毕业设计液压挖掘机反铲工作装置机构设计_机械论文

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适用专业：机械设计制造及其自动化
适用年级：大学
论文编号：204002

论文简介：

毕业设计-液压挖掘机反铲工作装置设计，说明书共27页，12630字，附设计图纸、三维图纸、任务书、开题报告、外文翻译等
主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分:
(1) 挖掘机工作装置的总体设计。
(2) 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析，运动模拟。
(3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。
(4) 工作装置主要部件的结构设计。仿真设计。
(5) 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。
研究内容及实验方案：
主要对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下四部分:
1．挖掘机工作装置的总体设计。
工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一。因用途不同，工作装置的种类繁多，其中最主要的有反产装置，正铲装置，起重装置和抓斗装置等。而同一种装置也可以有许多种结构形式，有的多达数十种，以适应各种不同的作业条件。主要设计的内容有动臂及斗杆的结构形式。动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式。反铲动臂可以分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动式和组合式两类。
直动式臂结构简单，轻巧，布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形式和强度值得注意，近年来悬挂式挖掘机出现了小弯臂的结构形式，是直动臂的改良，动臂的箱型结构可以不用开口，动臂和斗杆油缸及管路的布置也比较方便。
整体式动臂结构简单，价廉。刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是替换工作装置较少，通用性较差。
而组合式动臂有以下优点：
（1）．工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化调整。
（2）．较合理的满足各种类型作业装置的参数和结构要求。
（3）．装车运输比较方便。
综上选用组合式方案
2．挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。
通过研究平面四杆机构的运动分析与曲柄滑块机构的规律，综合利用作图法与解析法，得出各构件的长度与位置。作图法精度不够，只是一种近似的计算方法。
3．工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。
动臂机构参数的选择
（1）．动臂机构的铰点位置的选择。
（2）．动臂液压缸作用力及闭锁力的确定
斗杆机构参数的选择
确定斗杆液压缸的铰点位置，行程及力臂比时应该考虑以下因素：
（1）．保证斗杆液压缸产生足够的斗齿挖掘力。
（2）．保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力。
（3）．保证斗杆的摆角范围。
铲斗机构的参数选择
反铲铲斗及机构有四杆机构的，也有六杆机构的。作为机构的杆长参数一般都预先选定。这些参数必须满足以下要求：
（1）．铲斗的转角范围
（2）．铲斗机构的载荷分析
4．工作装置主要部件的结构设计。
对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。
二设计方案
反铲装置的合理设计问题至今尚未理想的解决。以往多按经验，采用统计和作图试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法，并利用电子计算机辅助设计。
反铲方案的选择主要依据是设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用。此处确定为通用工作装置。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件的同时照顾其它条件下的性能。
设计方法主要是通过利用经验公式计算设计量，动臂，斗杆，转斗。将计算得到的设计量带入精确的计算公式来验证设计量是否得当。若有出入，则再修改设计量。直到由设计量计算出的最大挖掘深度，挖掘半径。最大卸载高度与给定的参数相吻合。具体步骤如下
动臂及动臂液压缸的布置
确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合式方式，确定动笔液压缸的布置为悬挂式或是下置式。
斗杆及斗杆液压缸的布置
确定用整体式或组合式斗杆，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗杆是否采用变铰点调节。
确定动臂与斗杆的长度比，及特性参数K1=L1/L2。
对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可以在很大的范围内选择。一般当K1>2时称为长动臂短斗杆方案，当K1<1.5时属于短动臂长斗杆方案。K1在1.5~2之间称为中间比例方案。
确定配套铲斗的种类,斗容量及其主要参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。
根据液压系统的工作压力，流量，系统回路供油方式。工厂制造条件和三化要求等确定各液压缸缸数，缸径，全伸长度与全缩长度之比λ，考虑到结构尺寸，运动余量，稳定性和构件运动幅度等因素，一般取λ1=1.6~1.7，个别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取λ1<=1.75
斗杆机构参数的选择
对于以转斗挖掘为主的中小型反铲，选择斗杆参数时必须注意转斗挖掘时斗杆液压缸的闭锁能力，要求在主要挖掘区内转斗液压缸的挖掘力能得到充分发挥。而斗杆的摆角范围大致在105~125之间。在满足工作范围和运输要求的条件下此值尽可能的取得小些，对以斗杆挖掘为主的中型机更应注意到这一点。一般说斗杆愈长，其摆角范围可稍小。当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时，铲斗前臂与动臂之间的距离应大于10cm。
根据斗杆挖掘阻力计算，并参照国内外同类型机器斗杆挖掘力值，按要求的最大挖掘力确定斗杆液压缸的最大作用力臂值l9。斗杆上∠EFQ取决于结构因素，并考虑到工作范围，一般在130o~170o之间。动臂上∠DFZ也是结构尺寸，根据结构因素预先估计。
斗杆机构参数最后还必须按闭锁性能校核。
7.铲斗机构的参数选择
反铲铲斗及机构有四杆机构的，也有六杆机构的。转角范围大致为90o~110o，为了满足开挖和最后卸载及运输状态的要求，铲斗总转角往往要达到150o~180o。为了挖掘深沟及垂直侧壁的要求，不使斗底先于斗齿接触土壤，常采用大仰角机构，总转角必须选择适当，不宜过大。设计时还要避免当铲斗液压缸全伸时斗齿尖碰撞斗杆下缘的现象。

摘要：本次设计的题目是液压挖掘机反铲装置机构。与其它类型的挖掘机相比，这种类型的挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。液压挖掘机反铲装置的主要特点为：反铲是中小型液压挖掘机的主要工作装置。液压挖掘机的反铲装置由动臂，斗杆铲斗，以及动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸和连杆机构组成。其构造特点是各部件之间的连接全部采用铰接，通过油缸的伸缩来实现挖掘工作中的各种动作。动臂的小铰点与回转平台铰接，并以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕小铰点转动而升降。斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆油缸来控制，当斗杆油缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上焦铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油缸伸缩使铲斗绕该点转动。为增大铲斗的转角，通常以连杆机构与铲斗连接。本次设计的主要参数是斗容量0.2m3,它属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置。
在设计中，采用了轮胎式行走装置，来满足要求。上部转台是全回转式，因此它可在一个更大的范围内工作。又因采用液压传动控制而使整机性能得以改善。与机械式挖掘机相比，其挖掘力提高到2～3倍，整机质量约为5吨，挖掘力约为30kN，最大卸载高度约为2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半径约为5.728m，从中可以看出整机作业能力有了很大的改进，不仅挖掘力大，且机器重量轻，传动平稳，作业效率高，结构紧凑。另外，还对挖掘机的工作装置提出基于结构推理的机构方案创新设计方法。
关键词：液压挖掘机；挖掘机构；创新设计

目录
1绪论 1
1.1液压挖掘机的工作特点和基本类型 1
1.1.1液压挖掘机的主要优点 1
1.1.2液压挖掘机的基本类型及主要特点 2
1.2反铲装置的工作原理 2
2总体设计方案 4
2.1工作装置设计方案原则 4
2.2液压系统设计方案原则（总体） 4
2.2.1对液压系统作业动作要求 4
2.2.2对液压系统基本的要求 5
3挖掘机工作装置设计.............6
3.1确定动臂的结构形式………..6
3.2动臂、铲斗机构参数的选择……...6
3.2.1反铲装置总体方案的选择…….6
3.2.2铲斗参数的选择 7
3.2.3 动臂机构参数的选择 8
4 液压挖掘机工作装置运动仿真 13
4.1模型建立……..13
4.2构件运动配装……..……15
4.3构件运动仿真………17