuǎn) 的的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)角度一般等于或小于 180o本次設(shè)計(jì)為履帶式液壓挖掘 機(jī)，因此采用全回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，按液動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可分為高速方案和低速方案兩類。 由高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速成器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小支承上的回定齒圈動(dòng)，促使轉(zhuǎn) 臺(tái)轉(zhuǎn)的稱為高速方案。其低速大扭矩液壓馬達(dá)直接帶支回轉(zhuǎn)小齒輪促使轉(zhuǎn) 臺(tái)回轉(zhuǎn)的稱為低速方案。在高速方案中，通常采用行星齒輪減速成箱減速。 行星齒輪減速成箱，雖然加工要求較高，但可用一般漸開線齒廓的模數(shù)銑 刀進(jìn)行加工，結(jié)構(gòu)也比較緊湊，速成比大，受力好。因此獲得廣泛的應(yīng)用， 高速方案一般采用斜軸式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。此方案結(jié)構(gòu)比較緊湊， 速比大，受力好，回此在液壓挖掘機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用，本次設(shè)計(jì)將采用 斜軸式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。高速方案還有以上優(yōu)點(diǎn)：高速成液壓馬 達(dá)體積小，效率高，不需要背壓補(bǔ)油，便函于設(shè)置小制支器發(fā)熱和功率損 失小，工作可靠。 2.2.32.2.3 制動(dòng)器的選擇制動(dòng)器的選擇 制動(dòng)器應(yīng)滿足工作安全可靠，制動(dòng)平穩(wěn)，操縱輕便靈敏等要求，在對(duì)回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用了鉗盤式制動(dòng)器。因?yàn)橥ㄟ^(guò)試驗(yàn)與蹄式制動(dòng)器相比，它具有下 優(yōu)點(diǎn)： 1)鉗盤式制支器所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩比較半穩(wěn)由于它無(wú)增力作用其效率系 數(shù) K 與磨擦系數(shù) u 為直線關(guān)系。 2)由于制動(dòng)盤都暴露在外，因此通風(fēng)良好，旋轉(zhuǎn)時(shí)還有自潔作用，熱穩(wěn) 定性好，基本上無(wú)熱衰退現(xiàn)象，在連續(xù)多次使用情況下制動(dòng)力矩變化很小， 甚至在惡劣工況下仍能正常使用。 3)維修方便，不需要經(jīng)常調(diào)整間隙。 4)制動(dòng)磨擦襯片磨擦均勻，使用壽命也比較長(zhǎng)。但其也存在一些缺點(diǎn)， 需采取措施減小及至消除。 2.3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 按照挖掘機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和裝置的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地 連接想來(lái)的組合體叫做挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的 機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M(jìn)行傳送，然后通過(guò)液壓 缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 11 頁(yè) 2.3.12.3.1 單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過(guò)程包括下列幾個(gè)間歇?jiǎng)幼鲉味芬簤和诰驒C(jī)的作業(yè)過(guò)程包括下列幾個(gè)間歇?jiǎng)幼?動(dòng)臂升降，斗桿收放，鏟斗裝卸轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，整機(jī)行走，以及其它輔助動(dòng) 作，除輔助動(dòng)作不需全功率驅(qū)動(dòng)外，其它都是挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?，要考慮 全功率驅(qū)動(dòng)。由于挖掘機(jī)的作出對(duì)象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有 兩項(xiàng)特殊要求：第一，實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，陰力與作業(yè)速度隨時(shí)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。第二，為了充 分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過(guò)程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)?作同時(shí)進(jìn)行叫做復(fù)合動(dòng)作，這兩項(xiàng)要求需要?jiǎng)幼魍瑫r(shí)進(jìn)行叫做復(fù)合動(dòng)作， 這兩項(xiàng)要求需要由液壓系統(tǒng)來(lái)保證。 2.3.22.3.2 對(duì)液壓系統(tǒng)的要求對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 單斗液壓挖掘機(jī)動(dòng)作繁雜，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常超支、制動(dòng)、換向、外負(fù)荷變 化很大，沖擊和振動(dòng)多，而且野外我作，溫度和環(huán)境變化大，所以對(duì)液壓 系統(tǒng)的要喜慶是多方面的。 1)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的傳動(dòng)要保證工作裝置的各部分可單獨(dú)動(dòng)作，也可 以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 2)主機(jī)工作過(guò)程中，要求工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行， 又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高機(jī)械生產(chǎn)率。 3)挖掘機(jī)的一切動(dòng)作都是可逆的，而且要求無(wú)級(jí)變速。 4)要求機(jī)械工作安全可靠，各種作業(yè)油缸要有良好的過(guò)載保護(hù)，回轉(zhuǎn)機(jī) 械和行走裝置要有可靠的制動(dòng)和限速成，要防止動(dòng)臂因自重而快速成下降 和整機(jī)超速溜坡。 5)充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提高傳動(dòng)效率。 6)系統(tǒng)和元件應(yīng)保證在外負(fù)荷變化大和急劇振動(dòng)沖擊作用下具有足夠的 可靠性。 7)系統(tǒng)密封性好。 8)為了減輕司機(jī)操作強(qiáng)度，要考慮采用液壓或電液伺服操裝置。 本次設(shè)計(jì)將考慮選用高壓變量系統(tǒng)，雙泵雙回路，全功率變量系統(tǒng)，后續(xù) 部分將對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明。 3 工作裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 尺寸估計(jì) 參照單斗液壓挖掘估算整機(jī)各部分尺寸和工作裝置尺寸。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 12 頁(yè) 根椐經(jīng)驗(yàn)公式求尺寸參數(shù)。 線尺寸參數(shù)： (m) 3 GkL lii Kli為線向尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，G 為整機(jī)質(zhì)量。 1)轉(zhuǎn)臺(tái)離地高：mLF18. 1264 . 0 3 2)底架離地高：mLg41 . 0 2614. 0 3 3)臂鉸離地高：mLH866. 12663 . 0 3 3)臂鉸離回轉(zhuǎn)中心:mLx444 . 0 2615 . 0 3 4)臂鉸與液壓缸鉸距:mLe888. 0263 . 0 3 5)臂鉸與液壓缸傾角： 0 40 0 50 6)缸鉸離地高度：mSinLLH eH 238 . 1 450 7)臂長(zhǎng)：標(biāo)準(zhǔn)臂尺寸系數(shù)推薦值,范圍 1.71.98 . 1 1 l K 標(biāo)準(zhǔn)臂mGkl li 33 . 5 268 . 1 33 1 8)斗桿：推薦系數(shù)8 . 0 2 l K 推薦：37 . 2 268 . 0 33 22 GkL l 9)鏟斗：推薦系數(shù), 5 . 0 3 l KmL48 . 1 265 . 0 3 3 10)動(dòng)臂轉(zhuǎn)角： 0 50 0 40 11)斗桿轉(zhuǎn)角： 0 50 0 160 12)鏟斗轉(zhuǎn)角： 0 50 0 180 13)最大挖掘半經(jīng)：系數(shù),35. 3 f kmR92 . 9 14)最大挖掘深度：系數(shù)，05 . 2 z kmH1 . 6 max1 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 13 頁(yè) 15)最大挖掘高度：系數(shù), 25. 2 H kmH67 . 6 max2 16)最大卸載高度：系數(shù), 55 . 1 Q kmH59 . 4 max3 3.2 運(yùn)動(dòng)分析 反鏟裝置的幾何位置取決于動(dòng)臂液壓缸的長(zhǎng)度 L1斗桿液壓缸的長(zhǎng)度 L2 和鏟斗液壓缸的長(zhǎng)度 L3 ，顯然，當(dāng) L1 、L2 、L3 為某一組確定值時(shí)，反 鏟裝置就相應(yīng)處于一個(gè)確定的幾何位置。建立坐標(biāo)系：X 軸與地面重合，Y 軸與挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)中心線重合，則斗齒尖 V 所在的 X 坐標(biāo)值就表示挖掘半經(jīng) Y 坐標(biāo)，YV為正值表示挖掘高度，為負(fù)值表示挖掘深度。 3.2.13.2.1 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù) 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)分三類：原始參數(shù)，推導(dǎo)參數(shù)，特征參數(shù)，各參數(shù)見圖 3-1 3.2.23.2.2 動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 14 頁(yè) 圖 3-1 反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 15 頁(yè) 1)動(dòng)臂的擺角范圍 1max和各點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)（圖 3-2） ，1max是 L1的函數(shù)， 動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻的坐標(biāo)值也是 L1的函數(shù)，根據(jù)全余弦定理，當(dāng) L1=L1min和 L1= L1msc時(shí)得 1min=ACB0=arccos( ) (3-1) 57 2 1min 2 5 2 7 2 L- ll ll 1max=ACB0=arccos( )(3-2) 57 2 1max 2 5 2 7 2 L- ll ll 動(dòng)臂的擺角范圍： 1max=1max-1min 1 1 1 圖 3-2 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 16 頁(yè) 1 a2 a20 a21 a11 圖 3-3 F 點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖 動(dòng)臂的瞬時(shí)擺角：= arccos()- 1min 1 57 2 1 2 5 2 7 2ll lll 列動(dòng)臂 F 點(diǎn)坐標(biāo)方程。 圖 3-3 中 =BCU= 1 - = arccos()- (3-3) 20 11 57 2 1 2 5 2 7 2ll Lll 11 F 點(diǎn)在水平線 CU 之下時(shí)為負(fù),否則為正。 21 F 點(diǎn)坐標(biāo)方程： (3-4) 21130 cosllXF (3-5) 211 sinlYY CF C 點(diǎn)坐標(biāo)可由圖示 2-22 求得 (3-6) 115 sinlYY AC 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 17 頁(yè) 2)動(dòng)臂液壓缸作用力臂 當(dāng)動(dòng)臂液壓缸長(zhǎng)度為 L1時(shí),動(dòng)臂液壓缸作用力臂 1= (3-7) 1 157 sin L ll 當(dāng)分別取和時(shí),可得動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的起始和終了力臂 10和 1 L min1 L max1 L 1z。顯然動(dòng)臂液壓缸的最大作用力臂，此時(shí) 5max1 le 2 5 2 71 llL 3.2.33.2.3 斗桿的運(yùn)動(dòng)斗桿的運(yùn)動(dòng) 斗桿的位置參數(shù)是 L1 和 L2的函數(shù)，此外討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)， 也即只考慮 L2的影響，斗桿機(jī)構(gòu)與動(dòng)臂機(jī)構(gòu)性質(zhì)類似，它們是四連桿機(jī)構(gòu)， 但連桿比不同，在動(dòng)臂機(jī)構(gòu)中，一般 L1L5, 斗桿機(jī)構(gòu)中一般 L9L8. 1)斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的擺角范圍 max2 由圖 3-4 得 =- min2max2max2 ) 2 arccos( 98 2 max2 2 9 2 8 ll Lll ) 2 arccos( 98 2 min2 2 9 2 8 ll Lll 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 18 頁(yè) 2 2 2 圖 3-4 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖 2)斗桿液壓缸的作用力臂 2= （3-8） 2298 sinLll 當(dāng)以 L2min 和 L2max代入得 20和 2z斗桿液壓缸的最大作用力臂 2 l ,此時(shí) 9max2 le 2 9 2 82 lll 3.2.43.2.4 鏟斗的運(yùn)動(dòng)鏟斗的運(yùn)動(dòng) 鏟斗相對(duì)于 X-Y 坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是 L1 L2 和 L3的函數(shù)，情況較復(fù)雜，現(xiàn) 先討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)。 （圖 3-5）鏟斗液壓缸對(duì) N 點(diǎn)的作用力臂為 (3-9)sin( 3022131 lr 連桿 HK 對(duì) N 點(diǎn)作用力臂為 (3-10) 28142 sin lr 連桿 HK 對(duì) Q 點(diǎn)作用力臂為 29243 sin lr 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 19 頁(yè) 5 30 22 26 29 28 27 25 9 23 24 10 圖 3-5 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)示意圖 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比(3-11) i=(3-12) 32 31 lr rr 28143 2930222413 sin sin)sin( ll ll 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角范圍 max3 鏟斗瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 （3-13） 10262473 FQV 當(dāng)取時(shí)可分求得，于是得= max33min33 LLLL和 max3min3 和 max3 min3max3 3.3 工作裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3.13.3.1 斗形參數(shù)選擇斗形參數(shù)選擇 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 20 頁(yè) 斗容量 q，平均寬度 B，轉(zhuǎn)斗挖掘半經(jīng) R 和轉(zhuǎn)斗挖掘滿轉(zhuǎn)角是鏟斗的2 四個(gè)主參數(shù)，R，B，三者之間有下幾何關(guān)系：2 (3-14) s KBRq)2sin2( 2 1 2 式中土壤松散系數(shù) KS近似值 1.25，q=0.4，確定，根據(jù)上式可由 R，B，中作任兩值求相應(yīng)第三值。2 3.3.23.3.2 轉(zhuǎn)斗挖掘阻力計(jì)算轉(zhuǎn)斗挖掘阻力計(jì)算 轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化 （3-15）DBAZXRCW 35 . 1 max max 1 )cos( cos 1 C表示土壤硬度的系數(shù)，TV 級(jí)土取 C=160320； R鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半經(jīng)， R3=L3=1480mm； 轉(zhuǎn)斗在挖掘過(guò)程中總轉(zhuǎn)角的一半； max 鏟斗瞬時(shí)轉(zhuǎn)角； B切削刃寬度影響系數(shù)，B=1+2.6b,其中 b 為鏟斗平均寬度，單位為 厘米； A切削角變化影響系數(shù)，A=1.3; Z帶有斗齒的系數(shù) Z=0.75; X斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)初步設(shè)計(jì)時(shí)，X=1.15; 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 21 頁(yè) D切削刃擠壓土壤分力，據(jù)斗容量大小在 D=1000020000N 范圍內(nèi) 選??； 3.3.33.3.3 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 反鏟工作裝置是由幾組連桿機(jī)構(gòu)組合而成，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率，機(jī)重等主參 數(shù)以及工作裝置結(jié)構(gòu)形式即寶的條件下連桿機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)，位置和油缸參數(shù)選 擇是否得當(dāng)，會(huì)對(duì)挖掘機(jī)性能和生產(chǎn)率帶來(lái)很大影響，以下對(duì)動(dòng)臂，斗桿， 鏟斗三個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行討論。動(dòng)臂和動(dòng)臂液壓缸的布置方案很多，本設(shè)計(jì)中動(dòng) 臂液壓缸置于下前方。采用彎臂能增加挖掘深度但降低了卸載高度，動(dòng)臂 彎角一般可取12001400，彎角大小會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利本設(shè)計(jì)中 1 1350 1 增大液壓缸全伸時(shí)的長(zhǎng)度比可以增大動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角，但由于受油缸 1 max 穩(wěn)定條件的限制一般取在 1.61.7 的范圍內(nèi)通用挖掘機(jī)中，L5取值通常 1 駐為 0.50.6L1main 據(jù)統(tǒng)計(jì)最大挖掘半徑 R1值一般與的值很接近，因此，由要 321 lll 求的 R1，已定的和，在三角形 CZF(圖 3-6)中，已知可求得： 2 l 1 k 1 l 3 l m kk l l62 . 2 135cos2 . 122 . 11 33. 5 cos21 02 13 2 3 1 41 mlkl155 . 3 62 . 2 2 . 1 41342 0 22 222 142 2 41 2 1 2 42 39 3 . 20) 33 . 5 155 . 3 2 62 . 2 33 . 5 155. 3 arccos() 2 arccos( ll lll ZFC 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 22 頁(yè) 0000 7 . 24 3 . 20135180ZCF 39 8+32 11 2 1 圖 3-6 最大挖掘半徑時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比按不同情況選取，以反鏟為主的 4 k 通用機(jī)=0.81.1，本設(shè)計(jì)取=1，取。 4 k 4 k 11 o 45 斗桿液壓缸全縮時(shí)，最大，常選 832 CFQ ，本設(shè)計(jì)取，取決于液壓缸布置形 oo 180160)( max832 o 170BCZ 式，動(dòng)臂雙液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，為 0,本設(shè)計(jì)中?。▓D 3- o 21 2 6） 。 由圖 3-7 得最大卸載高度的表達(dá)式為： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 23 頁(yè) 12 11 32-8 圖 3-7 最大卸載高度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 11 2 1 圖 3-8 最大挖掘挖掘深度時(shí)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)計(jì)算圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 24 頁(yè) 32118max1max322211max11115max2 )180sin()sin(sinllllYH o A （3-16） 由圖 3-8 得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為： YAllllH 1132min11123max1 sin)sin( （3-17） 將兩式相加，消去并令，得： 5 l max328211 ,ABA 01)sin()sin()sin( max12min1max11max3max1 BlAAlHH （3-18） 又特征參數(shù)（3-19） min11 max1 4 sin sin k 因此， 14max1min1 /sinsink (3-20) sin (1cos 2 1 2 4 2 min1 max1 k 將上式代入（3-18）剛得到一元函數(shù)0)( max1 f 整理得： A k AAlHHcos sin sincoscos(sin 14 max1 max1max11max3max1 （3-0) 1sincoscos(sin)sin) sin (1 max1max12 2 14 2 max1 BBlA k 21） 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 25 頁(yè) 式中mH1 . 6 max1 mH59 . 4 max3 O A 7 . 69 O B 3 . 100 1 4 k7 . 1ml3 . 5 1 ml37. 2 2 可求得， 0 min1 0 max1 7 . 31,115 解下列方程可求，和 （3-22） ) 2 1 arccos( ) 2 1 arccos( 22 1 2 max1 22 min1 所以，滿足35 . 2 ,58 . 1 1 ,1 由式，又因 min11max1 5min1 57 LL lL ll ml888.0 5 所以，mlmlml542 . 3 ,147 . 2 ,08. 2 max1min17 3.3.43.3.4 鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 預(yù)先設(shè)定：mlkkQlmQNl5 . 048 . 1 34 . 0 ,48 . 1 32243 ml37 . 2 2 轉(zhuǎn)斗的轉(zhuǎn)角范圍，為了滿開足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的 00 11090 要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到本設(shè)計(jì)中取，在 00 180150 0 160 時(shí)，斗齒尖為在 FQ 延長(zhǎng)線上側(cè)處，由 CAD 作圖（圖 3-9）得 min33 ll 0 V 0 15 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 26 頁(yè) mml1945 min3 mml2687 max3 圖圖 3-93-9 圖圖 3-103-10 3.3.53.3.5 鏟斗機(jī)構(gòu)載荷分析鏟斗機(jī)構(gòu)載荷分析 轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)挖掘過(guò)程為大曲率切削，挖掘過(guò)程中，因土壤厚度的變化較大， 所以 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 27 頁(yè) 阻力的變化也很大，然而在挖掘機(jī)實(shí)際作業(yè)過(guò)程中轉(zhuǎn)斗挖掘土壤的縱斷面 形式是多種多樣的其阻力變化情況也各不相同。 轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)最大理論挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，常在 處，由 0 5 . 47 式 3-24 求得NW 9 . 141083 max1 由 CAD 作圖（3-10）得，mmrmmrmmr476,539,438 321 鏟斗液壓缸的作用力： NW rr rl p 1 . 503343 9 . 141083 438476 5391480 max1 31 23 3 取系統(tǒng)實(shí)際工作壓力為 P=24.5Mpa,液壓缸大腔工作，油缸機(jī)械效率 ，大腔面積為：95 . 0 i 2 6 3 0216 . 0 95 . 0 10 5 . 24 1 .503343 m P P A i m A D16 . 0 14 . 3 0216 . 0 44 3.3.63.3.6 斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 考慮因素：a.保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力 b.保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力 c.保證半桿的擺角范圍 00 12595 首先計(jì)算斗桿挖掘阻力： 斗桿挖掘過(guò)程中，切削行程較長(zhǎng)，切土壤厚度在挖掘過(guò)程中為常數(shù)，一 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 28 頁(yè) 般取斗桿在挖掘過(guò)程中總轉(zhuǎn)角，在這轉(zhuǎn)角過(guò)程中， 000 60,8050 gg 取 鏟斗被裝滿，這時(shí)斗齒的實(shí)際行程為：（3-23） g rS 6 01745 . 0 式中-半桿挖掘時(shí)的切削半徑， 6 rFVr 6 取mllFV85 . 3 48. 137. 2 32max 斗桿挖掘時(shí)的切土厚度可按下式計(jì)算： g h m Br q h g g 06897 . 0 ) 16 . 21 (6085. 301745. 0 1 01745 . 0 6 斗桿挖掘阻力： （3-24） sg gg BKr qk BhkW 6 0 01 01745. 0 -挖掘比阻力，查得 0 k31 0 k 斗桿與鏟斗垂直時(shí)最小 2 l 3 l 6 r KNW g 92.9910 25 . 1 6037 . 2 0145 . 0 131 4 max1 參考鏟斗液壓缸作用力KNWPNPP gG 92.99, 1 . 503343 max1max32 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 29 頁(yè) 代入（3-25） 2 32max 9max2 )( P llP le G mme764 1 . 503343 )14802370(1092.99 3 max2 由圖 3-11 得： mmll mm l l 373765 . 1 2265 165 . 1 2 125 sin8302 1 2 sin2 minmax2 0 2 max2 9 min2 mmlllll3000) 2 cos(2 max2 9 min2 2 9 2 min28 2 圖 3-11 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖 3.3.73.3.7 動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸初步設(shè)計(jì)估算動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸初步設(shè)計(jì)估算 由以上計(jì)算得： mmlmmlmml1395,3542,2147 1max1min 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 30 頁(yè) mmlmmlmml1482,3737,2265 2max2min2 mmlmmlmml742,2687,1954 3max3min3 初取液壓缸 D=160mm 4 回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的選型計(jì)算 1)當(dāng)量負(fù)荷的計(jì)算方法 d C 交叉滾柱式)(5 . 2 5 . 4 0 KNH D M GC Ppd -作用在回轉(zhuǎn)支承上的總軸向力 p G)(KN -作用在回轉(zhuǎn)支承上的總傾負(fù)力矩M)(mKN -在力矩 M 作用平面內(nèi)的總徑向力 P H)(KN 對(duì)于單斗液壓挖掘機(jī)，作用在回轉(zhuǎn)支承上的外負(fù)荷應(yīng)根據(jù) PP HMG和, 挖掘工況算出，根據(jù)不同的挖掘工況算出若干組值，選擇其中最大作為 d C 當(dāng)量負(fù)荷。 2)反鏟工作裝置的計(jì)算位置和計(jì)算方法各參數(shù)說(shuō)明： -用鏟斗液壓缸挖掘時(shí)，由整機(jī)挖掘力確定的切向挖掘力，本設(shè)計(jì) 1 W 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 31 頁(yè) 中NW9 .141083 1 -用鏟斗液壓缸挖掘時(shí)，由整機(jī)挖掘力確定的法向挖掘阻力，從可 2 W 能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向，其值取NWW78.282162 . 0 12 -轉(zhuǎn)臺(tái)上部自重 0 G)(KN KNG 8 . 96 0 ,-分別表示動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸自重 1 G 3 G 4 G ，)(KNNG2300 3 NG1300 4 -分別表示動(dòng)臂和斗桿自重 52,G G NGNG8000,15000 52 -鏟斗自重和斗內(nèi)土重 6 G KNG268 . 11108 6 -相應(yīng)的力臂 m,對(duì)各工作位置用 CAD 作圖求得 80 rr k-回轉(zhuǎn)支承工作條件系數(shù)，對(duì)挖掘機(jī)取 k=1.41.6，本設(shè)計(jì)中取 1.5 .斗桿垂直于地面，斗齒尖離地面以下 H 深處， （本設(shè)計(jì)中取 H=0.5m）,用鏟斗缸挖掘使切向斗齒力垂直于地面（圖 4-1） 。 由圖（4-1）mmammamma265,500,441 321 切向力N la aaP W 8 . 79490 1480500 265441 1 . 503343 32 213 1 法向力NWW 2 . 158982 . 08 .794902 . 0 12 由圖（4-1）知： mmrmmrmmrmmrmmr5849,6272,4623,2932,1945 54321 mmrmmrmmrmmr888,1648,4294,5176 0876 005544332211668271 )(rGrGrGrGrGrGrGrWrWkM 23001945102651761648 2 . 158984294 8 . 79490(5 . 1 3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 32 頁(yè) 3 10 8 . 96888800058491300627223004623150002932 mN 96.736400 O i iP GGGWkG 5 1 61 )( 33 108 .96800013002300150002300)10268 .79490(5 . 1 N 7 . 263448 NkWHP8 .21949 2 . 158985 . 1 2 當(dāng)量載荷 P P d H D M GC5 . 2 5 . 4 0 N187.2470144 8 . 219495 . 2 88 . 1 96.73640045 7 .26448 NCfC daa 2 . 3211187187.24701443 . 1 0 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 33 頁(yè) 圖圖 4-14-1 .在挖掘深度 H 處用鏟斗液壓缸挖掘由圖（4-2） ，得 mmammamma408,404,225 321 切向力：NW 4 . 77279 4041480 4082251 .503343 1 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 34 頁(yè) 法向力：NWW 9 . 15455 4 . 772792 . 02 . 0 12 由圖（4-2）得： mmrmmrrmmrmmr5284,4348,3022,2046,888 43210 mmrmmrmmrmmr4902,6230,5201,4936 8765 005544332211668271 )(rGrGrGrGrGrGrGrWrWkM 20462300)102652016902 9 . 154556231 4 . 77279(5 . 1 3 88810 8 . 96493680005284130043842300302215000 3 MN 4 . 626180 O i iP GGGWkG 5 1 62 )( 33 10 8 . 9680001300150002300)1026 9 . 15455(5 . 1 N85.141060 NkWHP 6 . 106695 4 . 772795 . 1 1 P P d H D M GC5 . 2 5 . 4 0 N4 .5263336 .1066955 . 288 . 1 / 4 . 6261805 . 485.141060 KNC a 68424 .5263333 . 1 0 . 在停機(jī)面上最大挖掘半徑處用鏟斗液壓缸挖掘（圖 4-3） 由圖 4-3 得， mmammamma408,404,225 321 切向力NW 4 . 77279 4041480 4082251 .503343 1 法向力：NWW 9 . 15455 4 . 772792 . 02 . 0 12 由圖 4-3 得 mmrmmrmmrmmrmmr6840,4387,3111,1981,888 43210 0 8765 24,2984,8977,8684,6572mmrmmrmmrmmr 00554433221168271 )(rGrGrGrGrGrGrGrWrWkM 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 35 頁(yè) 圖 4-2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 36 頁(yè) 圖 4-3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 37 頁(yè) 19812300)102696843334 9 . 154559394