反铲挖掘机工作装置设计.docx
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反铲挖掘机工作装置设计
机械设计说明书
设计题目:
反铲单斗液压挖掘机工作装置设计
学号:
20097588指导老师:
冯鉴
09工程机械2班
一.机械原理设计任务书2
§1」设计题目简介2
§1.2设计任务2
二・单斗液压挖掘机结构简图3
3.设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图)5
§3」单斗液压挖掘机结构儿何参数详表5
§3.2斗容量为0.25m3的小型单斗液压挖掘机结构详细参数6
4.确定下列所给满足要求的结构参数8
§4.1确定长度与角度结构参数8
§4.2斗形参数的选择11
§4.3最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘高度
§431最大挖掘深度11
§4.3.2最大挖掘半径12
§433最大卸载高度13
动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定14
§5.1动臂液压缸15
§5.2斗杆液压缸15
§5.3铲斗液压缸16
六七
机构自由度分析17
仿真18
机构搭建图
19
20
参考文献:
般新资料推移
完成日期:
—年—月—R指导教师
1.机械原理设计任务书
学生姓名舒康班级09工机2班学号
设计题目:
反铲液压挖掘机工作装置设计
§1」设计题目简介
反铲式是我们见过最常见的,向后向下,强制切土。
可以用于停机作业面以下的挖掘,基本作业方式有:
沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘.保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。
反铲装置是液圧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。
设计数据与要求
题号
铲斗容
量
挖掘深度
挖掘髙度
挖掘半径
卸载高度
铲斗挖掘力
B
0.38m3
4.Im
7.35m
6.77m
4.95m
54.86KN
§1.2设计任务
1、绘制挖掘机工作机构的运动简图,确定机构的自山度,对其驱动油缸在儿种工况下的运动绘制运动线图;
2、根据所提供的工作参数,对挖掘机工作机构进行尺度综合,确定工作机构各个杆件的长度;
3、用软件SOLIDWORKS对执行机构进行运动仿真,并画岀输出机构的位移、速度、和加速度线图。
4、编写设计计算说明书,其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。
5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。
2.单斗液压挖掘机结构简图
•来仁
3.设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图)
§3」单斗液压挖掘机结构几何参数详表
序铲机枚自身几何務数表«24
构粗成
参收分矣
铲斗
4杆
动W
n体
符号您义
朋蛤禺数
g=Q乙如MH,g=mn山严HN,AQK.—el,=KH
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煤8:
1
参数分类
机沟tfl成
常斗斗杆
M骨机什
样号宏文
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K:
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g—卅杆丘
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•&挂式S・J
各工作液压缸运动空数的意义见表2・5。
反铲工作港压缸运动參融表«25
液压缸甘先
^&£文
的时力"
全/«K*全搐力行
全伸长皮全伸力皙
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铲斗液压缸
A
L,
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人,B——11.
人IIQ
5
§3.2斗容量为0.25m3的小型单斗液压挖掘机结构详细参数
1・动臂液压缸厶min=1109mm,厶max=1774ITUn,行程665mm
斗杆液压缸Limin-1116.8mm,Lamax-1787mm,行程670mm铲斗液丿I'.缸Limin~850mm,Lsmax二136Omm,仃程51Omm
2.选择主参数:
标准斗容量(mJ为0.25m\机器重量(t)为6t。
发动机功率(kw)取为59kwo
3.主要参数:
反铲最大挖掘深度(m)5.8mo最大挖掘半径(m)6m。
最大挖掘力不少于(KN)160KNo工作次数(s)4-7次/min。
名称
代号
值/mm
动臂长度CF
h
3400
斗杆长度FQ
12
1700
铲斗长度QV
900
动臂一底盘钱点C与动臂油缸一底盘狡点P间垂直距离
462.7
动臂一底盘钱点C与动臂油缸一底盘狡点P间距离
1,
534.3
动臂一底盘钱点C与斗杆油缸一斗杆油缸下狡点D间距离
2163
动臂一底盘钱点C与动臂油缸一动臂油缸上狡点B间距离
1459
动臂一斗杆油缸狡点D与动臂一斗杆狡点F间距离
1470.6
斗杆一斗杆油缸狡点E与动臂一斗杆狡点F间距离
£
409
斗杆一铲斗油缸狡点G与动臂一斗杆狡点F间距离
Ao
871
斗杆一斗杆油缸钱点E斗杆一铲斗油缸狡点G与动臂间距离
608
结构差异,实为同一点
缺省
摇杆一铲斗油缸较点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离
407
摇杆一铲斗油缸较点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离
407
斗杆一铲斗油缸狡点G与摇杆一斗杆狡点N间距离
£
1249
动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆狡点N间距离
1400
动臂一底盘铁点C与左履带中心I点间距离
缺省
结构上无此尺寸
缺省
动臂一底盘狡点C与右履带中心T点间距离
缺省
动臂一斗杆狡点F与铲斗一斗杆较点Q间距离
◎
1700
铲斗一斗杆狡点Q与摇杆一斗杆较点N间距离
bi
300
动臂油缸一动臂钱点B与动臂一斗杆狡点F间距离
/22
2148
结构上无此尺寸
缺省
连杆一铲斗狡点K与铲斗一斗杆狡点Q间距离
•
270
连杆一铲斗狡点K与铲斗齿尖V间距离
1206
结构上无‘26、‘27、‘28
缺省
摇杆一铲斗油缸狡点M/H与连杆一铲斗较点K间距离
/西
352
动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆较点N间距离
350
结构上无131-137尺寸
缺省
C点X坐标投影J与右履带中心T点间距离
缺省
C点X坐标投影J与左履带中心I点间距离
缺省
结构上无此尺寸
缺省
下动臂长CZ
1407
上动臂长ZF
2321
动臂弯角&CZF二?
=130°
ai
130°
NBCF=a2=20。
ZDFC=a3=29.3。
ZEFG二勺“00。
ZGNF二乙=15°
ZGFN二&§=60°
ZNQF=a7=3°
ZNFQ=«8=T
结构上无色尺寸
ZKQV=a10=110°
NCAP=an=60°
ZACP=an=309
4.确定下列所给满足要求的结构参数
题号
铲斗容量
挖掘深度
挖掘高度
挖掘半径
卸载高度
铲斗挖掘力
B
0.38m3
4.1m
7.35m
6.77m
4.95m
54.86KN
§4」确定长度与角度结构参数
整机质量计算公式:
m=2179+20147q=2179+20147*0.38=9834.86kg=9.835t
以液压挖掘机的机重为指标,用以下公式近似确定:
线尺寸参:
L严也施,
根据设计中小型液压挖掘机结构参数,利用上述公式通过matlab可解得以下结构参数:
名称
代号
值/m
动臂长度CF
4.009
斗杆长度FQ
12
2.0045
铲斗长度QV
1.0612
动臂一底盘狡点C与动臂油缸一底盘狡点P间垂直距离
厶
0.5456
动臂一底盘铁点C与动臂油缸一底盘狡点P间距离
/、
0.63
动臂一底盘狡点C与斗杆油缸一斗杆油缸下狡点D间距离
2.5504
动臂一底盘铁点C与动臂油缸一动臂油缸上狡点B间距离
1.7203
动臂一斗杆油缸狡点D与动臂一斗杆狡点F间距离
1.734
斗杆一斗杆油缸狡点E与动臂一斗杆狡点F间距离
£
0.4823
斗杆一铲斗油缸狡点G与动臂一斗杆狡点F间距离
Ao
1.027
斗杆一斗杆油缸较点E斗杆一铲斗油缸铁点G与动臂间距离
0.7169
结构差异,实为同一点
In
缺省
摇杆一铲斗油缸狡点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离
0.4799
摇杆一铲斗油缸狡点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离
0.4799
斗杆一铲斗油缸狡点G与摇杆一斗杆狡点N间距离
1.4727
动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆狡点N间距离
1.6507
动臂一底盘狡点C与左履带中心I点间距离
*
缺省
结构上无此尺寸
缺省
动臂一底盘狡点C与右履带中心T点间距离
,】9
缺省
动臂一斗杆狡点F与铲斗一斗杆较点Q间距离
<20
2.0045
铲斗一斗杆狡点Q与摇杆一斗杆狡点N间距离
1.
0.3537
动臂油缸一动臂狡点B与动臂一斗杆狡点F间距离
*
«■«■
2.5327
结构上无此尺寸
缺省
连杆一铲斗铁点K与铲斗一斗杆狡点Q间距离
•
0.3184
连杆一铲斗狡点K与铲斗齿尖V间距离
1.422
结构上无‘26、‘27、^28
缺省
摇杆一铲斗油缸钱点M/H与连杆一铲斗狡点K间距离
0.415
动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆狡点N间距离
0.4127
结构上无‘31~‘37尺寸
缺省
C点X坐标投影J与右履带中心T点间距离
缺省
C点X坐标投影J与左履带中心I点间距离
◎
缺省
结构上无此尺寸
缺省
下动臂长CZ
g
1.659
上动臂长ZF
2.7367
动臂弯角NCZF=«,=130°
ai
130°
ZBCF二①=209
NDFC=a3=29.3。
ZEFG二勺=100。
ZGNF=ZGFN=条=60°
ZNQF=a7=3°
ZNFQ=tz8=T
结构上无5尺寸
ZKQV二如=110。
NCAP=a}l=60°
^ACP=a12=30°
§4.2斗形参数的选择
斗容量q、平均斗宽B、转斗挖掘半径R和转斗挖掘装满转角20(取为95°)
四者之间有以下儿何关系:
q=0.5xR2B(2(p-sin2(p)Ks
取土壤松散系数Ks=1.25,R=0.95,得B=1.018米。
转斗挖掘时挖掘米容积的土所耗的能量称为转斗挖掘能容量,用符号E表示。
取心=1.5,心=0.07。
得:
吓-以叱+他0-1.5血20+20曲卩587K
B-2卩-sin2©32卩-sin2©
式中,K——挖掘过程中考虑其它因素影响的系数。
§4.3最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘
高度的计算
§4.3.1最大挖掘深度
当下置动臂油缸全缩,FQV三点同一直线并处于垂直状态时得到最大挖掘深度,如图2-49:
®2-49最大挖掘棵度时动秤机
构计算简图
最大挖掘深度:
Hlmax=/3+/2+/Ising】-q丽+色)一人sina】i-YA
解得:
q„iin=43°
§432最大挖掘半径
当斗杆油缸全缩,FQV三点同一直线,而且乙.=0时可以得到停机面最大挖掘半
径,如图2・7:
图2-30最大挖掘半径及停机面最大挖掘半径计算简图
^omax=Xy=、临—Yc+厶o=6.77m
Yc=h=1.3498m,/^=CV=^//,2+(/2+/3)2-2xl{x(/2+/3)xcos(a32max-a8)
得到:
Smf133.6°
§4.3.3最大卸载高度
当下置动臂油缸全伸,斗杆油缸全缩,QV连线处于垂直状态时,可得到最大卸载高度,如图2-48:
图2-48城大卸载高度时动
臂机构计算简图
臂较离地高度系数kno范围0.6-0.7取kno=0.63,所以根据线尺寸参数:
L,-kn\/G得:
臂较离地高度h=1.3498m,
Ya=h-Z4=1.3498-0.5456=0.8402m
最大卸载高度:
^smax=ri+/5sinaI1+/1Sin(<9lmax-«n-«2)+/2sin(a32max+^lmax-a„-a2-180°)-/3
解得:
九『1516°
最大挖掘高度
^max=+4sinaw+人SilUGmsix__色)+(,2+)Sin(Qf32max+Oimiix_Qg_务]_色一)
=6.4lm
5.动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定
§5」动臂液压缸
计算厶W摆角范围叽
0
171mm■
■/^?
+/5Isofa
="C氏=arccos(—
mai:
动臂的摆角范围为
/+/2-7a…
=^^C52=arcc0s(2x/tX/$
max=icai■°imm
山上面公式解得:
厶max二2.294m,厶niin=l・33m,®max=l°&6°
§5.2斗杆液压缸
(三)斗杆的运动
斗杆的位置参数是厶和乙的函数。
这丄暂先
图2・25斗杆机袴整角计第简图
I寸论斗杆相对于动臂的运动,也即只考虑£的影响。
斗杆机构与动臂机构性质类似,它们都&四逹杆机构,但连杆优不同。
任动臂机构中一用4AG,在斗杆机构中一叙,<儿。
1•斗杆相对于动臂的摆角范出血“小
由图2・25得
^min=360<)-Q,4-«6-Q,S-«32max-^=36-r,&2nuu=120°由上面公式可计算出:
Limin=L374m,厶maxP.OWm,05^=83.9°
§5.3铲斗液压缸
综合以往经验并对铲斗机构加以估算,因此给出妙'135°,在AGIVIN中,由余弦定理可计算得到:
厶min=1.183m,厶max=1.844m
6.机构自由度分析
计算机构自由度:
F=3n-2PL-PH
活动构件数h=11,单狡数13个,复狡1个,所以,巴=15,匕=0,由上面公式
可得自由度F=3X11—2X15=3
.^-2K3彥”二翼叫•金&玄Avi«y"1KJ^y占…養APE集-•)彥•皐川叫=好吕邑好nsBV£・工果?
审:
番二£&-・$-<«<-wi3步“•±粉氏*£:
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X®I;Fd医一^6X•冈乜CD1-saw3—Rss.iis-oss-o^x
八.机构搭建图
九.心得和体会
一开始拿到题□后,脑袋一片空口,由于图书馆此书藏量有限,很多书已被借完,然后我在网上找到有关单斗液圧挖掘机的教材和一些相关论文,然后详细研究,再加以总结,不断改进,终究在很多努力下,得以解出具体参数,接下来运用solidworks进行仿真,我在仿真上耗费了大量时间,终于能够实现其运动,但是最终遇到了一个大难题,运用solidworks中的motion插件进行运动分析时,始终出现错误,软件所列出的错误,而运动模型中根本不具有,因为模型的仿真运动并没有出现任何问题,我尝试过很多次,向很多同学请教过,但是还是没结果,因此未能画岀输岀机构的位移、速度、和加速度线图,请冯老师多多指教!
十.参考文献:
1.同济大学,太原重型机械学院等编著.单斗液压挖掘机.北京:
中国建筑工业出版社.1983:
P59-111
2.唐金松主编.简明机械设计•手册.上海:
上海科学技术出版社.2000:
P41-73
3•冯鉴,何俊,雷智翔主编.机械原理.四川:
西南交通大学出版社.
200&P11-18
4.何挺继,朝勇主编.现代公路施工机械.北京:
人民交通出版社.1999:
P66-74