小型液压挖掘机总体与工作装置设计开题报告

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1、 二届毕业设计开 题 报 告学 院： 工程机械学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 长安大学毕业设计（论文）开题报告表课题名称小型液压挖掘机总体与工作装置设计课题来源自选项目课题类型工程设计指导教师学生姓名学 号专 业机械设计制造及其自动化一、课题的意义挖掘机械是一种重要的工程机械，它是用铲斗上的斗齿切削土嚷并装入斗内，装满后提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后再使回转台回转、铲斗下降到挖掘面、进行下一次挖掘。挖掘机广泛应用于各类土石方工程施工、水利工程、民用建筑、道路建设和市政工程场所，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产

2、率起着十分巨大的作用。本次毕业设计是对我这四年来所学习的知识的一次全方位考查，同时也是对我即将踏上工作岗位的一次锻炼，只有通过不断的努力与思考，才能了解液压挖掘机的基本结构和原理，并在此基础上对挖掘机各个结构进行计算，合理选择参数，最终设计出所需挖掘机。二、本课题在国内外的发展状况国内发展状况：我国挖掘机械的产销量每年均有15%-30%的爆炸式增长，2011年更是达到了70%，另一方面，挖掘机作为技术复杂的终端机械产品，其开发和制造涉及机械、液压传动、冶金、石油化工、电气等众多行业，已经形成了一个庞大的产业集群。因此，大力开展对液压挖掘机的研究和探索，对于提升我国整体工业水平和加速国民经济的发

3、展具有重大的促进意义。与工业发达国家相比，我国小型挖掘机行业还存在不小的差距，如发动机耐久性时间短、油温和水温高、散热性能差等问题；另外，国产液压件的挖掘机也是问题颇多，在操作动作上不连贯、不柔和，对整机的负面影响非常突出。我国配套件工业的不发达也制约了我国挖掘机行业的发展，长久以来，国家都存在重主机、轻配套，重成果、轻基础的问题，造成行业发展的不平衡，即主机的质量和数量提高很快，而配套件进步很慢。即便是目前，国内几家著名的工程机械制造商三一重工、柳工、中联重科等都只能选择先采用国外的关键配套件来装配产品。但在国家工程机械行业发展规划的推动下，我国各个挖掘机厂商已做出了大幅的改进，工作装置合理

4、性提升，生产工艺水平不断提高。我国国产品牌的玉柴、山河智能、众友、柳工、三一、徐挖等一大批企业也正在异军突起，不断扩大小挖生产能力。国外发展状况：国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统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，减少停机维修的时间，提高适应能力，消除公害。当前国际上挖掘机正在向以下的趋势发展： 1、向大型化和小型化方向发展，使之能灵活应用于各种场合。

5、如为满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在0.01m。 2、将人工智能充分的应用到其中，使之操作更简便和人性。如使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。3、工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。如许多中、小型挖掘机已趋向于一机多能，配备了多种工作装置除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、铰盘

6、及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。4、提高其环保性能及安全性能，使其能在造福人类的同时减少负面影响。卡特、小松等厂家纷纷推出满足三次排放要求的节能环保型挖掘机。5、液压系统不断改进，液压元件不断更新。 中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。6、基本性能的提高，提高生产率。 一些欧

7、美国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。7、设计上更具人性化，加强对驾驶员的保护，改善驾驶员操作环境和操作条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。三、本课题的研究内容、方法、手段及预期成果主要内容为满足建筑，市政，供水，供气，供电及农林建设等工程土方施工机械化的需要，拟设计小型履带式液压挖掘机。设计内容:（一）总体设计1整体

8、结构型式选择与主要技术性能2总体参数的确定；3工作装置的总体设计；4挖掘阻力、挖掘力的计算；5液压缸参数的选择；6回转机构总体参数的选择；7行走装置的初步设计；8整机稳定性计算；9液压系统设计10功率计算与动力装置确定11生产率计算。（二）工作装置零部件设计与强度计算1反铲工作装置结构设计；2动臂强度计算；3斗杆强度计算；4铲斗强度计算。（三）转台、回转机构和回转支承装置的计算1回转机构的传动方案确定；2回转机构传动计算；3转台布置；4回转支承装置计算。（四）行走装置设计1行走装置的结构布置；2行走装置的传动方案确定。方法及手段基于目前市场挖掘机的设计、生产、加工与装配过程，该设计研究的是挖掘

9、机的整体设计及工作装置设计等。通过查阅相关资料进行大量的设计计算得出相应数据，通过数据分析进行研究，拟定挖掘机总体工作的原理图，确定出总体参数，计算挖掘力及挖掘阻力，选择液压缸参数等，最终得出总体与工作装置设计，完成设计论文。理论与实践相结合，通过设计与计算确定总体设计方案及工作装置结构，具体如下：1、在工厂进行现场参观，获取原始数据；2、查阅资料：查找设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义，并对液压传动与气压传动、电工学与电子技术、工程机械设计等课程进行全面复习，掌握相关的基本理论。3、对工况进行分析，根据有关书籍上提供的经验数据和有关公式，计算出主要件的结构参数。4、根据计算结

10、果和有关图册，分析大量图纸，进行工作装置的结构设计。预期成果通过近期在工程机械厂内对挖掘机的参观及部分文献的参考，不难发现小型液压挖掘机是一种高科技含量的工程机械，而液压系统与工作装置是挖掘机中最重要也是技术含量要求最高的部分。液压挖掘机液压系统大致分为定量系统、变量系统和定量、变量复合系统三种类型。变量液压系统采用变量泵作为主泵，变量泵的特性是，在泵的变量范围内，流量可以随着外载荷的变化而调节，当外载荷较小时，流量增大，作业速度加快，功率基本上保持恒定，而外载荷大时，流量减小，转矩增大，以克服尖峰负荷，变量泵由于自身能够自动调节流量，所以可以比较充分利用变量系统的功率。故采用变量液压系统。挖

11、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，在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故采用整体式斗杆。动臂采用整体式弯动臂，这种动臂结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻，且有利于得到较大的挖掘深度。在保证工作装置与液压系统合理的情况下，也要尽可能的降低挖掘机整体造价，提高工作效率、经济性及可靠性。四、任务完成的阶段安排及时间安排 设计（论文）各阶段名称 日期（教学周）调研、收集资料、现场参观、撰写开题报告 3月4日3月29日设计上机 4月1日5月26日撰写毕业设计计算说明书 5月27日6月9日评审教师评阅 6月10日6月16日辩、评定毕业设计成绩，上报资料 6月17日

12、6月23日五、完成任务所具备的条件因素原始资料建筑，市政，供水，供气，供电及农林建设工程中级土壤沟槽、条形基础、基坑的开挖及适于反铲挖掘的其他作业。1额定斗容 0.15m32停机面最大挖掘半径 5650mm3最大挖掘深度 3750mm4最大卸载高度 3450mm5全液压传动，平台360回转6挖掘作业循环时间控制在 12s以内7斗杆挖掘力不得小于 20kN8铲斗挖掘力不得小于 23kN9整机重量应控制在 4t左右搜集的资料近几年来，中国小型挖掘机（小于13t）发展速度非常迅速，其中，国有和民营企业的小挖销售量约占整个小挖销售量的40%以上。特别是东南沿海经济发达地区，以及西部的四川和中部的河南、

13、陕西等省市小挖销售异常火爆。2005-2010年国内工程机械（小挖）销售情况 单位：台2005年2006年2007年2008年2009年2010年86211807724240286123719548354目前国内工程机械（小挖）销售前六位的企业序号企业名称年销量（台）1玉柴集团80002山河智能50003恒特重工45004南特集团15005柳工集团5006福田重工500小挖产品从价格和市场定位来看，又可将其分为三个不同的档次：高端、中端和本土产品（见下表）。三类不同档次的产品及其市场份额定位主要品牌主要特征市场份额主要需求地高端产品久保田、洋马、日立、小松、沃尔沃等品质好、价格高；以整机进口为

14、主，部分在国内合资或独资设厂20%大城市中端产品现代、斗山等质优价廉、性价比高；进入国内市场较早，市场基础好40%大城市为主，地级城市相对少低端产品玉柴、山河智能、福田柳工等价格最实惠；进口关键零配件，质量正在逐步完善40%地级城市为主徐工XE40小型挖掘机参数型号XE40铲斗容量立方米0.14标准铲斗宽度毫米652操作重量千克4,050机体尺寸（运输时）全长毫米5,455全宽毫米1,650全高毫米2,440最高离地间隙毫米350发动机型号4TNV88总排气量升2.19额定输出功率KW/rpm27.1/2200挖掘性能最大挖掘高度毫米5,317最大卸载高度毫米3,697最大挖掘深度毫米3,59

15、8最大垂直挖掘深度毫米3,330最大挖掘半径毫米5,810动臂偏移角度度最小回转半径毫米2,385后部最小回转半径毫米1,490铲斗挖掘力千牛23.2该小型挖掘机的特点及优点是：环保型高效低耗洋马发动机操控性能好、节能的负荷敏感液压系统坚固耐用、国际品质的底盘配置件和关键结构件主阀放置在驾驶室外侧，维护修理方便易行可翻转扶手箱，上下车方便。配重带防碰撞构造，可以有效的保护转台和机罩。强大的挖掘力和牵引力新型冷暖分离式大功率空调全封闭ROPS/FOPS驾驶室，格拉默豪华座椅，安全舒适标配液压破碎锤管路选配GPS卫星定位和远程监控系统现代R60-9挖掘机作业范围区分单位参数A最大挖掘半径mm6,1

16、50 A地面最大挖掘半径mm6,010B最大挖掘深度mm3,820 B最大垂直挖掘深度mm3,200C最大挖掘高度mm5,780D最大卸载高度mm4,050E最小回转半径mm2,350标准动臂：3,000mm 标准斗杆：1,600mm (1,900)主要参数项目单位参数整车重量Kg5660铲斗容量M30.07-0.24发动机型号洋马4TNV94L额定功率Kw/rpm39.0/2,200最大扭矩Kgf.m/rpm20.2/1,400液压作业压力Kg/cm2220额定流量L/min55X2+36.6作业性能最大回转速度rpm9.3最大行走速度Km/h2.2/4.0铲斗挖掘力Ton3.85斗杆挖掘力

17、Ton2.9最大牵引力Ton5.3爬坡能力度35外形尺寸总长mm5,900总宽mm1,920总高mm2,550尾部回转半径mm1,650轨距mm1,500轴距mm1,990拖链轮-1x2支重轮-5x2最小离地间隙mm380推土板（宽x高）mm1,920x350邮箱容量燃油箱L125液压油箱L70该小型液压挖掘机的特性及优点为：多样化便利设施的高品质驾驶空间性能更卓越，更加牢固的耐久性安全机构的简便维修体现顶尖技术的Rabex超强功率，卓越的性能和便利性玉柴YC50-8 液压挖掘机工作重量： 5240kg额定功率：27.1kW/2200rpm斗 容：0.18m3标准斗宽：732mm工作压力22.

18、5 MPa最大挖掘力30KN爬坡度58%行走速度4.0/2.4 km/h最大牵引力43KN平台回转速度12.5 rpm最大挖掘高度5598mm最大卸载高度3995mm最大挖掘深度3733mm最大挖掘半径5972mm最大地面水平挖掘距离5859mm最小回转半径2067mm推土铲最大铲斗深度318mm推土铲最大抬起高度291mm最大挖掘力30KN该小型液压挖掘机的特点及优点是：采用新型液压系统，整机的操作性能更好、挖掘力更大；整机性能全面提升，更可靠，作业效率更高；保持高效作业性能的前提下，提高精细作业能力；多种工作装置可供选择，灵活高效，操作便捷；动力强劲，低耗环保，适用于乡村道路建设、开渠挖沟

19、、园林等小型作业工程；多种工作装置可供选择，满足不同工况的需求。六、参考文献1. 单斗液压挖掘机（教材）2. 液压传动（教材）3. 同济大学主编.单斗液压挖掘机.北京：中国建筑工业出版社，1986. 4. 高秀华等.金属结构.北京：化学工业出版社，2006. 5. 刘希平.工程机械构造图册.北京：机械工业出版社，1987 6. 孔德文等.液压挖掘机.北京：化学工业出版社，2007. 7. 阎书文.机械式挖掘机设计.北京：机械工业出版社，1991. 8. 陈育仪.工程机械优化设计.北京：中国铁道出版社，1987. 9. 张铁.液压挖掘机结构原理及使用.山东：石油大学出版社，2002.10. 纪云

20、锋 陈欠根 吴烨.挖掘机电子控制新思路.建筑机械，200411. 栾新立 张建宗.浅谈液压挖掘机的节能技术及发展趋势,矿山机械，200112. 杨培元.液压系统设计简明手册. 北京:机械工业出版社13. 赵显新.工程机械液压传动装置. 沈阳:辽宁科学技术出版社14. 颜荣庆.现代工程机械液压与液力系统. 北京:人民交通出版社15. 濮良贵.纪名刚主编.机械设计.第八版. 北京:高等教育出版社,2006.指导教师意见及建议：指导教师签名： 年 月 日注：1、课题来源分为：国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目；课题类型分为：工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。 2、此表由学生填写，交指导教师签署意见后方可开题。