挖掘机工作装置的设计

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1、三、履带式液压挖掘机工作装置设计图3.1工作装置总体结构图工作装置的设计要满足任务书的要求以及结构上的合理， 根据要求确定其结构方 案，进而确定其各部件的尺寸以及较点位置， 最后还应对其作业尺寸和工作臂的强度 以及挖掘力的大小进行校核，确保其满足要求。一、确定工作装置的几何尺寸工作装置是液压挖掘机的重要组成部分之一，一般包括：动臂、斗杆、铲斗、连 杆以及油缸等。要使各参数合理协调，同时，要确保工作装置的作业尺寸能满足任务 书的要求。1 .斗形参数的选择选择斗形参数时，一般考虑以下两个因素：(1)、转斗挖掘时尽量使挖掘阻力小些；(2)、转斗挖掘时尽量降低其挖掘能容量。铲斗的四个主要参数为斗容量q

2、,平均斗宽B,转斗挖掘半径R和转斗挖据装满 转角2 。 R B及2与q之间有以下几何关系：12q -R2B（2sin 2 ）ks当q一定时最大挖掘阻力 W1max及转斗挖掘能容量E随着R的增大而下降。但B 和R大到一定程度，综合反映到2 100。则W1max太大；若2 90。则B或R太大。在q三0.25m3时R和B对W1max的影响差不多。从能量的观点看，不论 q如何， B对E的影响远远大于R,设计时应兼顾W1max和E两方面，希望两者都小些，因此 R和B两值不宜相差悬殊。综合考虑，选取：2 =98。，B=1.25, k =1.25 s依据公式12q -R B（2 sin2 ）ks计算确定R=

3、1.33m2 .动臂及油缸钦点的布置11及l5取值对挖掘机性能有影响。l5取值过大将使油缸力臂值增大，回转支承 受力变大，闭锁力上升，动臂摆角减小，作业范围减小，且使动臂座尺寸变大，给制 造和安装带来不便；1I的值取的过大，使特性系数ks值增大，提升能力下降。IIs类比其它样机，一般取l5 （300450mm （小挖）；600800mm （中挖）；经实 地测量q=1.05m3的玉柴YC230LC-讲目关参数，类比，取l5=720； 511 （65。左右）；所以，经类比及设计需要，取11=65。A点位置的确定：xA D 200mm左右D回转支承外径2yA 平台离地高度+150mn右类比后取平台离

4、地高度（600650mm（小挖）；11001150mm（中挖）；由D=0.453/22 1261.2mm ,查有关资料，目前市场上有 回转支承外径D=1244mm的产 品计算，所以，得出：1244Xa = 200 822mm，取 XA=820mm;yA=1100+150=1250mm=C点位置的确定:XcXa 15 cos 11,所以 xC820720 cos 65515yCyA sin 11 ,所以 yC1250 sin 65900.6计算得出 Xc =515 , yc =900o3 .动臂尺寸参数的确定1=130 ,（因为推荐采用整体式弯动臂，考虑挖深及结构强度，取动臂弯角为 根据作业要求

5、，1 一般取130左右）；特性参数k1=L （1.5-2）,取1.65。112确定动臂及斗杆11、12的长度,要满足作业要求。根据经验公式:l2R1 l3 ,得1k1980400 3169.8mm1 1.6511k112 ?得 111.65 3169.8 5230.17mm将计算的11、12 圆整，取 11=3170mm； 12=5230mm。由于反铲挖掘机以挖掘深度为主指标，故取特性参数k3 1.3。3在 CZF中（见前图）根据 1, 11求:l4111,1 k；2k3cos 1/曰5230, 得 141 2504.3mm：1 1 3 2 cos65l4239k3141，得 142 1.3

6、2504.3 3255.6mm；.2. 2. 2ZFCarc cos2141，得 39 21.5 ;2142l1所以 ZCF 23.5 ,暂取 BCZ 5.5 ,所以， BCF 18 。油缸钦点的布置综合考虑了结构件的强度、油缸本身以及安装特性，经作图凑出：l6=3393mm, l7=3330mm, l8=2600mm, l22=285mm7。4 .斗杆机构的尺寸参数的确定斗杆机构的设计应满足：(1)、斗杆机构应满足斗杆转角的要求，摆角应在105125之间，在满足工作 范围等前提下本机取108 ;(2)斗杆油缸全伸时，铲斗任意转动不得碰动臂；(3)保证足够得挖掘力及必要得闭锁能力。确定斗杆油缸

7、下钦点：D点与动臂间得距离应尽量小些，为使动臂与斗杆油缸不发生干涉。油缸与动臂 之间应留有10mm右得间隙。斗杆尾部半径19从闭锁考虑，可按经验公式： 91119 (- ) (l2 l3) 19 (8491125),取 I9 950mm；4 5.3斗杆上 EFQ取决于结构因素，并考虑到其作作范围一般在130。170。所以，取 EFQ =150。斗杆相对于动臂得初始位置不能超过动臂中心延长线，可取其夹角为5至8左右，本设计中取8。5.铲斗连杆机构设计：(1)铲斗连杆机构设计时应满足：转角要求为了满足开挖和最后卸载及运输状态的要求，铲斗的最大转角3max 一般在150180 ,本设计中取3max=

8、180。铲斗在挖掘过程中转角大致 为900110。铲斗仰角范围一般为 045。这样还可以适应挖掘深沟及垂直 侧壁得作业要求，不使斗底先于斗齿接触土地。图3.2铲斗的最大转角同时，铲斗的转角范围还应该满足，当动臂油缸处于最短即：Ll=Llmin,斗杆油缸处于最短即：L2=L2min ,铲斗油缸处于最长即 L3=L3max时，铲斗13与地面的夹角a W1g=16.7KN r6max4570即斗杆最小理论挖掘力大于斗杆挖掘阻力，所以斗杆油缸挖掘力满足要求。图3.6斗杆理论挖掘力示意图5、动臂油缸作用力计算动臂油液压缸应保证反铲作业过程中在任何位置上都能提起带有满载铲斗的工作装置到达最高和最远的位置。

9、可选用三个计算位置：(1)从最大挖掘深度处提起满载斗；(2)最大挖掘半径时举起满载斗；(3)最大卸载高度时提动满载斗。三大工况如下图所示：毕业设计(论文)报告纸加图3.7动臂油液压缸作用力计算示意图工况I对动臂在转台上的钦点C取矩，可以得到各位置下所需的动臂液压缸作用力:P (6 Giri Gtrt)e i 1式中 Gi 工作装置各构件的重量，初步设计时可通过经验公式法取用；Gt斗中土重；ri和“一一各构件及斗内土壤重心到点 c的力臂。(1)、反铲工作装置各部分质量计算根据国内几种反铲装置的构件近似质量表，经类比法得出以下参数：表3.4工作装置质量表项目斗容量（m3）质里（t）动臂斗杆铲斗斗杆

10、缸铲斗缸连杆摇杆动臂缸机重机型11.001.50.80.80.230.130.150.422.6机型21.051.50.80.80.230.130.140.423本机型11.50.80.80.220.130.140.3822.5（2）、提升力计算（三种工况均由图3.7分析）工况I :最大挖深时满斗提升，此时动臂油缸全缩，斗杆垂直地面，铲斗转至水平，这时计土重和工装重。2Ft e G2r2 G3r3 G4r4 G5r5 G6r6求得Ft,判断是否（动臂缸推力。工况n ：最大卸载高度满斗提升2Ft e Ga G2r2 G3r3 G4r4 G5r5 G6r6 求得Ft,判断是否（动臂缸推力。工况田：

11、最大卸载半径满斗提升2Ft e Ga G2r2 G3r3 G4r4 G5r5 G6r6 求得Ft,判断是否（动臂缸推力。表3.5三大工况提升力计算数据工况1工况2工况3r 128472382690r 2400065354360r 3348081605845r 4407540851800r 55535708547906414585606230r 7326077405400e550652334Gi150015001500G800800800G3800800800G220220220G130130130G140140140G180018001800Ft16653.524753.94938731152

12、.54491即16.7KN24.8KN31.2KN均远小于2 X 462 KN6、液压缸闭锁力计算确定合理的液压缸闭锁能力是保证挖掘力得到充分发挥的基本条件之一。 在挖掘 范围内当工作装置处于不同位置时各液压缸所受到的被动作用力值也不同， 一般常选 定几个反铲作业的主要工况作为计算位置来计算各液压缸应用的闭锁力， 使之在该工 况下不发生液压缸被动回缩或伸长的现象，从而保证了工作液压缸作用力的发挥。为确定各液压缸的闭锁压力，选用以下三个计算位置：在主要挖掘区内对以下几 种工况的油缸闭锁力进行校核（三种工况均作图分析）。工况I:动臂最低，斗杆垂直于地面，铲斗挖掘最大，并且作用力臂最大。图3.8液压

13、缸闭锁力校核工况I动臂缸小腔闭锁7s 2pbi eGm Wig W2r8i 2由工况i下的W1、W2 = 0.1W1,求得pb判断是否（油缸的闭锁压力，判断 该工况下动臂油缸是否闭锁。对F点取矩计算斗杆油缸闭锁压力，斗杆油缸大腔闭锁。计算pb2,判断是否V油缸的闭锁压力，判断该工况下斗杆油缸是否闭锁。工况H:动臂油缸最低，斗杆与动臂的钦点 F,斗与斗杆较点Q,斗齿尖V点三 点共线，斗杆挖掘，具作用力臂为最大。图3.9液压缸闭锁力校核工况n动臂油缸小腔闭锁7s 2 Pbi e GmWi9W2r8i 2由工况R下的W1、W2 = 0.1W1，求得pb1,判断是否V油缸的闭锁压力。对Q点取矩可计算铲

14、斗油缸闭锁压力，铲斗油缸大腔闭锁。计算Pb3,判断是否油缸的闭锁压力，判断该工况下动臂油缸是否闭锁。工况田：动臂处于最低位置，挖掘深度为最大，FQV三点共线，铲斗挖掘，并要求能克服平均挖掘阻力。图3.10液压缸闭锁力校核工况m动臂小腔闭锁由工况田下的W1、W2 = 0.1W1,动臂缸小腔闭锁7222 D dpb1 eGiriW1r9W2 r84i 2计算得pb1,判断该工况下动臂油缸是否闭锁。对F点取矩可计算斗杆油缸闭锁能力，油缸大腔闭锁。计算pb2,判断是否V油缸的闭锁压力，判断该工况下斗杆油缸是否闭锁。在液压缸上述三大工况下分别测量力臂值并记录， 填入Excel中，处理数据如下 表：表3.

15、6液压缸闭锁力校核三工况数据表工况1工况2工况3e i650650650e 2758950758r i600600600r 25754674753490490490r 4i400i400i400r 53567i6493358r 6348534933503r 74ii545703353r8i63700r io3358i872382ir ii335303353r 13233223322332r i4657949933343r i858366i6i8589W1i48347.57764i98328.74885i85064.060i5P 33754i4.89779P 2580i89.3394i40854

16、8.67657P 1-299i64.37i-35i28i.6693-356236.7i28动臂缸0.04057i7252320.22i849284540.2390842i844斗杆缸0.25582i08097-0.ii569550525铲斗缸-0.i874i364ii4将计算结果填入表3.7中，由P=30MP就算每种工况下液压缸的闭锁压力， 如下M_iM表所小:表3.7液压缸闭锁压力计算结果汇总表液压缸 种类液压刚参数液压缸闭锁压力(KPa)只 数缸 径杆 径行程大腔 推力工况1工况2工况3mmKN闭锁 压力超压闭锁 压力超压闭锁 压力超压动臂缸21408511002X46231.234.1%

17、36.6622.2%37.1723.9%斗杆缸114085110046237.6825.6%26.52-11.6%转斗缸114085110046224.39-18.7%由表3.7可见，当动臂液压缸的闭锁压力调整到超过工作压力的4.1%,斗杆压缸的闭锁压力调整到超过工作压力的 25.6%,在上述三种工况下都能正常工作而不发 生液压缸被动伸缩的情况。实际上，液压缸实现最大挖掘力还受整机稳定性及机器对地面附着性能的影响。但是，挖掘机不会经常在最大挖掘阻力的条件下工作，在整个作业范围内的任何位置都要求实现最大挖掘力既不经济又无必要，有时即使遇到很大阻力时，可以适当减小切土厚度，是挖掘力减小。所以合理的提法应当是要求挖掘机在主要挖掘区内能实现 最大挖掘力。这时液压缸的闭锁力必须予以保证。