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

-=U=EF,l^FGJ^EG,“产GN仏—FN.q=NQ

l\-CF.^=CD,lr=CB」.=DF.G=BF

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a严厶EFG,a$ui厶GNF9j・厶GFN.5=厶NQF.a.uNFQ

a.乂BCF,a3yDFC

Oua-■v7CP

煤8:

1

参数分类

机沟tfl成

常斗斗杆

M骨机什

样号宏文

Wft»«c

K：

=-^-,G

K*=^-»G*

er,■^C2Fjb=W

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K|詁几

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g—卅杆丘

G—动rr长r—动z他

•&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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备—

铲斗液压缸

A

L,

$E・V

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

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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