畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)

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1、 摘要 挖掘機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多行業(yè)被廣泛地采用，如工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利電氣工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等等行業(yè)的機(jī)械化施工中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般工程施工中約有60%的土方量、露天礦山中80%的剝離量和采掘量是用挖掘機(jī)完成的。 隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入和在建設(shè)中挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，挖掘機(jī)市場(chǎng)有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國(guó)國(guó)情所需要的挖掘機(jī)是十分必要的。而工作裝置作為挖掘機(jī)的重要組成部分，對(duì)其研究和控制是對(duì)整機(jī)開發(fā)的基礎(chǔ)。 反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外對(duì)其運(yùn)動(dòng)分析、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都作了較深入的研究，具體的設(shè)計(jì)特別是中

2、型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于成熟。而關(guān)于反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)也很多，這些文獻(xiàn)從不同側(cè)面對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。而筆者的設(shè)計(jì)知識(shí)和水平還只是一個(gè)學(xué)步的孩子，進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)是為對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)有一些大體的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力。 目錄 摘要... 1 引言... ..3 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 4 1.1 工作裝置構(gòu)成 4 1.2動(dòng)壁及斗桿的結(jié)構(gòu)形式 6 1.3動(dòng)壁油缸與鏟斗油缸的布置 6 1.4鏟斗與鏟斗油缸的鏈接方式 7 1.5鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 8 1.6原始幾何參數(shù)的確定 9 第二章 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 10 2.1

3、 動(dòng)壁運(yùn)動(dòng)分析 10 2.2 斗桿運(yùn)動(dòng)的分析 12 2.3 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析 13 第三章 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3.1 斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.2 動(dòng)壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算 22 參考文獻(xiàn) 25 致謝... 26 引言 當(dāng)前，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。我國(guó)己經(jīng)形成了挖掘機(jī)的系列化生產(chǎn)，近年來(lái)還開發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國(guó)外的一些先進(jìn)的生產(chǎn)率較高的挖掘機(jī)型號(hào)[1]。 由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界

4、上許多國(guó)家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。目前，單斗液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能;應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性;電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化;提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，單斗液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢(shì): （1）向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。 （2）更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。 （3）不斷提高可靠性和使用壽命。 （4）工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴(kuò)大。 （5）由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。 （6）液壓系統(tǒng)不斷

5、改進(jìn)，液壓元件不斷更新。 （7）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。 （8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。 （9）人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 1.1 工作裝置構(gòu)成 1-斗桿油缸；2- 動(dòng)臂； 3-油管； 4-動(dòng)臂油缸； 5-鏟斗； 6-斗齒； 7-側(cè)板； 8-連桿； 9-曲柄： 10-鏟斗油缸； 11-斗桿. 圖1-1 工作裝置組成圖 圖2-1為液壓挖掘機(jī)工作裝置基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗5、連桿9、斗桿11、動(dòng)臂2、相應(yīng)的三組液壓缸1, 4,10等組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(dòng)臂缸的伸縮，

6、使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮，動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)[2]。 在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系

7、統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過程僅為一般的理想過程。 挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。根據(jù)以上特征，可以對(duì)工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化處理[3]。則可知單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看成是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸及連桿機(jī)構(gòu)組成的具有三自由度的六桿機(jī)構(gòu)。 1-鏟斗；2-連桿；3-斗桿；4-動(dòng)臂；5-鏟斗油缸；6-斗桿油缸 圖1-2 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 挖掘機(jī)的工作裝置經(jīng)上面的簡(jiǎn)化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是3，即工作裝置的幾何位置由動(dòng)臂油

8、缸長(zhǎng)度L1、斗桿油缸長(zhǎng)度L2、鏟斗油缸長(zhǎng)度L3決定，當(dāng)L1、L2、L3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定[2]。 1.2 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式 動(dòng)臂采用整體式彎動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)形式在中型挖掘機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕[3]，且有利于得到較大的挖掘深度。 斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)采用整體式斗桿。在本設(shè)計(jì)中由于不需要調(diào)節(jié)斗桿的長(zhǎng)度，故也采用整體式斗桿。 1.3 動(dòng)臂油缸與鏟斗油缸的布置 動(dòng)臂油缸裝在動(dòng)臂的前下方，動(dòng)臂的下支承點(diǎn)（即動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)）設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面[3]，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。

9、油缸活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響動(dòng)臂的下降幅度。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。具體結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。 2 1 1-動(dòng)臂； 2=動(dòng)臂油缸 圖1-3 動(dòng)臂油缸鉸接示意圖 1. 4 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式 本方案中采用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。該布置中1桿與2桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。如圖1-4所示

10、。 2 3 3 1-斗桿； 2-連桿機(jī)構(gòu)； 3-鏟斗 圖1-4 鏟斗連接布置示意圖 1.5 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求[1]： （1） 有利于物料的自由流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 （2） 要使物料易于卸盡。 （3） 為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于4，大于50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。 綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。 圖1-5 鏟斗 斗齒的安裝連接

11、采用橡膠卡銷式，結(jié)構(gòu)示意圖如1-6所示。 1-卡銷 ；2 –橡膠卡銷；3 –齒座； 4–斗齒 圖1-6卡銷式斗齒結(jié)構(gòu)示意圖 1.6 原始幾何參數(shù)的確定 （1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比K1 由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，K1取在1.5～2.0之間，初步選取K1=1.8，即l1/l2=1.8。 （2） 鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇 斗容在任務(wù)書中已經(jīng)給出：q =0.9 m3 按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選：l3=1550mm （3） 工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇 各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力和“三化“要求。初選動(dòng)臂油缸內(nèi)徑D1=140m

12、m，活塞桿的直徑d1=90mm。斗桿油缸的內(nèi)徑D2=140mm，活塞桿的直徑d2=90mm。鏟斗油缸的內(nèi)徑D3=110mm，活塞桿的直徑d3=80mm。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程L1=1000mm，斗桿油缸行程L2=1450mm，鏟斗油缸行程L3=1250mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比：λ1=λ2=λ3=1.6。參照任務(wù)書的要求選擇工作裝置液壓系統(tǒng)的工作壓力P=31.4MPa，閉鎖壓力Pg=34.3MPa。 第二章 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2.1 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析 動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度； A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的

13、上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn). 圖2-1 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖 φ1是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。如圖3-1所示，圖中動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。 則有： 在三角形ABC中： L12 = l72+l52-2COSθ1l7l5 θ1 = COS-1[（l72+l52- L12）/2l7l5] 在三角形BCF中： L222 = l72+l12-2COSα20l7l1 α20 =

14、 COS-1[（l72+ l12- L222）/2l7l1] 由圖3-3所示的幾何關(guān)系，可得到α21的表達(dá)式： α21 =α20+α11-θ1 當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)α21為負(fù)，否則為正。 F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1cosα21 YF = l30+l1Sinα21 C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5COSα11 = l30 YC = YA+l5Sinα11 動(dòng)臂油缸的力臂e1

15、 e1 = l5Sin∠CAB 顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。這時(shí) L1 = Sqr（l72-l52）= l5 Sqr（δ2-1） θ1 = cos-11/δ 2.2 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析 如下圖3-2所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)是l2，這里只討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，即只考慮L2的影響。 D-斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F-動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)； E-斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； θ斗桿擺角. 圖2-2 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)

16、算簡(jiǎn)圖 在三角形DEF中 L22 = l82+ l92-2COSθ2l8l9 θ2 = COS-1[（L22- l82-l92）/2l8l9] 由上圖的幾何關(guān)系知 φ2max =θ2 max-θ2min 則斗桿的作用力臂 e2 =l9Sin∠DEF 顯然斗桿的最大作用力臂e2max = l9，此時(shí)θ2 = COS-1（l9/l8），L2 = sqr（l82-l92） 2. 3 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析 鏟斗相對(duì)于XOY坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖3-5所示，G點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)Q點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，v點(diǎn)為鏟斗

17、的斗齒尖點(diǎn)，K點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N點(diǎn)為曲柄與斗桿的鉸點(diǎn)，M點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)，H點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)[1]。 （1） 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i 利用圖3-3，可以知道求得以下的參數(shù)： 在三角形HGN中 α22 = ∠HNG = COS-1[（l152+l142-L32）/2l15l14] α30 = ∠HGN = COS-1[（L32+ l152- l142）/2L3l14] α32 = ∠HNG = π - ∠MNG - ∠MGN =π -α22-α30 在三角形HNQ中 L272 = l132 + l212 + 2COSα23l13l21 ∠NHQ = CO

18、S-1[（l212+l142- L272）/2l21l14] 在三角形QHK中 α27 = ∠QHK= COS-1[（l292+l272-L242）/2l29l27] 在四邊形KHQN中 ∠NHK=∠NHQ+∠QHK 鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1 r1 = l13Sinα32 連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2 r2 = l13Sin ∠NHK 而由r3 = l24，r4 = l3 有[3] 連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 i = （r1r3）/（r2r4） 顯然3-17式中可知，i是鏟斗油缸長(zhǎng)度L2的函數(shù)，用L2min代入可得初傳動(dòng)比i0，L2max代入可得終傳動(dòng)比iz。 （2）

19、 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角φ3 鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 φ3 =α7+α24+α26+α10 其中，在三角形NFQ中 α7 = ∠NQF= COS-1[（l212+l22- l162）/2l21l2] α10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。 當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度L3分別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角θ3max和θ3min，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:φ3 = θ3-θ3min 鏟斗的擺角范圍: φ3 = θ3max-θ3min 圖2-3 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 （3） 斗齒尖運(yùn)動(dòng)分析 見圖3

20、-4所示，斗齒尖V點(diǎn)的坐標(biāo)值XV和YV，是L1 、L2、L3的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV和YV的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下: 由F點(diǎn)知： α32= ∠CFQ= π –α3-α4-α6-θ2 在三角形CDF中：∠DCF由后面的設(shè)計(jì)確定，在∠DCF確定后則有： l82 = l62 + l12 - 2COS∠DCFl1l6 l62 = l82 + l12 - 2COSα3l1l8 α3 = COS-1（l82+l12–l62）/2l1l8 在三角形DEF中 L22 = l82 + l92 - 2COSθ2l8l9 圖2-4 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖1

21、 則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角θ2 θ2 = COS-1[（l82+l92- L22）/2l8l9] α4、α6在設(shè)計(jì)中確定。 由三角形CFN知： l28 = Sqr（l162 + l12 - 2COSα32l16l1） 由三角形CFQ知： l23 = Sqr（l22 + l12 - 2COSα32l2l1） 由Q點(diǎn)知： α35= ∠CQV= 2π–α33-α24-α10在三角形CFQ中： l12 = l232 + l32 - 2COSα33l23l3 α33 = COS-1[（l232+l32- l12）/2l23l3] 在三角形NHQ中： l132 = l272 +

22、l212 - 2COSα24l27l21 α24 =∠NQH=COS-1[l272+l212 -l132）/2l27l21] 在三角形HKQ中： l292 = l272 + l242 - 2COSα26l27l24 α26 =∠HQK=COS-1[l272+l242–l292）/2l27l24] 在四邊形HNQK： ∠NQH =α24 +α26 α20 = ∠KQV，其在后面的設(shè)計(jì)中確定。 在列出以上的各線段的長(zhǎng)度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值 第三章 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成

23、，要確定這些結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，必須要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。要進(jìn)行受力分析，首先要確定結(jié)構(gòu)件最不利的工況，并找到在該工況下的最危險(xiǎn)截面，以作為受力分析的依據(jù)。但結(jié)構(gòu)件不利的工況和在該工況下的危險(xiǎn)截面往往不止一個(gè)，這需要分別計(jì)算出 尺寸再綜合考慮，取其中的最大值作為最后的確定尺寸。 3.1斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1.1 斗桿的受力分析受力分析和以往的實(shí)驗(yàn)表明，在鏟斗進(jìn)行挖掘時(shí)，產(chǎn)生最大彎矩的工況可能有以下兩個(gè)： 第一工況位置，其滿足以下條件： （1） 動(dòng)臂處于最低位置。即動(dòng)臂油缸全縮。 （2） 斗桿油缸的力臂最大。 （3） 鏟斗齒尖在動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)的連線上。 （4） 側(cè)

24、齒挖掘時(shí)受到橫向力Wk的作用 第二工況位置，該工況滿足以下條件： （1） （2） 動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸對(duì)鉸點(diǎn)A的最大作用力臂e1max處。 （3） 斗桿油缸的力臂最大。 （4） 鏟斗齒尖位于F、Q兩鉸點(diǎn)的連線上或鏟斗位于最大挖掘力位置。 （5） 挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗，無(wú)側(cè)向力 Wk的作用。+ 3.1.2 結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 由前面的受力分析知，在第二工況下所受到的彎矩和內(nèi)力均要比第一工況中要小，故用第一工況進(jìn)行計(jì)算，而用第二截面校核。 由圖5-9、圖5-10、圖5-11知在通過F點(diǎn)且與斗桿下底板垂直的截面所受到的應(yīng)力最大，是危險(xiǎn)截面。故首先要對(duì)該截面進(jìn)行計(jì)算，然后以此為基礎(chǔ)再求解其

25、它尺寸。 3.1.2.1 斗桿寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的選取 由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和其它同斗容機(jī)型的測(cè)繪，處取斗桿的寬度。 挖掘機(jī)所用鋼板的厚度在我國(guó)一般為，初選底板厚度如圖3-1所示。 斗桿主要受到彎矩的作用，故要找出斗桿中的最大彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù) 12為斗桿側(cè)板的厚度； 14為斗桿底板和頂板的厚度；275為底板的寬度 圖3-1 在挖掘機(jī)中選用的結(jié)構(gòu)鋼材一般為16Mn，其有足夠大的屈服極限和良好的機(jī)械性能。其屈服極限。在斗桿中取安全系數(shù)，則斗桿的許用安全應(yīng)力為： 3.2動(dòng)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 同斗桿的受力分析及結(jié)構(gòu)計(jì)算一樣，在動(dòng)臂的計(jì)算 。首先還是要分析計(jì)算動(dòng)臂可

26、能出現(xiàn)應(yīng)力的工況，并找出在該工況下的危險(xiǎn)截面，并計(jì)算出其尺寸。以此為基礎(chǔ)，就可以計(jì)算出動(dòng)臂上的其他尺寸。 3.2.1第一工況位置 在這工況下可能在動(dòng)臂上出現(xiàn)最大載荷，其應(yīng)滿足以下條件： （1） 動(dòng)臂油缸全縮。 （2） F、Q、V在同一條直線上，其連線與X軸垂直。 （3） 鏟斗挖掘時(shí)斗邊點(diǎn)遇到障礙。 該工況也就是最大挖掘深度工況，具體工作裝置簡(jiǎn)圖如5-16所示。 NH-搖臂；HK-連桿；C-動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；A -動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；B-動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)；F-動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D-斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E-斗桿下鉸點(diǎn)；G-鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q-鏟斗下鉸點(diǎn)；K-鏟斗上鉸點(diǎn)；V-鏟斗斗齒尖 圖3-2

27、 第一工況位置工作裝置簡(jiǎn)圖 3.2.2 第二工況位置： 在此工況下，動(dòng)臂所受到的應(yīng)力也可能最大，其滿足以下條件： （1） 動(dòng)臂油缸的作用力臂最大 （2） 斗桿的作用力臂最大 （3） 鏟斗進(jìn)行正常挖掘，鏟斗位于最大挖掘力位置。 此時(shí)的工作裝置的簡(jiǎn)圖如圖5-18所示：， NH-搖臂；HK-連桿；C-動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；A -動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；B-動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)；F-動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D-斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E-斗桿下鉸點(diǎn)；G-鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q-鏟斗下鉸點(diǎn)；K-鏟斗上鉸點(diǎn)；V-鏟斗斗齒尖 圖3-3 第二工況位置下工作裝置簡(jiǎn)圖 3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算： 由以上兩工況的內(nèi)力圖分析和比較知，應(yīng)用第Ⅱ工

28、況作為設(shè)計(jì)，而用第Ⅰ工況作為校核。 由內(nèi)力彎矩圖分析知在動(dòng)臂拐點(diǎn)處所受到的應(yīng)力可能最大，是危險(xiǎn)截面。因此我們首先要選擇該截面進(jìn)行計(jì)算，然后再以此為基礎(chǔ)，就可以用作圖法或計(jì)算得到動(dòng)臂的其它結(jié)構(gòu)尺寸。 幾個(gè)主要參數(shù)的預(yù)選： 由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，初步選擇： 動(dòng)臂底板的寬度： 底板的厚度： 由于上動(dòng)臂所受的載荷較大，故取上動(dòng)臂側(cè)板的厚度，而下動(dòng)臂所受的載荷相對(duì)要小，故選擇下動(dòng)臂的側(cè)板的厚度為。： 動(dòng)臂鋼板所選的材料為挖掘機(jī)中所普遍采用的低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn，其屈服極限，并初選安全系數(shù) 則許用應(yīng)力： 應(yīng)力的計(jì)算與危險(xiǎn)截面尺寸的求?。? 危險(xiǎn)截面所圍成的面積： 危險(xiǎn)截面所

29、圍成的有效面積： 則上動(dòng)臂的有效面積： 下動(dòng)臂的有效面積： 上動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)Y軸的慣性矩 下動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)Y軸的慣性矩 上動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)Z軸的慣性矩 同理下動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)Z軸的慣性矩 上動(dòng)臂危險(xiǎn)截面中 拉伸軸向力所產(chǎn)生的正應(yīng)力： 彎曲所產(chǎn)生的正應(yīng)力： 由應(yīng)力的合成有： 解之： 得到危險(xiǎn)截面的尺寸后，利用作圖法結(jié)合前面計(jì)算出來(lái)的尺. 參考文獻(xiàn) [1] 同濟(jì)大學(xué)，太原重型機(jī)械學(xué)院.單斗液壓挖掘機(jī)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1980：40-86，264-274. [2] 金海薇. 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置CAD/CAM研究[D].

30、沈陽(yáng)： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2001 [3] 劉本學(xué).液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的有限元分析[D].西安： 長(zhǎng)安大學(xué)，2003，2 [4] 高衡、張全根主編.液壓挖掘機(jī) [M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981.8，74 -75 [5] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 連接與緊固[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 [6] 胡傳鼎編著. 機(jī)械制圖畫法范例[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.1，221-227 [7] 楊曉輝主編. 簡(jiǎn)明機(jī)械實(shí)用手冊(cè) [M].北京：科學(xué)出版社，2006.8，680-689 [8] 范厚軍主編.緊固件手冊(cè) [M].南昌：江西科學(xué)出版社，2004.1

31、，357-640 致謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師劉守法老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，劉老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了老師悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是他廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。 在論文的寫作過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，同時(shí)還到許多在工作過程中許多同事的支持和幫助，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。 感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我的良師益友。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝！ 27