原創(chuàng)通過(guò)答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 QQ 194535455 摘要3.5噸液壓挖掘機(jī)主要由工作裝置和行走裝置組成。本設(shè)計(jì)中主要是對(duì)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。我設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)行駛過(guò)程中的受力分析。運(yùn)輸工況時(shí)的牽引力和牽引功率的平衡。我對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)主要包括工作裝置總體方案的選擇。工作裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定。液壓缸的設(shè)計(jì)。以及設(shè)計(jì)合理性的分析。我對(duì)PLC設(shè)計(jì)的部分包括：介紹PLC設(shè)計(jì)的背景，挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的介紹。I/O點(diǎn)的分配。PLC程序梯形圖和接線圖。本文完成的主要工作有： 1)建立了液壓挖掘機(jī)主工作裝置的數(shù)學(xué)模型； 2)針對(duì)工作裝置的計(jì)算工況，建立了相關(guān)的力學(xué)模型； 3)確定了液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方案，完成了主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算； 4)對(duì)主要工作裝置的鉸點(diǎn)和關(guān)鍵部位進(jìn)行力學(xué)分析和計(jì)算； 5）PLC部分的設(shè)計(jì) 6）液壓回路分析關(guān)鍵詞：3.5噸液壓挖掘機(jī)，工作裝置，設(shè)計(jì)合理性，可編程序控制器，液壓ABSTRACT3.5 ton hydraulic excavator is mainly composed of a working device and a walking device. This design mainly is the work of device design and calculation. And data checking. The design includes the design of the power system, the driving force analysis in the. The transport condition when the traction force and the traction power balance. I work on device design mainly includes the choice of the overall program of working device. Determining the size of working device structure. The design of hydraulic cylinder. Design and analysis of rationality. I design to PLC portion includes : an introduction to PLC design background, energy-saving control system introduction. I/O point distribution. PLC programming ladder diagram and wiring diagram. This paper has completed the major work:1) establishment of hydraulic excavator work device of main mathematical model;2) the working device calculation conditions, establishes the mechanics model;3) determine the hydraulic excavator design, completed the design calculation of main parameters;4) the main work of the hinge point and device the key parts of mechanical analysis and calculation;5) PLC6) part of the design of hydraulic circuit analysisKey words:3.5 ton hydraulic excavator, power system, working mechanism, design reasonable, PLC, hydraulic目 錄1 緒論11.1本課題的目的和意義11.2國(guó)內(nèi)外小型挖掘機(jī)的發(fā)展情況11.3本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容31.4本課題的技術(shù)難點(diǎn)及主要手段42 總體方案構(gòu)思52.1基本原理及主要工藝52.2主要構(gòu)思方案52.3本方案特點(diǎn)63 動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.1 牽引力和牽引功率的平衡73.2發(fā)動(dòng)機(jī)的選型104 工作裝置的設(shè)計(jì)144.1 工作裝置總體方案的選擇134.2工作裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定154.3液壓缸的設(shè)計(jì)184.4 設(shè)計(jì)的合理性分析195 PLC部分的設(shè)計(jì).- 30 5.1 本課題PLC設(shè)計(jì)的背景-305.2 挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)-305.3設(shè)計(jì)部分-. 316 液壓系統(tǒng)分析- 34 6.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)回路分析- 347結(jié)論-40附錄 自動(dòng)怠速PLC梯形圖-41附錄 自動(dòng)怠速PLC接線圖-42附錄 整機(jī)的電氣控制圖-43 參考文獻(xiàn)-44致謝-451 緒論1.1本課題的目的和意義 液壓挖掘機(jī)是一種多功能的機(jī)械，廣泛應(yīng)用于水利，交通，電力工程，建筑和礦山機(jī)械，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)來(lái)確保工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起著重要的作用。液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)是多品種，多功能，高質(zhì)量、高效益，因此受到廣大施工單位的青睞。生產(chǎn)制造液壓挖掘機(jī)也日益繁榮。挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)是密切相關(guān)的發(fā)展主要是基于液壓技術(shù)的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)，液壓系統(tǒng)，工作裝置，行走裝置和電氣控制部分，工作條件差的挖掘機(jī)，要求的行動(dòng)是非常復(fù)雜的，所以其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，高要求的液壓系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)是最復(fù)雜的。因此，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)已成為一個(gè)重要組成部分促進(jìn)挖掘機(jī)。目前在中國(guó)全面實(shí)施階段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，沿海地區(qū)日益完善的基礎(chǔ)設(shè)施，挖掘應(yīng)用市場(chǎng)環(huán)境，擴(kuò)大和顯示了強(qiáng)大的Out look在可預(yù)見(jiàn)的在這個(gè)時(shí)候，一個(gè)小挖一些理論與實(shí)踐的研究顯然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)的指導(dǎo)設(shè)計(jì)質(zhì)量的權(quán)力的挖掘機(jī)和主要工作裝置在很大程度上決定了整體性能的挖掘機(jī)，主題在這些領(lǐng)域的研究。1.2國(guó)內(nèi)外小型挖掘機(jī)的發(fā)展情況1.2.1國(guó)內(nèi)小型挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)市場(chǎng)比裝載機(jī)等工程機(jī)械起步晚，小挖則更晚。盡管近幾年小挖在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展速度很快，主要生產(chǎn)廠家已近20余家，市場(chǎng)銷(xiāo)量增長(zhǎng)率很高，現(xiàn)今國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)銷(xiāo)售量已占百分之三十幾。在國(guó)內(nèi)小挖生產(chǎn)企業(yè)中，以三一重工為首，山河智能、江西南特、山東臨挖、杭州軍聯(lián)等企業(yè)組成的中國(guó)小挖團(tuán)隊(duì)已經(jīng)初具規(guī)模。但質(zhì)量仍然有待提高。同國(guó)外特別是歐美的產(chǎn)品在質(zhì)量上仍然有很大差距。國(guó)內(nèi)的小挖已形成各為8噸全系列產(chǎn)品，占據(jù)主要份額的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口略有下降?？傮w技術(shù)水平國(guó)內(nèi)小挖在國(guó)際水平的第二十個(gè)世紀(jì)里，80年代末90年代先進(jìn)技術(shù)，與國(guó)外的差距主要體現(xiàn)在整場(chǎng)比賽，微操作的性能，可維護(hù)性，可靠性，和外觀質(zhì)量。在這一階段，中國(guó)挖掘機(jī)還處于模仿階段，缺乏認(rèn)識(shí)的自我發(fā)展能力和探索自己的長(zhǎng)處。在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)鋼鐵制造流程，質(zhì)量，但。一般還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際先進(jìn)水平。如在施工現(xiàn)場(chǎng)將能夠看到三位一體，使挖掘機(jī)手臂。國(guó)產(chǎn)配件，質(zhì)量低于標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)的發(fā)展將受到長(zhǎng)期的主要部分，一個(gè)是動(dòng)力，液壓件。國(guó)內(nèi)權(quán)力抗衡進(jìn)口權(quán)力將需要一些時(shí)間，而國(guó)內(nèi)液壓部分替代進(jìn)口液壓配件更是巨大的努力。1.2.2國(guó)外挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展動(dòng)向早期的挖掘機(jī)生產(chǎn)工業(yè)國(guó)家，法國(guó)，德國(guó)，美國(guó)，俄羅斯，日本是主要的生產(chǎn)國(guó)的液壓挖掘機(jī)鏟斗容量3.5-40立方米單桶從上世紀(jì)80年代，生產(chǎn)超大型挖掘機(jī)。開(kāi)始從第二十世紀(jì)末，生產(chǎn)挖掘機(jī)在國(guó)際發(fā)展走向規(guī)?；?，小型化，多功能，致力與自動(dòng)化。（1）發(fā)展多品種，多功能，高質(zhì)量和高效率的挖掘機(jī)。滿(mǎn)足需求的市政建設(shè)和農(nóng)業(yè)建設(shè)，發(fā)展海外的微型挖掘機(jī)鏟斗容量0.25m3以下最低斗容量0.01立方米。此外，數(shù)量最大的挖掘機(jī)往往是機(jī)器的各種設(shè)備-除了被鏟，鏟，配有起重機(jī)，挖掘機(jī)，鏟斗平坡，裝載斗，耙齒，圓錐破碎，麻花鉆，電磁吸盤(pán)，振動(dòng)器，推土板，影響鏟，容器叉架高空作業(yè)，鉸鏈板和拉鏟，等，以滿(mǎn)足各種需要的建設(shè)。同時(shí)，特種挖掘機(jī)的發(fā)展，專(zhuān)門(mén)用途，如低壓力比，低音的聲音，特殊的水下和水陸兩用挖掘機(jī)。（2）迅速發(fā)展，液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的控制方法，挖掘機(jī)通過(guò)簡(jiǎn)單的杠桿操縱的發(fā)展，液壓控制，操縱空氣壓力，液壓伺服控制和電氣控制，無(wú)線遙控，計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制。無(wú)線電控制在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)，通過(guò)結(jié)合計(jì)算機(jī)控制接收器和激光制導(dǎo)，全自動(dòng)操作挖掘機(jī)操作。這一切，全液壓挖掘機(jī)的奠定了基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提。（3）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來(lái)工作；美國(guó)林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。（4）更新的設(shè)計(jì)理論，提高可靠性和延長(zhǎng)生命。有限的生命，美國(guó)，英國(guó)，日本等國(guó)家推廣使用設(shè)計(jì)理論作為一種替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論與方法，和疲勞累積損傷理論，斷裂力學(xué)，有限元方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，微機(jī)控制電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)，疲勞強(qiáng)度分析方法用在強(qiáng)度液壓挖掘機(jī)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量高，效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)評(píng)估動(dòng)態(tài)強(qiáng)度，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了理論預(yù)測(cè)的失敗和更新。日本制定了液壓挖掘機(jī)零件強(qiáng)度可靠性評(píng)估程序開(kāi)發(fā)的住宅處理系統(tǒng)。的基礎(chǔ)理論指導(dǎo)下，通過(guò)大量的試驗(yàn)次數(shù)，縮短新產(chǎn)品的周期，加快置換過(guò)程中的液壓挖掘機(jī)，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)操作率85% -95%，超過(guò)10000小時(shí)的使用壽命。（5）加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，改善工作條件的驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器。液壓挖掘機(jī)駕駛室和落物保護(hù)結(jié)構(gòu)和翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)，安裝靈活可調(diào)座椅，并降低噪聲的保溫措施。（6）進(jìn)一步完善的液壓系統(tǒng)。小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，一個(gè)明顯的趨勢(shì)變化的變量系統(tǒng)。變量泵系統(tǒng)的過(guò)程中，壓力降低，增加流量測(cè)試液壓泵功率是恒定的，是配備了一個(gè)可變排量泵的液壓挖掘機(jī)往往可以充分利用最大功率的泵。下降時(shí)，外部阻力增加（減少的速度），成倍的增長(zhǎng)率加上挖掘力；三回路液壓系統(tǒng)。生產(chǎn)三個(gè)獨(dú)立工作，互不影響運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)械功率匹配和傳達(dá)。第三泵成為獨(dú)立的開(kāi)環(huán)快到其他體育運(yùn)動(dòng)。此外，該技術(shù)的液壓挖掘機(jī)，廣泛使用電子技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)創(chuàng)造了條件，為應(yīng)用和推廣的挖掘機(jī)。（7）迅速擴(kuò)大電子，自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)。19年，為節(jié)省能源的消耗，減少環(huán)境污染，使操作方便，安全操作挖掘機(jī)挖掘機(jī)，降低噪音，改善駕駛員的工作條件，逐步應(yīng)用在電子技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)。如挖掘機(jī)工作效率，節(jié)能，操作方便，安全舒適，可靠耐用，性能要求的提高，機(jī)電一體化，挖掘機(jī)，其性能有了質(zhì)的飛躍。在19年代，微電子技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)，微處理器，傳感器和檢測(cè)儀器在挖掘機(jī)，并促進(jìn)其應(yīng)用和推廣電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)，并已成為一個(gè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，是一種先進(jìn)的挖掘機(jī)挖掘機(jī)配有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速和油門(mén)控制系統(tǒng)，功率優(yōu)化系統(tǒng)，模式的控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)?？傊?，外國(guó)的小挖的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外挖電流電平可以稱(chēng)為成為非常有效，更好的性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)、舒適，不需要擴(kuò)大，即使它是駕駛室的外觀和質(zhì)感也有一些國(guó)內(nèi)汽車(chē)美容。國(guó)外小挖趨勢(shì)主要體現(xiàn)在：一機(jī)多功能的目標(biāo)；提高業(yè)務(wù)績(jī)效目標(biāo)實(shí)現(xiàn)智能化；節(jié)能模式控制；動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的可靠性；以人為本的設(shè)計(jì)是基于微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1.3本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)3.5噸的小型液壓挖掘機(jī)。設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)，包括主臂的設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的總體設(shè)計(jì)的質(zhì)量決定的其他部分的設(shè)計(jì)，并確定整體性能。合理，整體設(shè)計(jì)是保證順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，整體設(shè)計(jì)必須從更高層次和更高要求的總體設(shè)計(jì)。小型液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，并提出了切實(shí)可行的解決方案的設(shè)計(jì)計(jì)算的整體參數(shù)，總體布局，整體系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其主要組成部分，并最終建模組件。主要工作裝置的設(shè)計(jì)是非常重要的整體設(shè)計(jì)。為整個(gè)挖掘機(jī)，主要工作和底盤(pán)行走系統(tǒng)的前提和保證整機(jī)工作，這將確定性能和整機(jī)質(zhì)量。主要設(shè)備的設(shè)計(jì)必須綜合考慮，如尺寸，形狀，鉸點(diǎn)布局，工作過(guò)程中互不干擾，強(qiáng)度，剛度，等。至于底盤(pán)的履帶行走系統(tǒng)，是更穩(wěn)定的比車(chē)輪，轉(zhuǎn)向半徑小，地面的壓力，連接到更好的性能，更緊湊的結(jié)構(gòu)安排，執(zhí)行操作更方便。本設(shè)計(jì)主要用于反鏟裝置，一些主要的整體彎曲的熱潮，這是一個(gè)很好的得到更深入的挖掘。棒的一些主要的全局直線移動(dòng)棒；桶的部分道路一側(cè)的斗齒。分享到 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總體方案構(gòu)思2.1基本原理及主要工藝必須明確設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)的早期作品。一般的建筑機(jī)械，必須包括電力系統(tǒng)，變速箱，底盤(pán)行走系統(tǒng)，操作控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，這五個(gè)基本系統(tǒng)（見(jiàn)圖2 - 1）。電力系統(tǒng)主要用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，原因是因其良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，可靠性，電力，排氣污染和許多優(yōu)點(diǎn)；傳動(dòng)系統(tǒng)主要類(lèi)型建筑機(jī)械包括機(jī)械傳動(dòng)，液壓機(jī)械傳動(dòng)，這四種形式的液壓傳動(dòng)與電氣傳動(dòng)；底盤(pán)的輪式和履帶式行走系統(tǒng)2種類(lèi)型，除了行走傳動(dòng)裝置。操縱控制系統(tǒng)一般包括一個(gè)底盤(pán)控制系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)的一部分；執(zhí)行系統(tǒng)，包括各類(lèi)設(shè)施和機(jī)構(gòu)，各種類(lèi)型。確定了五個(gè)基本的系統(tǒng)能夠確定基本設(shè)計(jì)。圖2-1 五大基本系統(tǒng)圖2.2主要構(gòu)思方案根據(jù)實(shí)際調(diào)研結(jié)果，結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程用液壓挖掘機(jī)的相關(guān)資料，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析總結(jié)，又根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，考慮到機(jī)械的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)等方面的因素，仿照CASE系列和山河智能小型液壓挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和整機(jī)系統(tǒng)，擬定構(gòu)思方案如下：（1）動(dòng)力系統(tǒng)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；（2）傳動(dòng)系統(tǒng)采用靜壓傳動(dòng)系統(tǒng)；（3）底盤(pán)行走系統(tǒng)采用履帶式底盤(pán)；（4）操縱控制系統(tǒng)采用全液壓控制系統(tǒng)；（5）執(zhí)行系統(tǒng)主要包括鏟斗、斗桿和動(dòng)臂。動(dòng)臂部分主要采用整體式彎動(dòng)臂，斗桿部分主要采用整體式直動(dòng)斗桿，鏟斗部分采用道側(cè)齒的鏟斗，而整個(gè)主工作裝置則采用反鏟裝置。2.3本方案特點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。履帶底盤(pán)行走，操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)，工作現(xiàn)場(chǎng)。機(jī)械能代替鋼軌道和橡膠履帶可以運(yùn)行在不同的操作條件（在城市使用的橡膠履帶，野外作業(yè)用鋼軌道），適應(yīng)性的網(wǎng)站。此外，使用履帶底盤(pán)結(jié)構(gòu)，機(jī)械，機(jī)械穩(wěn)定性，全液壓驅(qū)動(dòng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速、自動(dòng)剎車(chē)，并可實(shí)現(xiàn)大范圍的速度?？尚D(zhuǎn)的支持使機(jī)器容易達(dá)到360°旋轉(zhuǎn)，工作能力，可以大大提高。久保田發(fā)動(dòng)機(jī)的前提下，保證功率達(dá)到布置安裝在一個(gè)較小的空間，使人體和轉(zhuǎn)盤(pán)不超過(guò)設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足要求，運(yùn)行成功。3 動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要計(jì)算整機(jī)的牽引力平衡和牽引功率平衡，選擇合適的柴油機(jī)，滿(mǎn)足功率和扭矩要求，且發(fā)動(dòng)機(jī)的外形尺寸不和其它部件發(fā)生干涉。3.1 牽引力和牽引功率的平衡牽引平衡以及牽引功率平衡，以便分析機(jī)械傳動(dòng)工作，牽引力是如何使用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率的消耗。平衡牽引，牽引功率平衡是指機(jī)械的任何時(shí)刻在運(yùn)行過(guò)程中移動(dòng)牽引平衡可以分析動(dòng)態(tài)性能的挖掘機(jī)，牽引功率平衡可以選擇挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率和牽引力分析。3.1.1機(jī)械行駛作業(yè)過(guò)程中的阻力挖掘機(jī)行駛作業(yè)過(guò)程中，在底盤(pán)行走架上有以下幾種阻力：（1）滾動(dòng)阻力 (KN) (3-1)式中 挖掘機(jī)自重(KN)，初步設(shè)定挖掘機(jī)自重為3500kg，也3500×9.8=34.3KN；滾動(dòng)阻力系數(shù)，根據(jù)鏟土運(yùn)輸機(jī)械表1-1，考慮到挖掘機(jī)的工作環(huán)境，取=0.07；坡角，根據(jù)任務(wù)書(shū)要求 =30°；所以： (KN)34.3×0.07×cos30°=2.08KN（2）坡度阻力（KN）=34.3×sin30°=17.15 KN（3）工作阻力（KN）（4）風(fēng)阻力（KN）（5）加速阻力（KN）3.1.2牽引工況時(shí)的牽引力平衡和牽引功率平衡（1）牽引力的平衡挖掘機(jī)在工作時(shí)，其切線牽引力需克服滾動(dòng)阻力、坡度阻力、工作阻力、風(fēng)阻力及加速阻力，即： (3-2)取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P139式中：切線牽引力，對(duì)于履帶式行走系： /；驅(qū)動(dòng)力矩（）；履帶驅(qū)動(dòng)功率， =0.96；驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑。由于挖掘機(jī)在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)不行駛，進(jìn)行推填作業(yè)時(shí)的工作阻力主要有水平切削阻力和推移阻力，由于本設(shè)計(jì)中的推土鏟主要對(duì)挖掘過(guò)的土壤進(jìn)行推填，因此阻力較小，初步估計(jì)。由于挖掘機(jī)的行走速度較慢，因此其風(fēng)阻力和挖掘阻力均可忽略不計(jì)。所以，在上式中風(fēng)阻力和加速阻力均為0。因此，挖掘機(jī)的切線牽引力=+=2.08+17.15+12=31.58 KN由此得出牽引工況時(shí)挖掘所需總的牽引力。由于挖掘機(jī)是履帶式，有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，所以對(duì)于每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，其切線牽引力為：=/2=31.58/2=15.79 KN欲得到每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力矩，就必須知道驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑，動(dòng)力半徑可以由后面的底盤(pán)行走系部分得到：320.6 mm所以驅(qū)動(dòng)輪的總的驅(qū)動(dòng)力矩為： =10.55 KNm （2）牽引功率的平衡挖掘機(jī)的工作裝置的設(shè)計(jì)，設(shè)備和行走裝置一般不同時(shí)，電力消費(fèi)的主要工作裝置，因此，牽引功率應(yīng)主要設(shè)備計(jì)算。主要工作裝置的工作，和底盤(pán)行走架不工作，使機(jī)器停在地方固定。機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度為零，從而驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)速度為0。挖掘機(jī)在這個(gè)時(shí)候，該發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力消耗的主要工作的裝置。因此，機(jī)械傳動(dòng)功率=0。3.1.3運(yùn)輸工況時(shí)的牽引力和牽引功率的平衡挖掘機(jī)在運(yùn)輸工況下沒(méi)有工作阻力，而行使速度較高，故此時(shí)風(fēng)的阻力不能忽略不計(jì)。由于沒(méi)有工作阻力，牽引力較小，故可以忽略滑轉(zhuǎn)引起的功率損失。（1）牽引力的平衡挖掘機(jī)切線牽引力： (3-3) 取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P139式中 滾動(dòng)阻力，=2.08 KN；坡度阻力，=17.15 KN；風(fēng)阻力； 取=0 (3-4) 取自工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P139參考三河市智能我們系列小無(wú)尾機(jī)大小的液壓挖掘機(jī)，結(jié)合位點(diǎn)和設(shè)備的大小，以l=1200毫米；車(chē)輛高度根據(jù)機(jī)器的操作范圍地圖和參考三河市智能我們的系列，久保田系列小taillesshydraulic挖掘機(jī)，可以確定=2200毫米則 對(duì)于其加速阻力可以忽略不計(jì)。所以其切線牽引力為：2).牽引功率的平衡挖掘機(jī)行走時(shí)的最大理論行使速度為：Km/h對(duì)于履帶式機(jī)械：由于在運(yùn)輸工況下，較小，速度較高，所以滑轉(zhuǎn)率。因此，挖掘機(jī)的實(shí)際行使速度。 (3-5) 參看工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)P139式中 滾動(dòng)阻力功率，；克服坡道阻力功率，；克服加速消耗的功率，可以忽略不計(jì)，即=0；克服風(fēng)的阻力功率，；所以，也即挖掘機(jī)在運(yùn)輸工況時(shí)的驅(qū)動(dòng)功率為：3.2發(fā)動(dòng)機(jī)的選型3.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)對(duì)柴油機(jī)的基本要求目前和未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)單斗液壓挖掘機(jī)的功率仍將柴油機(jī)。很少使用其他原動(dòng)機(jī)。由于柴油機(jī)的一個(gè)靈活的，艱苦的曲線，可靠，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。單斗液壓挖掘機(jī)的基本要求是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)，類(lèi)似于一個(gè)拖拉機(jī)。挖掘機(jī)工作條件更為惡劣，負(fù)荷不穩(wěn)定，有時(shí)勞累。因此，工作負(fù)載的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是普遍低于額定負(fù)載。額定負(fù)載的汽車(chē)拖拉機(jī)，挖掘機(jī)，它指的是額定功率在接下來(lái)的幾個(gè)小時(shí)或以上的額定速度。挖掘機(jī)的特點(diǎn)：在環(huán)境溫度變化（通常±40º，最熱門(mén)的，有時(shí)長(zhǎng)達(dá)60º丙），灰塵，污垢；負(fù)載變化；往往傾向于工作，有時(shí)在斜坡上常年工作；維護(hù)條件。網(wǎng)站，遠(yuǎn)從維修站。為此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一些特殊要求：（1）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)維修不得少于3000至4000小時(shí)的工作。（2）燃料消耗量不得超過(guò)190克/惠普小時(shí)。石油消費(fèi)量不應(yīng)超過(guò)3至4克/ hp-hour。我希望不是缺乏燃料和油。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保養(yǎng)維修方便，調(diào)整點(diǎn)少，備件可充分供應(yīng)。（4）低溫啟動(dòng)容易。（5）功率柴油機(jī)應(yīng)被視為獨(dú)立的曲軸前端，側(cè)，或分配齒輪箱輸出全功率。因?yàn)橛行┩诰驒C(jī)有時(shí)專(zhuān)用轉(zhuǎn)向泵或泵。（6）至少可連續(xù)運(yùn)行在額定功率，一個(gè)小時(shí)的功率不下降。工作四小時(shí)，掉電不超過(guò)5%。柴油機(jī)適應(yīng)性因子不小于1.15 -1.20。配備全調(diào)速器。（7）柴油機(jī)廠應(yīng)配備空氣過(guò)濾器，水或油冷卻裝置，電器儀表，控制機(jī)制和罩。還應(yīng)考慮增加一個(gè)增壓器。3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定根據(jù)牽引工況和運(yùn)輸工況的功率平衡方程式分別算出所需功率，然后取其中較大值來(lái)選擇柴油機(jī)的標(biāo)定功率。（1）牽引工況 (3-6)式中 ： 機(jī)械傳動(dòng)效率（履帶式包括履帶驅(qū)動(dòng)功率）。計(jì)算時(shí)?。狠喬ナ?0.900.92；履帶式=0.870.89；液力變矩器效率，計(jì)算時(shí)取，采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)；液壓泵的流量,； 液壓泵進(jìn)出口壓力差,； 液力壓泵及液壓泵驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，可取。（2）按運(yùn)輸工況最高行駛速度計(jì)算 (3-7) 參看鏟土運(yùn)輸機(jī)械P37頁(yè) =45.38KW取其最大值：綜合分析，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力和動(dòng)力儲(chǔ)備，選擇廣西玉林柴油機(jī)有限公司生產(chǎn)，yc4108zg式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)列于表3.1表3-1 YC4108ZG工程機(jī)用柴油機(jī)基本參數(shù) 名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù)型號(hào)YC4108ZG型式直列、水冷、立式、四沖程吸氣方式增壓氣缸數(shù)4氣缸直徑活塞行程（mm）108115活塞排量（L）4.214壓縮比17：1標(biāo)定功率(KW)/轉(zhuǎn)速(r/min)60/2200標(biāo)定工況燃油消耗率()230最大扭矩（）/轉(zhuǎn)速（r/min）340/14001600最大扭矩油耗率()220扭矩儲(chǔ)備率（%）12調(diào)速率（%）1012機(jī)油牌號(hào)夏季用40CD、15W/40CD號(hào)，冬季用30CD、10W/30CD號(hào)冷起動(dòng)性能不帶冷起動(dòng)裝置（）-10冷起動(dòng)裝置（）-25傾斜角度（°）橫傾25，縱傾30全負(fù)荷最大煙度（FSN）3.0噪聲限值dB(A)113凈值量(kg)360外形尺寸（長(zhǎng)寬高）（mm）6905205604 工作裝置的設(shè)計(jì)工作裝置的設(shè)計(jì)需根據(jù)要求確定其結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)而確定其各部件的尺寸以及鉸點(diǎn)位置，最后還應(yīng)對(duì)其作業(yè)尺寸和工作臂的強(qiáng)度以及挖掘力的大小進(jìn)行校核，確保其滿(mǎn)足要求。4.1 工作裝置總體方案的選擇 總體方案的選擇主要包括工作裝置總體結(jié)構(gòu)的選擇、動(dòng)臂和斗桿結(jié)構(gòu)形式的選擇以及各個(gè)鉸點(diǎn)的布置形式的選擇。4.1.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)圖4.1 工作裝置總體結(jié)構(gòu)圖1.機(jī)架 2.動(dòng)臂 3.動(dòng)臂油缸 4.斗桿油缸 5.斗桿7.連桿 8搖桿 9.鏟斗液壓挖掘機(jī)工作裝置采用連桿結(jié)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。最常用的反鏟工作裝置由鏟斗、連桿、搖臂、斗桿、動(dòng)臂及鏟斗液壓缸、斗桿液壓缸、動(dòng)臂液壓缸組成。 動(dòng)臂下鉸點(diǎn)及動(dòng)臂缸下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，利用動(dòng)臂液壓缸的伸縮，使動(dòng)臂（亦即整個(gè)工作裝置）繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠斗桿液壓缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)擺動(dòng)，而鏟斗鉸于斗桿前端，并通過(guò)鏟斗液壓缸和連桿使鏟斗繞斗桿前端轉(zhuǎn)動(dòng)?？傊?，液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使鏟斗實(shí)現(xiàn)有限的平面運(yùn)動(dòng)，加上液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過(guò)行走液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走移位，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿(mǎn)足挖掘作業(yè)的要求。臂，臂和斗高輕度鋼板焊接結(jié)構(gòu)，重量輕，強(qiáng)度高。兩根吊桿與轉(zhuǎn)讓針在中東的平臺(tái)前端支持一個(gè)鉸接次級(jí)部臂油缸3只是做伸展運(yùn)動(dòng)，繁榮的升降運(yùn)動(dòng)。5鉸接于繁榮的結(jié)束和另一端鉸接桶和操縱桿。堅(jiān)持恢復(fù)和拉伸依靠鉸鏈臂，斗桿液壓缸。斗9鉸接在堅(jiān)持到底的，伸展的鏟斗液壓缸使鏟斗繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。角增大的斗，鏟斗液壓缸桶連接的聯(lián)系（如桿、搖桿8，等。）。該運(yùn)動(dòng)的工作裝置可以單獨(dú)，也可以與轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，縮短周期的挖掘工作更快。到卸貨的位置，通常從挖掘地點(diǎn)或挖掘地點(diǎn)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)和繁榮升降機(jī)返回從卸載位置。反鏟作業(yè)，根據(jù)需要把繁榮的同時(shí)把棍子或鏟斗卸同時(shí)旋轉(zhuǎn)桶和棒。工作裝置銷(xiāo)合金鋼，滲碳處理，強(qiáng)度高。各鉸點(diǎn)與油杯，注冊(cè)成脂潤(rùn)滑油。工作裝置，鉸點(diǎn)處設(shè)有l(wèi)imited-bit塊以減少對(duì)燃料箱。部分由紅色座椅、斗齒斗齒。斗齒設(shè)置在紅色的座椅彈性的固定斗齒磨損可以更換。4.1.2動(dòng)臂和斗桿結(jié)構(gòu)形式的選取a) 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的選擇動(dòng)臂是工作裝置的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)一般取決于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)。反鏟裝置有直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂兩種方案。直動(dòng)臂構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕巧、布置緊湊，適用于專(zhuān)用正鏟和懸掛式挖掘機(jī)，且反鏟工作裝置使用直動(dòng)臂只能得到較小的挖掘深度。整體風(fēng)格曲臂以獲得更大的深度挖掘，它是一種常見(jiàn)的形式，致力反鏟裝置，使用這種結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在常用的中小型液壓挖掘機(jī)反鏟。整體的繁榮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，外觀，在剛度相同時(shí)，打火機(jī)。其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，工作范圍，與長(zhǎng)度直動(dòng)臂挖掘機(jī)有較大深度的挖掘，但減少排放的高度，這是符合要求的反鏟挖掘機(jī)操作。其缺點(diǎn)為更換設(shè)備，那么多功能，同時(shí)增加了開(kāi)采深度減少排放高度，形狀和強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)彎曲是值得注意的。方案比較，結(jié)合任務(wù)書(shū)的要求的開(kāi)挖深度和高度，可以看出，直臂顯然不適用，因此整體彎曲臂結(jié)構(gòu)。提高了設(shè)計(jì)的可行性和可靠性的繁榮，確保其工作范圍和平滑的運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)可以是鋼板焊接矩形盒變截面結(jié)構(gòu)，內(nèi)部和分區(qū)，增加強(qiáng)度和剛度b) 斗桿結(jié)構(gòu)形式的選擇斗桿有整體式和組合式兩種方案。大多數(shù)挖掘機(jī)都采用整體式斗桿。整體式斗桿在運(yùn)動(dòng)中又很多優(yōu)點(diǎn)：油缸布置簡(jiǎn)單；挖掘效率高，原因是挖掘時(shí)受力好；相對(duì)來(lái)說(shuō)耐用性好。并且可根據(jù)工作狀況來(lái)調(diào)節(jié)斗桿長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化作業(yè)。且現(xiàn)在市場(chǎng)上的挖掘機(jī)主要采用整體式斗桿。通過(guò)以上分析可知，這里采用整體式斗桿較為適宜，其結(jié)構(gòu)采用有鋼板焊接而成的變截面箱形結(jié)構(gòu)。動(dòng)臂油缸和斗桿油缸布置形式的選取總體布局的動(dòng)臂油缸底之前的繁榮，底部的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，都有一個(gè)特定形式的布局，將手臂向前和向后2繁榮。當(dāng)氣缸的安裝尺寸的計(jì)劃，挖掘最大的高度和最大挖掘達(dá)到相同的最大挖掘深度的程序落后比著程序是小，即，1< h 2。此外，該計(jì)劃向后移動(dòng)的力臂遭受普遍高于計(jì)劃。但當(dāng)臂油缸的力是一樣的，后傾計(jì)劃可以得到一個(gè)大的作用力矩的繁榮。通過(guò)比較分析上述2個(gè)方案，結(jié)合使命聲明，你可以選擇的布局程序。4.2工作裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括鏟斗、斗桿和動(dòng)臂的尺寸以及各鉸點(diǎn)的位置。4.2.1鏟斗參數(shù)的選擇當(dāng)鏟斗容量一定時(shí)，切削轉(zhuǎn)角、切削半徑和切削寬度之間存在著一定的關(guān)系，即具有尺寸和鏟斗轉(zhuǎn)過(guò)角度所切下的土壤剛好裝滿(mǎn)鏟斗（圖）。于是斗容量按下式計(jì)算： (4-1)式中:鏟斗充滿(mǎn)系數(shù)； 土壤輸送系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取 (4-2)式中:鏟斗容量，； 鏟斗平均寬度，。由任務(wù)書(shū)要求可知，可得，這里取。考慮到鏟斗切削入土和出土的余量，一般取，同時(shí)考慮到再轉(zhuǎn)都速度一定時(shí)轉(zhuǎn)都角度太大會(huì)增大挖掘力，降低生產(chǎn)率，一般取，這里取。在確定鏟斗寬度和轉(zhuǎn)斗角度以后，根據(jù)式(4-1)即可得到鏟斗轉(zhuǎn)斗切削半徑 （m） (4-3)式中: 鏟斗寬度， m；鏟斗轉(zhuǎn)斗角度的一半，（°）； 土壤疏松系數(shù)； 鏟斗充滿(mǎn)系數(shù)，這里取。將數(shù)據(jù)代入得到鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn)之間的距離,一般取特性參數(shù),所以，這里取，一般取,這里取。4.2.2動(dòng)臂和斗桿尺寸的確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比為,當(dāng)時(shí)稱(chēng)為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)時(shí)屬于短動(dòng)臂長(zhǎng)斗桿布置方案，對(duì)于沒(méi)有特殊要求的挖掘機(jī)，一般取中間比例方案，即取特性參數(shù)。，這里取。根據(jù)CASE系列及玉柴挖掘機(jī)的作業(yè)參數(shù)，初步選取最大挖掘半徑，據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑值一般于的和值很接近，因此在和值已定時(shí)可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (4-4) (4-5)式中：動(dòng)臂長(zhǎng)，即尺寸CF長(zhǎng),mm；斗桿長(zhǎng)，即尺寸FQ長(zhǎng)，mm；鏟斗尺寸QV,即,mm；最大挖掘半徑，mm。由此可初步計(jì)算得:,初步選定。，初步選定。動(dòng)臂的彎角一般可取，彎角大可增加挖掘深度，但降低了卸載高度，太小則對(duì)強(qiáng)度不利，針對(duì)任務(wù)書(shū)要求的最大挖掘深度較大，可初步確定。圖4-2 工作裝置的尺寸圖到此，動(dòng)臂和斗桿的基本長(zhǎng)度和彎角已經(jīng)確定，其各部分的具體參數(shù)，可參照CASE cx35系列和山河智能SWE40系列的小型液壓挖掘機(jī)，對(duì)本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)進(jìn)行類(lèi)比做仿形設(shè)計(jì)，并結(jié)合任務(wù)書(shū)對(duì)作業(yè)參數(shù)（挖掘深度、卸料高度和挖掘高度）和挖掘力的要求，進(jìn)行建模，對(duì)起鉸點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化，從而確定各部分的結(jié)構(gòu)尺寸,見(jiàn)表4-1所示:表4.1 挖掘機(jī)反鏟機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)表鏟斗斗桿動(dòng)臂機(jī)體QV=1024mmQK=303mmKH=251mmHN=279mmFQ=1700mmEF=478mmFG=682mmGN=1080mmQN=239mmEG=722mmCF=3000mmCD=2017mmCB=1448mmDF=1549mmBF=1686mmCZ=1821mmZF=1541mm=120ºCA=450mm此時(shí)，工作裝置的基本尺寸和鉸點(diǎn)位置已基本確定。4.3液壓缸的設(shè)計(jì)本部分主要包括系統(tǒng)壓力的選取和液壓缸工作行程的確定。4.3.1系統(tǒng)工作壓力的選取根據(jù)液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) ,我們可以得到不同機(jī)械大致工作壓力，從而對(duì)設(shè)計(jì)有所參照和幫助。表格入下所示：表4.2 不同類(lèi)型主機(jī)的工作壓力主機(jī)類(lèi)型工作壓力機(jī)床精加工機(jī)床0.22半精加工機(jī)床35龍門(mén)刨床28拉床810農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)1016液壓機(jī)、中大型挖掘機(jī)、重型機(jī)械、起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械2032結(jié)合三一重工的小挖和凱斯CX35和山河智能SWE50H小型挖掘機(jī)，初選系統(tǒng)工作壓力為16。4.3.2 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程應(yīng)符合粒度要求的挖掘機(jī)操作臂油缸，當(dāng)充分伸展，棍子缸全面收縮，桶處于直立狀態(tài)，工作裝置排放的最大高度狀態(tài)；當(dāng)繁榮剛滿(mǎn)stretchdipper桿油缸和鏟斗油缸收縮工作裝置最大挖掘高度狀態(tài)；當(dāng)繁榮汽缸充分減少，臂和斗在垂直狀態(tài)的裝置，最大開(kāi)挖深度狀態(tài)。通過(guò)建模，在滿(mǎn)足最大挖掘深度的前提下，動(dòng)臂缸的長(zhǎng)度，在最大卸料高度位置時(shí)，動(dòng)臂缸的長(zhǎng)度，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷P17_257活塞行程系列表，初步選定動(dòng)臂缸的工作行程。斗桿液壓缸應(yīng)使斗桿有一定的擺角范圍，一般取100º130º，在最短時(shí)滿(mǎn)足最大卸料高度要求，在最長(zhǎng)時(shí)不與動(dòng)臂發(fā)生干涉，通過(guò)分析，得到，結(jié)合液壓缸行程的標(biāo)準(zhǔn)系列值，初步選定工作行程的液壓缸。鏟斗液壓缸應(yīng)使斗擺動(dòng)角度范圍，當(dāng)鏟斗液壓缸的角度充分收縮，水桶與棒應(yīng)大于10º，桶筒是完全延長(zhǎng)，水桶滿(mǎn)負(fù)荷回到drillmakes土壤不被突然從桶的桶的整個(gè)過(guò)程中，桶筒之間的聯(lián)系和避免死亡，通過(guò)分析，長(zhǎng)度的鏟斗油缸約8001300 mm，因此初步選擇液壓缸。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，鉸鏈和液壓缸行程是難以確定的時(shí)間，通過(guò)反復(fù)修改，最終確定結(jié)構(gòu)尺寸和液壓缸行程。4.4 設(shè)計(jì)的合理性分析前面機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇計(jì)算是初步的，對(duì)其作業(yè)尺寸、挖掘力和強(qiáng)度等還要做進(jìn)一步的分析校核。4.4.1作業(yè)尺寸的校核當(dāng)液壓缸的缸徑和工作行程都確定后，其全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度也就確定了，此時(shí)根據(jù)工作裝置的基本尺寸就可以計(jì)算其作業(yè)尺寸。根據(jù)所計(jì)算的挖掘阻力，初步選取三個(gè)液壓缸的缸徑均為100mm。各液壓缸的最短和最長(zhǎng)尺寸如下表所示：表4-3 各液壓缸的尺寸動(dòng)臂缸L1斗桿缸L2鏟斗缸全縮長(zhǎng)度（min）10501232850全伸長(zhǎng)度（max）181020721350由此可知，動(dòng)臂缸全伸，斗桿缸全縮，鏟斗豎直，此時(shí)卸料高度最大，通過(guò)分析，得，所以滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)要求。同樣，為最大挖掘高度和最大挖掘深度狀態(tài)，分析得，均滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)要求。4.4.2 挖掘力的計(jì)算在整個(gè)工作過(guò)程，挖掘力產(chǎn)生的缸應(yīng)大于一個(gè)正常的挖掘阻力。挖掘阻力分為鏟斗挖掘阻力和挖掘阻力，設(shè)計(jì)鏟斗挖掘。挖掘阻力是不同的在不同的地點(diǎn)，只有選擇最阻力位。鏟斗挖掘土壤切削阻力與開(kāi)采深度的變化和顯著的變化，切削阻力基本上是成正比的切割深度。但在一般的半成品，在上半場(chǎng)的過(guò)程中切削阻力后。上半場(chǎng)的過(guò)程中切削角無(wú)效，導(dǎo)致大量的切削阻力。降低切削阻力的表達(dá)有助于以下公式： (4-6) 取自單斗液壓挖掘機(jī)P70式中 : 表示土壤硬度的系數(shù)，對(duì)于II級(jí)土宜取=5080，對(duì)III級(jí)土宜取C=90150,對(duì)IV級(jí)土宜取=160320；鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖距離，也即轉(zhuǎn)斗切削半徑，單位為cm；挖掘過(guò)程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半；鏟斗瞬間轉(zhuǎn)角；切削刃寬度影響系數(shù)，其中為鏟斗平均寬度，單位為m；切削角變化影響系數(shù)，?。粠в卸俘X的系數(shù)，（無(wú)斗齒時(shí)，）；斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)，其中為側(cè)壁厚度，單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可??；切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容量大小在1000017000N范圍內(nèi)選取。當(dāng)斗容量時(shí)應(yīng)小于10000N。轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力的切向分力為 (4-7)式中 密實(shí)狀態(tài)下土壤容量，單位為； 挖掘起點(diǎn)和終點(diǎn)間連線方向與水平線的夾角； 土壤與鋼的摩擦系數(shù)；經(jīng)過(guò)計(jì)算后表明，與相比很小，可忽略不計(jì)。當(dāng)，時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力，其值為 (4-8)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，挖掘阻力點(diǎn)的方法是可變的，價(jià)值是較小的，一般=。更均勻，更小的土壤。從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)看，從零到強(qiáng)制簡(jiǎn)化允許這樣它可以作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)桶開(kāi)采的最大阻力觀看。本次設(shè)計(jì)中挖掘機(jī)在III級(jí)土壤上工作，故取。根據(jù)前面所取得鏟斗原始參數(shù)可知：cm，同時(shí)由上可取其余參數(shù)如下：，。所以，切削刃擠壓土壤的力可取為：；4.4.3 主工作裝置的強(qiáng)度校核對(duì)主工作裝置進(jìn)行校核需先選擇最不利工況來(lái)計(jì)算工作裝置的受力，進(jìn)而對(duì)工作裝置進(jìn)行強(qiáng)度校核。a) 工況的選擇工作裝置，檢查，應(yīng)首先確定結(jié)構(gòu)的最不利工況下，最大應(yīng)力條件的一個(gè)結(jié)構(gòu)，在這一條件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算，強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算選擇和負(fù)載。反鏟裝置和手臂的力量主要是由彎矩，所以計(jì)算位置根據(jù)反鏟挖掘阻力確定最大彎矩的棒或繁榮。第七章規(guī)定了單斗液壓挖掘機(jī)，設(shè)計(jì)使用的位置的計(jì)算方法：（1）動(dòng)臂位于動(dòng)臂液壓缸對(duì)鉸點(diǎn)A有最大力臂處；（2）斗桿位于斗桿液壓缸作用力臂最大處（斗桿液壓缸與斗桿尾部軸線夾角90º時(shí)）；（3）鏟斗位于發(fā)揮最大挖掘力的位置；該工況下工作裝置位置如圖4.4所示。圖中各參數(shù)如下（未注單位為mm）：，。圖4.3最不利工況尺寸圖b) 力的計(jì)算在這個(gè)時(shí)候，工作臂的力量：重量的各個(gè)部分的工作臂（臂re-g1臂re-g2，斗re-g3）的作用和一斗齒的挖掘阻力。液壓缸工作狀況如下：斗油缸的作用力F桶，活塞桿承受力折算，臂油缸承受鎖緊力佛羅里達(dá)州'。每個(gè)氣缸可以發(fā)揮最強(qiáng)烈確定使用下列方程：式中：D油缸的大腔直徑； P液壓油作用力；已選定D1=D2=D3=100mm，系統(tǒng)壓力p=16Mp，因此各油缸能達(dá)到的最大力：取鏟斗為脫離體，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸的挖掘力 取工作裝置為脫離體，按對(duì)動(dòng)臂底部鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程求得另一個(gè)鏟斗挖掘力。=1.17KN取斗桿為脫離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程求得斗桿油缸在被動(dòng)狀態(tài)下的作用力： 而斗桿油缸的閉鎖力，由，說(shuō)明。計(jì)算時(shí)取代入計(jì)算得到。取鏟斗為脫離體，連桿HJ為二力桿，其對(duì)鉸點(diǎn)J作用力的方向沿HJ方向，按對(duì)鉸點(diǎn)Q的力矩平衡方程，可求得鉸點(diǎn)J處受力。由鏟斗在水平和豎直方向上的合力分別平衡可求得鏟斗在鉸點(diǎn)Q處受到的水平力。 =141.3KN根據(jù)鉸點(diǎn)H處的力平衡，可求得搖桿HN對(duì)鉸點(diǎn)H的水平力。 以斗桿為脫離體，根據(jù)斗桿的力平衡方程可以求得在鉸點(diǎn)F處斗桿受到的水平力和豎直力。 以整個(gè)工作裝置為脫離體，按對(duì)鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程可求得動(dòng)臂缸的作用力，再按力平衡方程可求得動(dòng)臂在鉸點(diǎn)C處受到的水平力和豎直力。到此，各鉸點(diǎn)的力均已求出。c) 主工作裝置的強(qiáng)度校核（1） 斗桿的強(qiáng)度校核堅(jiān)持的變截面箱形結(jié)構(gòu)，鋼板焊接在一起，有時(shí)為了提高剛性的內(nèi)部加分區(qū)。第三章根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，第一卷，桿材料的選擇行為，力學(xué)性能，焊接性能和低溫韌性，冷沖壓和切削阻力，q235-a鋼相比，強(qiáng)度為50%，大氣腐蝕，增加20至38%，良好的低溫沖擊韌性便宜，應(yīng)用廣泛。大型船舶，車(chē)輛，橋梁和其他結(jié)構(gòu)承受動(dòng)態(tài)負(fù)荷。將被分解成點(diǎn)力沿軸向方向桿和垂直軸，力的大小，如表4.3所示，力的方向和內(nèi)部應(yīng)力，如圖4.5所示。表4-3 斗桿在各鉸點(diǎn)的受力大小 (單位KN)Q點(diǎn)N點(diǎn)E點(diǎn)F點(diǎn)沿斗桿F1133.4411.9991.42112.09垂直斗桿F234.7832.2521.1169.13FN2=32.25KNFF2=69.131KNFQ2=34.78KNFF1=112.09KNM=82.06KNFD1=82.06KNFD2=45.49KN.4KNFE1=91.42KNFE2=21.11KNFN1=11.99KN圖 4-4 力矩圖133.44KN121.45KN30.03KN34.78KN2.53KN23.64KN7.83KN.M10.14KN.M50.91KN.M61.83KN.M圖4-5 斗桿的受力和內(nèi)應(yīng)力圖其裝載圖分析表明，貼在鉸鏈點(diǎn)的彎矩，接口是一個(gè)危險(xiǎn)的部分，具體參數(shù)的截面圖4.6所示。在橫截面：N=30.03KN Q=23.64KN MMAX=61.83KN斗桿的材料選用16Mn，由鋼板焊接成的矩形箱結(jié)構(gòu)，鋼板的厚度為15mm，16Mn的許用應(yīng)力，對(duì)其進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力校核如下：其截面面積為：抗彎截面系數(shù)為：16Mn的許用應(yīng)力圖4-6 斗桿的截面圖截面所受的正應(yīng)力為：所以，斗桿的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求（2） 動(dòng)臂的強(qiáng)度校核臂鉸點(diǎn)的力分解為方向的軸線方向和垂直軸的臂沿著繁榮各力大小如表4.4所示。表4-4動(dòng)臂各鉸點(diǎn)的受力C點(diǎn)B點(diǎn)M點(diǎn)F點(diǎn)沿動(dòng)臂F128.1669.1495.15127.88垂直動(dòng)臂F234.7315.964.9917.64分析，鉸鏈點(diǎn)移動(dòng)手臂的瞬間最大，這里有角，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，截面的危險(xiǎn)截面，繁榮的材料仍然鋼板厚度截面specificparameters15毫米，見(jiàn)圖4.8：圖4-7動(dòng)臂的截面尺寸圖在該截面上的力N=34.59KN Q=15.84KN MMAX=52.83KN其截面面積為：抗彎截面系數(shù)為：截面所受的正應(yīng)力為：所以，動(dòng)臂的強(qiáng)度也滿(mǎn)足相應(yīng)要求。5 PLC部分的設(shè)計(jì)5.1 本課題PLC設(shè)計(jì)的背景土方挖掘是挖掘機(jī)最主要的一種作業(yè)方式。根據(jù)土方量和運(yùn)載距離，一般一臺(tái)挖掘機(jī)配有若干臺(tái)自卸車(chē)輛，進(jìn)行連續(xù)作業(yè)。連續(xù)作業(yè)過(guò)程是：自卸車(chē)輛開(kāi)進(jìn)挖掘機(jī)卸載位置；挖掘機(jī)挖掘土方，回轉(zhuǎn)卸載，裝滿(mǎn)車(chē)輛；車(chē)輛開(kāi)走，挖掘機(jī)挖掘一滿(mǎn)斗土方，回轉(zhuǎn)至卸載位置，等待下一車(chē)輛進(jìn)入裝載點(diǎn)。這種作業(yè)方式一般要求挖掘機(jī)按照H模式工作，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速基本在額定轉(zhuǎn)速附近，以發(fā)揮機(jī)器的最大功率。據(jù)作者在工地現(xiàn)場(chǎng)觀察，挖掘機(jī)等待卸載的時(shí)間較長(zhǎng)（大約在一分鐘左右），等待時(shí)間內(nèi)液壓泵的負(fù)載功率很小。如果柴油機(jī)一直處于高速空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，既浪費(fèi)燃油，又增加了柴油機(jī)的磨損。而駕駛員在此期間內(nèi)一般不會(huì)改變調(diào)速手柄的位置。在上述情況下，對(duì)調(diào)速手柄的位置進(jìn)行自動(dòng)控制是一種有效的節(jié)能措施，這就是實(shí)施柴油機(jī)自動(dòng)怠速控制的出發(fā)點(diǎn)。原理是：在挖掘機(jī)的工作間歇，各執(zhí)行元件均無(wú)動(dòng)作。如果這種狀態(tài)超過(guò)事先設(shè)定的時(shí)間，壓力繼電器將這一信號(hào)輸送到控制器，控制器發(fā)出控制信號(hào)給油門(mén)執(zhí)行器，控制油門(mén)拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使柴油機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，以節(jié)約燃油，減少柴油機(jī)和液壓泵的磨損以及系統(tǒng)發(fā)熱。當(dāng)駕駛員操作任何一個(gè)先導(dǎo)控制手柄準(zhǔn)備再次作業(yè)時(shí)，控制器又會(huì)將柴油機(jī)恢復(fù)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。由于液壓挖掘機(jī)在工作時(shí)需要控制的自由度多，駕駛員操作時(shí)手腳有限，往往造成駕駛員無(wú)暇。根據(jù)負(fù)載的大小調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)，只能使油門(mén)處于固定位置，因而造成大量的能量損耗和嚴(yán)重的機(jī)械磨損。針對(duì)挖掘機(jī)能量損失情況，采用PLC控制，以檢測(cè)到的柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為判斷信號(hào)。PLC控制程序根據(jù)操作員選擇的不同檔位后，按照控制命令執(zhí)行指令，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)油門(mén)開(kāi)度的高精度控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)-液壓泵系統(tǒng)處于最經(jīng)濟(jì)的匹配工作狀態(tài)，從而使油門(mén)的開(kāi)度始終處于所選擇的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上。5.2 挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能控制裝置包括主控制器、油門(mén)控制器、柴油機(jī)油門(mén)執(zhí)行器以及一些必要的模擬量、開(kāi)關(guān)量傳感器。它主要以柴油機(jī)的調(diào)速手柄位置的定位控制和液壓泵的排量調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的節(jié)能控制目的5.2.1 功率模式設(shè)定（1）H模式：柴油機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速工況，液壓泵設(shè)定為最大功率檔。在實(shí)際運(yùn)行中，液壓泵的吸收轉(zhuǎn)矩將根據(jù)工況自動(dòng)調(diào)節(jié)，在保證柴油機(jī)功率得到最大利用的同時(shí)，柴油機(jī)不會(huì)因過(guò)載而熄火。若要求挖掘機(jī)高速度強(qiáng)力作業(yè)時(shí)選用此檔；（2）S模式：柴油機(jī)的最高設(shè)定轉(zhuǎn)速處于最低燃油消耗區(qū)，同時(shí)兼顧動(dòng)力性，約為1850轉(zhuǎn)/分鐘左右，同時(shí)控制液壓泵的吸收轉(zhuǎn)矩，使液壓泵輸入功率的總和約為柴油機(jī)的最大功率的85%。此時(shí)可用油門(mén)指令電位器調(diào)節(jié)調(diào)速手柄位置在怠速轉(zhuǎn)速和最高設(shè)定轉(zhuǎn)速之間變換，此模式適用于經(jīng)濟(jì)挖掘；（3）L模式：柴油機(jī)最高設(shè)定轉(zhuǎn)速約為1600轉(zhuǎn)/分鐘左右，液壓泵輸入功率的總和約為柴油機(jī)的最大功率 的60，此模式適