WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真【说明书+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，完成资料的调研、收集、加工与整理，正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 综合素质要求：通过毕业设计，学生应掌握正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观与全局观。 设计成果要求：凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分，不应出现缺页、少图纸现象。1） 对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机械结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸能力。对运输、安装、使用等也有一定了解。2） 说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。3） 对国内挖掘机情况有一般的了解，对各种挖掘机有一定的分析、比较能力。其他各项应符合本资料有关部分提出的要求。3、毕业设计（论文）成果要求（包括图表、实物等硬件要求）： 计算说明书一份 内容包括：设计任务要求的选型、设计计算内容、毕业实习报告等。作到内容完整，论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表格正规（分别进行统一编号）、，字数要求不少于2万字；撰写中英文摘要；提倡学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 图纸一套1） 总图一张（0号）2） 工作装置装配图一张（0号）3） 零件图4-8张（1，2，3号）4、主要参考文献：1 吴永平等.工程机械设计机 北京 化学工业出版社 2007. 2 李宏、张钦良. 卡特挖掘机设计技术.北京,化学工业出版社,2007.3 吴庆鸣 何小新 工程机械设计 武汉 武汉大学出版社 2006.4 杨国平 现代工程机械技术 北京 机械工业出版社 2006.5 高佳宏,王琳,朱梅玲.液压挖掘机工作装置的三维设计.西安,西安工业大学, 19865、本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2013.3.29-2013.4.112013.4.12-2013.4.252013.4.26-2013.5.92013.5.10-2013.5.232013.5.24-2013.6.132013.6.14-2013.6.222013.6.23-2013.6.27熟悉整理资料方案选择及总体设计绘制总图工作装置设计工作装置运动及受力分析计算绘制零件图纸准备论文及答辩教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日系审查意见： 系主任签字： 年 月 日河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机094 学生姓名： 肖海那 学 号： 2009307402 指导教师： 王少雷 课题来源导师课题课题类别工程设计一、论文资料的准备 1.履带式挖掘机机简介挖掘机械是工程机械的一种主要类型，是土石方开掘的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。据统计，采用一台1.0m3斗容量的单斗挖掘机，挖掘级以下的土壤时，每班生产率大约相当300400个工人一天的工作量；而一台日产20万m3的大型斗轮挖掘机，则可代替56万人的劳动。由此可见，挖掘机在现代化建设工程中的功用，而挖掘机完成各项功能的主要构件又是挖掘机的工作装置，所以对于挖掘机工作装置的设计和研究就显得极为重要了。工程施工中约有60%以上的土石方量，系有挖掘机来完成的。挖掘机从诞生到现在已经有170多年的历史，期间经历了由蒸汽机驱动，利用杠杆原理，有轨式的挖掘机，到电力驱动及内燃机驱动的全回转挖掘机，最后发展到现在生产的电控式、半智能化挖掘机。挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏浚工作。模拟人的掘土工作，以蒸汽机驱动的“动力铲”诞生于十九世纪（1836年）。挖掘机的发展经历了四个阶段，第一阶段：机械式挖掘机，由蒸汽机或柴油机提供动力利用杠杆原理进行机械传动，行走方式为有轨式移动，有的可以在小范围内回转有的不能回转。其中由柴油机提供动力的挖掘机是挖掘机发展史上的飞跃。第二阶段：液压挖掘机，1950年液压挖掘机在德国开始发展，液压技术的运用是挖掘机发展史的第二次飞跃。第三阶段：电控式挖掘机，1970年世界知名厂家开始生产，电控技术应用是挖掘机发展史的第三次飞跃。第四阶段：智能型挖掘机（未来挖掘机的发展方向）。 2.履带式挖掘机的发展现状目前市场上应用最广泛的就是反铲式单斗液压挖掘机，也是最常见的。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间结构，挖掘机工作装置主要有动臂、斗杆和铲斗，斗杆有整体式和组合式两种，大多数挖掘机斗采用整体式斗杆，国内外对其运动分析，机构和结构参数优化设计方面都做了比较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。当前，国际上挖掘机的生产正向大型化，微型化，多能化和专业化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。液压挖掘机由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，因而世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，不断降低成本，实现标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，其趋势为:向大型化发展的同时向微型化发展。更为普遍地采用节能技术。不断提高可靠性和使用寿命。工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。由内燃机驱动向电力驱动发展。液压系统不断改进，液压元件不断更新。应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。在液压挖掘机产品功能方面，液压挖掘机工人机工程学在设计中的充分利用。二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题）本课题针对WY100液压履带式挖掘机的总体设计、工作装置设计及其运动仿真进行了重点研究。目的在于阐明WY100液压履带式挖掘机铲斗挖掘时的受力状况，总体及工作装置的设计，根据对挖掘阻力的分析，对挖掘机进行动力学仿真，为进一步分析研究挖掘机工作装置的强度提供证据。液压挖掘机工作装置是完成液压挖掘机各项功能的主要构件,其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。因此，对挖掘机的设计和研究就显得非常重要。利用CAD对设计的模型进行仿真操作，在模拟真实环境中的工作状况并对其进行分析和判断，让设计者尽早发现设计的缺陷和潜在的失败可能并及时修改与优化，这样既能缩短产品的设计周期、提高产品的可靠性，又能实现产品的优化设计，从而减少后期修改付出的昂贵代价。利用此软件能够进行快速正确的分析计算，形象直观、操作简单，当改变参数时只要在计算机的有关界面上简单操作就能达到修改的目的，从而实现减少用户的工作强度。同时对产品进行运动仿真，能够形象生动地进行产品的运动模拟，使仿真运动更加清晰地展现在设计人员和用户面前，对于挖掘机的研究有非常重要意义。三、主要内容、研究方法、研究思路主要内容：1、结合资料进行分析，了解液压挖掘机工作装置的工作原理。 2、按一定比例运用CAD绘制液压挖掘机工作装置的各零部件。 3、运用所学会的装配方法将各零部件进行装配。 4、运用CAD的仿真运动系统实现其运动仿真。研究方法：挖掘机工作装置主要有动臂、斗杆和铲斗，斗杆有整体式和组合式两种，大多数挖掘机斗采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的办法，或者在都赶上设置2-4个可供调节时选择的与动臂端不铰接的孔。由于工作半径、最大高度和最大深度的不同工作装置都有不同的参数。通过计算算出一个工况的工作参数，再通过编程算出各个工况的工作参数。 首先用已知数据计算出一个工况的合理性之后，再运用软件CAD模拟出各个工况的工作参数曲线，以验证所设计的动臂、斗杆和铲斗的参数都是合理的。在这里主要模拟出斗杆的工作参数在各个工况都是合理的。最后通过合理的设计分析，选择最优的工作参数，使得挖掘机的工作装置能够适合多种复杂的工况，低功耗，高功率。特别是通过斗杆挖掘工况挖掘性能的分析，使得挖掘机的斗杆更进一步的优化。研究思路：1、工作装置结构形式的选择。2、工作装置运动和受力分析。3、工作装置运动仿真。四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）2013.3.21-2013.3.31 英文资料翻译2013.4.1-2013.4.10 写开题报告2013.4.11-2013.4.25 方案选择及总体设计2013.4.26-2013.5.9 绘制总图2013.5.10-2013.5.23 工作装置设计2013.5.24-2013.6.13 工作装置运动及受力分析计算2013.6.14-2013.6.22 绘制零件图纸2013.6.23-2013.6.27 准备论文及答辩五、主要参考文献1 吴永平等.工程机械设计机 北京 化学工业出版社 2007. 2 李宏、张钦良. 卡特挖掘机设计技术.北京,化学工业出版社,2007.3 吴庆鸣 何小新 工程机械设计 武汉 武汉大学出版社 2006.4 杨国平 现代工程机械技术 北京 机械工业出版社 2006.5 高佳宏,王琳,朱梅玲.液压挖掘机工作装置的三维设计.西安,西安工业大学, 19866 戴群亮 计算机科学与技术系 北京清华大学 章二平 蔡登生 广西柳工机械股份有限公司 智能化液压挖掘机的研究与应用7 工程机械设计8 杨彦龙 液压挖掘机工作装置的虚拟样机仿真分析9 杨武成 液压挖掘机工作装置的虚拟样机研究10 张卫国 液压挖掘机工作装置动力学仿真分析及研究11 张仁敬 基于ANSYS和Proe的WY22挖掘机工作装置的分析 12 吴宗泽、罗圣国机械设计课程设计手册高等教育出版社，2006.5 13 濮良贵、纪名刚机械设计高等教育出版社，2000.12 14 吴宗泽主编. 机械设计师手册机械工业出版社，2002 15 周四新和青芳著.Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0基础设计M.北京电子工业出版社2007.1 16 秦长海夏素民白乔等.Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0 中文版 范例教M.北京清华大学出版社,2007.10 17 梁玲赵春章.中文版Pro/ENGINGEER Wildfire 4.0 实用教程M.北京清华大学出版社2008.2 18 孔德文等.液压挖掘机-工程机械设计与维修丛书M.北京化学工业出版社2007.1 19 陈军科.液压挖掘机行业现状及发展方向.中小企业管理与科技2009.5:139 指导教师意见：、 指导教师签名： 日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期：系意见： 系领导签名： 日期：系盖章课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。摘 要 液压挖掘机是工程机械的重要产品之一具有较高的技术含量。工作机构是液压挖掘机的主要装备机构各铰点以及其具体结构的设计将是决定工作机构性能水平的重要因素决定了液压挖掘机的工作性能影响其最终使用性能的好坏所以对液压挖掘机工作机构的研究是十分有必要的。利用SolidWorks软件先建模后分析可以大大缩短设计周期和设计工作量能快速适应市场竞争的需求有着重大的社会价值和经济价值。 本次设计完成的主要任务有 1 挖掘机工作机构类型的综合分析和选用 2 液压挖掘机工作装置的结构设计和尺寸计算3 工作装置部分的液压系统设计 4 对主要零部件进行力学分析和计算 5 驾驶室、三组油缸、铲斗、动臂、斗杆、摇杆的三维建模 6 挖掘机整体建模与装配设计 7 挖掘机工作机构的运动分析。 关键词 液压挖掘机工作机构液压系统力学分析运动分析 The Design and Motion Analysis of Hydraulic Excavators Working Mechanism Abstract The hydraulic excavator is one of the most important construction machineries, and includes the higher technical specification. Working device is the main equipment of the Hydraulic Excavator. The design of hinge points and concrete structures is an important factor which has a decisive influence on the use of working device. And it affects the quality of the end-use performance. Therefore, the research of the hydraulic excavator is necessary. Motion simulation is down after modeling by SolidWorks .This method of design can greatly reduce the design cycle. Also it can quickly adapt to the needs of market competition, has significant social value and economic value. Main contents contained in the article are following: 1) The comprehensive analysis and selection of excavator working mechanism type; 2) The structure design and size calculation of hydraulic excavator working equipment; 3) The hydraulic system design of working device; 4) The analysis and calculation of the ma the typical parts; 5) The 3D modeling of operator cab, three groups of oil cylinder, bucket, boom, arm and bucket; 6) Excavator overall modeling and assembly design; 7) The analysis motion of working mechanism. Key WordsHydraulic ExcavatorWorking DeviceHydraulic SystemMechanical AnalysisMotion Analysis河 北 建 筑 工 程 学 院 本科毕业设计（论文）题目WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真学 科 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机094 姓 名 肖海那 指 导 教 师 王少雷 辅 导 教 师 摘要液压挖掘机是工程机械的重要产品之一，具有较高的技术含量。工作机构是液压挖掘机的主要装备，机构各铰点以及其具体结构的设计将是决定工作机构性能水平的重要因素，决定了液压挖掘机的工作性能，影响其最终使用性能的好坏，所以对液压挖掘机工作机构的研究是十分有必要的。液压挖掘机的主要特点为：能无级调速且调速范围大，能得到较低的稳定转速，快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作高速反转，传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制，易于实现标准化、系列化、通用化。本次设计的题目是WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真。这种类型的挖掘机与其它类型的挖掘机相比，因有良好的性能而应用最广，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。本次设计完成的主要任务有：挖掘机的类型及发展概况、液压挖掘机的总体设计液压挖掘机工作阻力的计算、液压挖掘机工作装置的设计、液压挖掘机工作装置的受力分析和强度校核、挖掘机工作装置液压系统的设计、挖掘机工作装置的运动仿真本次设计的主要参数是斗容量1.0m3,它属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置及进行运动仿真。挖掘机的工作装置是直接完成挖掘任务的装置，本设计对工作装置的各个组成部分进行了较为详细的设计，这其中包括了动臂、斗杆和铲斗及其驱动装置的设计。在设计中，采用了履带式行走装置，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23倍，整机质量为25吨，最大卸载高度约为4.53m，最大挖掘深度5.99m，最大挖掘半径约为9.795m，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。 关键词：液压挖掘机 工作装置 液压系统 运动仿真ABSTRACTConstruction machinery hydraulic excavator is one of the most important products which has high technical content. Working mechanism is the main equipment of hydraulic excavator, each joint point and the design of the concrete structure are important factors to decide the working mechanism of the performance level, determining the working performance of hydraulic excavator, which influence the use performance is good or bad, so the research of hydraulic excavator is very necessary. The main characteristics of hydraulic excavator is as follow: It has a stepless speed regulation and wide speed range, it can obtain stable low speed, when action quickly, the hydraulic parts produce a small inertia and good acceleration performance, and it can be used for high speed reversal, produce smooth transmission, simple structure, can absorb the impact and vibration, labor-saving operation, it is easy to control automatically and realize the standardization, seriation and generalization.The topic of the design is the design of WY100 hydraulic crawler excavator overall and the working device and motion simulation for the working device. Compared with the other types of excavator this type of excavator have good performance so used widely, it can reduce ground pressure by widening, lengthening and floating crawler for soft ground or marshes. The main tasks of the design are: Types and the development of the excavator, the overall design of hydraulic excavator, the working resistance calculation of the hydraulic excavator, the design of the working device ,stress analysis and strength check calculation of the working device, the hydraulic system design of the excavator working device , the motion simulation of excavator working deviceThe main parameter of the design is bucket capacity 1.0m3, it belongs to the small and medium-sized hydraulic excavator, the main tasks are the design and motion simulation of working device of excavator. The working device is the equipment that completes the task of mining directly, all the design of the work device components are designed in detail including the design of the boom, stick and bucket and a driving device.This design used the crawler walking device to meet the requirements of the excavator. The upper part of the excavator is a full rotation swivel table so it can work in a greater scope. Because of the use of hydraulic drive control and make the machine performance can be improved. Compared with the mechanical excavators, the mining capacity increased to 2 3 times, the quality of the machine is 25 tons, the maximum discharge height is about 4.53M, the maximum digging depth is 5.99M, maximum digging radius of about 9.795m, can be seen from the operation ability has been greatly improved, not only the mining capacity but the light weight, smooth transmission, high efficiency and compact structure.Keywords: hydraulic excavator working device hydraulic system motion simulation目录第1章 绪论1 1.1挖掘机作用及其发展概况1 1.2挖掘机的分类21.3单斗液压挖掘机的特点、类型31.4设计题目简介4第2章 总体设计82.1 总体设计内容及原则82.2 选择确定总体参数8第3章 挖掘机工作阻力153.1 工作液压缸的理论挖掘力153.2 整机挖掘力163.3整机实际挖掘力17第4章 工作装置设计184.1 设计要求184.2 反铲工作装置结构方案的确定184.3铲斗设计244.4动臂机构设计274.5斗杆机构的设计314.6铲斗连杆机构的设计32第5章 工作装置受力分析和强度验算355.1铲斗及铲斗连杆机构分析355.2斗杆及斗杆机构分析365.3动臂及动臂机构分析43第6章 工作装置液压系统设计496.1挖掘机工况特点和对液压系统的要求496.2液压系统主要类型和特点516.3液压挖掘机的基本回路和辅助回路526.4液压系统图54第7章 运动仿真567.1 引言567.2 Solidworks模拟仿真的基本概述567.3 Solidworks动画模拟仿真的概述577.4 液压挖掘机工作装置的三维实体建模577.5 液压挖掘机工作装置的三维实体装配62第8章 毕业设计小结64第9章 致谢66参考文献67河北建筑工程学院毕业设计计算书指导教师：王少雷 设计题目：WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真 设计人：肖海那设计项目计算与说明结果挖掘机的作用及其发展概况挖掘机的分类单斗液压挖掘机的特点，类型设计题目简介国外发展现状国内发展概况第1章 绪论1.1 挖掘机的作用及其发展概况液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。在建筑工程中，可用来挖掘土坑、排水沟，拆除废旧建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。在军事工程中，或用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都 起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量1.0m3的液压挖掘机挖掘级土壤时，每班生产率大约相当于300400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。挖掘机械的最早雏形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一台有确切记载的挖掘机械是1796年英国人发明的蒸汽“挖泥铲”。而能够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动的“动力铲”于1835年在美国诞生，主要用于修筑铁路的繁重工作，被认为是现代挖掘机的先驱，距今已有170多年历史。1950年，德国研制出世界上第一台全液压挖掘机。由于科学技术的飞速发展，各种新技术、新材料不断在挖掘机上得到应用，尤其是电子技术和信息技术的应用使得液压挖掘机在作业效率、可靠性、安全性和操作舒适性以节能、环保等方面有了长足的进步。目前液压挖掘机已经在全世界范围内得到广泛应用，成为土石方施工不可缺少的重要机械设备。1.2 挖掘机的分类液压挖掘机种类繁多，可以从不同角度对其类型进行划分。根据液压挖掘机主要机构传动类型划分。根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动，则为全液压挖掘机。若液压挖掘机中的某一个机构采用机械传动，则称其为非全液压（或半液压）挖掘机。一般说来，这种区别主要表现在行走机构上。对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动，只有行走机构有的为液压传动，有的为机械传动。根据行走机构的类型划分根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式及拖式。履带式液压挖掘机应用最广，在任何路面行走均有良好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支腿，适用范围较大。在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可通过加宽履带来降低接地比压。为防止对路面的碾压破坏、有些液压挖掘机还采用了橡胶履带。通常，履带行走的液压挖掘机多为全液压传动。轮胎式液压挖掘机具有行走速度快，机动性好，可在多种路面通行的特点。近年来，轮胎式挖掘机的生产量日渐增长。悬挂式液压挖掘机是将工作装置安装在轮胎式或履带式拖拉机上，可以达到一机多用的目的。这种挖掘机拆装方便，成本低廉。汽车式液压挖掘机一般采用标准的汽车底盘，速度快，机动性好。拖式液压挖掘机没有行走传动机构，行走时由拖拉机牵引，根据工作装置划分根据工作装置结构不同，可分为铰接式和伸缩臂式挖掘机。铰接式工作装置应用较为普遍。这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点转动来完成作业动作。伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂臂内伸缩，还可以变幅。伸缩臂前端装有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是修整沟坡。1.3 单斗液压挖掘机的特点、类型单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。它是以在机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的，是目前挖掘机械中重要的品种。它由下列基本部分组成：工作装置、回转机构、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备。常用的全回转式（转角大于360）挖掘机，其动力装置，传动机构的主要部分，回转机构，辅助设备和驾驶室等都可装在可回转的平台上，简称为上部平台。因此常又把这类机械概括成有工作装置，上部平台和行走装置三大部分组成。挖掘机的基本性能也就决定于各组成部分的构造和性能。单斗液压挖掘机可按用途及其主要装置的特征进行分类。按液压挖掘机主要用途及其工作装置的不同可分为通用型和专用型两种。中小型多数为通用型，即以挖掘土壤容重18000Nm3为标准反铲斗的主要装置外，还配有适于挖掘机各种轻重土质和挖掘幅度的反铲、正铲、抓斗、装载、起重等多种可换装置。而大型液压挖掘机则以矿用正铲（同样V=18000 Nm3为标准型）为主要装置外，一般亦配有挖掘轻重土、石料和各种挖掘幅度的正反铲等装置。主要用于矿山挖掘和装载，称采矿或矿用型。按工作装置的机构不同分为铰接式和伸缩臂式挖掘机，常用者均为铰接式，伸缩臂式挖掘机可因用于平整清理场地和坡道等作业，故有挖掘平地机之称。按行走装置的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式及拖式等多种。1.4 设计题目简介1.4.1国外发展现状国外挖掘机生产历史较长，液压挖技术的不断成熟使挖掘机得到全面的发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机的国家，1954年和1955年德国的德马克和利渤海尔公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展上起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国是液压挖掘机生产的后起之秀，20世纪70年代开始引进技术，由于产业政策进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机的主要生产国之一。20世纪60年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制造商纷纷采用液压技术并与其它技术相结合，使产品适应性得到了较快的发展，产品寿命和质量不断得到提高，操纵更加舒适，产品更加节能。例如美国卡特彼勒公司1955年以后推出的300B系列液压挖掘机，采用一种命名为maestro的系统，通过载荷传感液压装置，控制发动机的输出功率，实现与液压泵的严格匹配。Maestro控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态，允许用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代公司生产的ROBEX450-3型液压挖掘机，有四种功率模式，通过集成化的电子控制系统自动确定最佳的发动机转速和液压泵的输出参数，使得发动机、液压泵的速度及液压用液压系统压力与实际工况相适应，从而获得最高的生产率和最佳的燃油消耗。此种技术在日本松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国的利渤海尔、英国的JCB等到公司均得到普遍应用，代表了当代液压挖掘机的最高水平。当前，国际上挖掘机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。我国已经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，引进了国外的一些先进的生产率较高的挖掘机型号。由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能；应用范围不断扩大，成本不断降低，向标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性；电子计算机检测与控制，实现机电一体化；提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势：（1） 向大型化发展的同时向微型化发展。（2） 更为普遍地采用节能技术。（3） 不断提高可靠性和使用寿命。（4） 工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。（5） 由内燃机驱动向电力驱动发展。（6） 液压系统不断改进，液压元件不断更新。（7） 应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。（8） 增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。（9） 人机工程学在设计中的充分利用。1.4.2国内发展概况早在1958年国内便开始了液压挖掘机的研制开发工作，随后开发出一系列比较成熟的产品。当时出于受配件如发动机、液压件及企业自身条件的影响，其质量和产量远未达到应有的水平，与国外同类产品相比也存在较大差距。到了80年代末和90年代初，世界各工业发达国家液压挖掘机技术水平得到了迅速的提高，突出表现在追求高效率(同一机重的挖掘机功率普遍提高，液压系统流量增大作业循环时间减小，作业效率大大提高)；高可靠性和追求司机操作的舒适性。国内原有的数家挖掘机专业生产厂为了生存和发展，利用自身的实力和丰富的挖掘机生产经验，纷纷在工厂的技术改造、试验研究、新产品开发方面下大功夫。有的新开发的产品(也包括某些已生产多年的老产品)为了提高作业的可靠性，干脆采用了进口的液压件和发动机，甚至于整个传动系统都按照采用国外元件来设计，这种经过改型或新设计开发的液压挖掘机其工作可靠性和作业效率得到很大的提高。这样，引进和消化国外的不少技术，在技术方面都有了长足的进步。国内液压挖掘机行业近年来虽有很大发展，但与国外挖掘机行业发达国家相比仍存在许多不足，其原因除了国内挖掘机加工水平落后之外，挖掘机设计水平与发达国家相比也有较大的差距，尤其是一些先进设计技术的掌握和应用。国内众多的研究人员和单位对液压挖掘机工作装置设计进行了不少研究，开发了其设计软件，他们的研究基本上局限于解决某些问题，即工作装置的几何参数、运动参数和力参数等的解决。关于工作装置设计参数分析和在CAD上其自动设计的综合研究文献还没有。因此，开发出的软件缺少通用性，不能使用于挖掘机工作装莺的一些通用问题的解决，对工程机械这个行业不具有通用性。特别是国内，CAD在许多企业还停留在辅助制图的程度上，当然也有部分企业用CAD进行空间布置设计。虽然部分软件也有一定的分析计算能力，但是远远不能达到设计需要，对液压挖掘机进行分析的大型通用软件目前市场上还很少。经过近十年的研究，获得了一些成果，但是研究还不够深入，有些研究结果已进入实际应用过程中。目前研究液压挖掘机工作装置设计的重点在于，为了使挖掘机设计人员从繁忙的计算中解脱出来，现有工作装置机构的计算机辅助计算和优化设计，即大多数的液压挖掘机工作装置设计研究在现有机构的基础上局限进行的，在这种情况下开发出一个专业的工作装置设计工具和软件显得非常的重要。国内液压挖掘机的研究和发展动向应该体现在以下几个方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技术性能和控制性能。（3）发展集成、复合、小型化、轻化元件。（4）开展液压自动控制技术方面的研究与开发。（5）加强以提高安全性和环境保护为目的研究工作开发。（6）提高液压元件和系统的工作可靠性。（7）标准化和多样化。（8）开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。70河北建筑工程学院毕业设计计算书指导教师：王少雷 设计题目：WY100液压履带挖掘机总体及工作装置设计及运动仿真设计人：肖海那设计项目计算与说明结果总体设计的内容及设计原则液压挖掘机的主要参数和选择单斗液压挖掘机的主要参数总体参数的确定初选履带其他参数的选择与计算工作液压缸的理论挖掘力铲斗油缸的理论挖掘力斗杆油缸的理论挖掘力整机挖掘力整机实际挖掘力设计要求确定动臂的结构形式确定斗杆的结构形式斗杆油缸的布置动臂与斗杆长度比的确定确定铲斗的结构形式的斗齿的安装结构铲斗与铲斗液压缸的连接形式液压缸参数的确定铲斗的设计动臂机构的设计斗杆机构的设计铲斗连杆机构的设计铲斗及铲斗连杆机构分析连杆摇杆销轴斗杆及斗杆机构分析动臂及动臂机构分析挖掘机工况特点和对液压系统的要求挖掘机工况特点 对液压系统的要求液压系统主要类型和特点定量系统变量系统液压挖掘机的基本回路和辅助回路基本回路辅助回路液压系统图第2章 总体设计2.1 总体设计的内容及设计原则根据液压挖掘机设计任务的有关要求，应在充分调查研究的基础上进行液压挖掘机的总体设计工作。总体设计主要内容如下：1.分析或拟定设计任务书，确定设计思想和原则，并提出整机结构方案的初步设想。2.液压挖掘机主要参数的确定。3.液压挖掘机各主要机构的结构方案确定。4.各主要机构作用力、速度、功率等分析计算。5.液压系统的确定。6.液压挖掘机的平衡、稳定、生产率以及其他总体特性的分析计算等。通过总体设计对所设计的液压挖掘机作出初步的全面规划，提出有关数据、资料、总体图等，为下一步设计分析计算提出依据。2.2液压挖掘机的主要参数和选择单斗液压挖掘机的主要参数表明了挖掘机的规格和主要技术性能，因此在挖掘机总体设计中必须确定。主要参数及选择基本依据是：1）设计任务书所规定的铲斗容量、用途和作业要求，工作条件等；2）有关国内外同类型、同等级液压挖掘机的技术资料，国家及企业的系列标准；3）理论分析和经验计算；4）主要单位的要求和制造厂的生产条件等。主要参数的选择是液压挖掘机总体方案设计中重要的环节。它与挖掘机各主要机构的结构形式和布置方案密切相关。在确定主要参数时，必须正确处理先进性、可靠性和经济性之间的关系，正确处理相互制约的有关参数间的关系。要实事求是的分析和满足各项性能的要求。盲目的提高和消弱某些参数都将带来不良的结果。因为挖掘机是一个有机的整体，其性能的优劣不仅与各部件的性能有关，更重要的是取决于各部件结构特性的协调匹配。合理的主要参数应符合以下条件：1)满足使用要求实用性。2）适用于生产厂商的制造条件可能性。3）充分利用发动机的功率经济性。4）与国内外同类型产品相比有较先进的技术经济指标和可靠性的工作性能先进性。基本参数的确定方法：1）比拟法（或称类比法）：通过同类机型的比较得出参数值。2）经验公式法（或称查表法）：即按概率统计归纳得到的经验公式进行概略的计算，得到参数。3）按标准选定法：即按国家颁发的液压挖掘机形式与基本参数系列标准规定的数值范围，给定拟采用的结构特点选定参数值。4）理论分析计算法：即按拟定的结构特点，在理论分析与实验数据的基础上进行分析计算，得出参数值。本设计采用类比法、经验公式法和标准法相结合，有的参数还通过理论分析校核来确定。2.2.1 单斗液压挖掘机的主要参数1.尺寸参数 如工作尺寸，机体外形尺寸和工作装置尺寸等；2. 质量参数 如整机重，各主要部件（或总成）的重等；3. 功率参数 如发动机，液压系统及主要机构功率，力和速度等；4. 经济指标参数 如作业周期，生产率等。液压挖掘机主要参数中最重要的主要参数有三个：斗容量、机重和发动机功率。如斗容量直接反映了机械本身的挖掘能力和效果。机重则直接反映了机械本身的重量级，它对技术参数指标影响很大，因挖掘机挖掘能力的发挥，功率的充分利用，机械的稳定性都要以一定的机重来保证，因此机重反映了挖掘机的实际工作能力，可用性的标志。功率反映了机械的动力级，与其他参数有函数关系。为促进我国液压挖掘机制造业的发展，新修订的液压挖掘机基本参数标准采用机重和标准斗容为标志，液压挖掘机新产品设计或老产品的改进、整顿、变型设计等形式和参数的确定都应符合标准规定。我国液压挖掘机标准所规定的主参数的定义为：标准斗容量：指挖掘机容重18000 Nm3的土壤时，铲斗堆尖时的斗容量（m3）。为充分发挥挖掘机的挖掘力，对于不同等级或容重的土壤可以配备相应不同斗容量的铲斗（m3）。机重：是指带标准反铲或正铲工作装置和标准行走装置时的整机工作质量（t）。发动机功率：指发动机的额定功率（12小时工作），即正常运转条件下本身消耗以外的输出净功率（KW）。2.2.2 总体参数的确定总体参数的确定主要是履带接地比压和履带尺寸的确定。履带式挖掘机的承载能力大小决定于机器运行时的通过性和工作时的稳定性。若挖掘机的两条履带与土壤表面完全接触，并且挖掘机重心近似于支撑面中心，则挖掘机对土壤产生的压力称为土壤的平均比压：或式中G挖掘机的工作重量（）；履带的支撑长度（cm）；b履带的宽度（cm）；h0履带的高度（cm）；平均比压是履带式挖掘机的一个重要指标，可以与同类型产品做比较。但实际工作时由于地面不平，两条履带不完全与地面接触。例如，一条履带与地面完全接触，另一条履带在某一点上。此外由于整机重心的偏移，履带上的压力是不均匀的。其中一端的比压最大为，另一端比压最小，甚至为零。最大接地比压决定了挖掘机能否在松软地面上工作。因此与重心位置的关系对正确设计履带行走装置是非常重要的。挖掘机的合力G将按作用的位置分配在两条履带上。设一条履带所受的荷重为P偏心距为e，则履带两端的最大最小比压为考虑到横向稳定极限条件，设挖掘力合力G位于长度等于履带宽度B的二分之一的半径上，半径与行走装置的纵向夹角为。重心对截面重心O点的力矩为将此力矩沿履带方向及垂直于履带方向为M及M； ，。在一般结构的挖掘机中很小（24），近似为零，故可以认为履带最大比压发生在工作装置顺履带方向的位置，可由上述公式的从上式可看出：比值LB不应太小，否则会加大值，一般情况下LB为1.21.4。如用在软地面工作则可加长履带长度和加大履带宽度来降低最大比压值。最小离地间隙h也是一个重要的参数。这是除履带外机械最低点与地面之间的距离，它表明挖掘机通过地面障碍物（石头，树等）的能力。离地间隙要适当，因为它影响到机械的重心位置，稳定性以及机械机构等。对液压挖掘机通常取。2.2.3初选履带关于履带选择的一些要求 1.在往链轨节上装销套时，其两端的突出部分对称度不得超过0.5mm，销轴与链轨的压装部分应匀等。 2.履带组装后，每节应能灵活转动，不得有卡死现象。 3.履带组装后，每十节内的直线度不得大于4mm，履带全长不得大于8mm。 4.履带或零件，自装机使用之日起，在符合说明书的规定的条件下，所有零件均不得损坏。 5.履带的选择，型号LD229，履带的名义节距为229mm，履带节距为228.60mm，履带板宽度为600mm。合理使用履带应注意以下几点： 1.正确选用履带板宽度。 2.正确调整履带的张紧度。 3.避免机器做不必要的高速后退与前进。 4.避免单边转向。 5.避免长期倾斜作业。履带行走机构零部件之间相互接触、相对运动就产生摩擦。磨损的快慢，除了与材料本身性能有关外，还与相对运动速度、接触的负荷大小成正比。由于履带销之间的节距大于驱动齿轮的节距，所以使驱动齿轮磨尖。使履带张得过紧，负荷会很大。2.2.4其他参数的选择与计算经验公式计算法（查表法）是以液压挖掘机的机重为指标，对现代液压挖掘机的总体参数用概率方法得到各主要参数的经验系数，以公式来确定挖掘机的各种参数。根据任务书可知：G=25t1） 线尺寸参数及线长度的确定线尺寸参数： 由工程机械设计表1-3，取： 标准臂系数： K1=1.8 标准斗杆系数： Kl2=0.8 斗长度系数： Kl3=0.5 将上述系数分别代入上式中，得： 臂长： l1=5263mm 斗杆长： l2=2339mm 斗长度： l3=1462mm2)质量参数及质量的确定质量参数主要包括各部分重，机体重心位置等，可以按下式确定：(1)各机构重量： 见表2-1其中，为各部分质量系数，见工程机械设计表1-4 表2-1各机构重量