挖掘机工作装置设计论文Word文档格式.docx

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挖掘机工作装置设计

摘要

单斗挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。

随着国家经济建设的不断发展，单斗挖掘机的需求量将逐年大幅度增长，其在国民经济建设中的作用将越来越显著。

　　反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式，在工程实践中占有重要地位。

反铲装置的各组成部分有各种不同的外形，要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。

然后，在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算，确定各机构尺寸参数，确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。

　　挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标，对其分析计算至关重要。

挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关，而挖掘力则受众多条件限制，危险工况的分析是关键点。

在挖掘力分析基础上，可对各杆件铰接点进行力的分析计算，并进行机构设计的合理性分析。

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关键词：

单斗挖掘机运动分析力学分析强度校核

SINGLEDOUEXCAVATORWORKINGDEVICEDESIGN

ABSTRACT

Singledouexcavatorisakindofimportantengineeringmachinery,widelyusedinbuilding,roadengineering,waterconservancyconstruction,forestrydevelopment,portconstruction,nationaldefenseconstructionandtheconditionsoffortificationsminingextractionindustries,toreduceheavymanuallabor,ensuringthequalityofprojectsandacceleratetheconstructionspeedandimprovelaborproductivityplaysanenormousrole.Withthecontinuousdevelopmentofnationaleconomicconstruction,douexcavatordemandwillgreatlyincreaseyearbyyear,itsroleinnationaleconomicconstructionwillbecomemoreandmoreprominent.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

Theshoveldeviceasasingledouexcavatorworkingdeviceofamainforminengineeringpractice,occupiesanimportantposition.Theshoveldeviceofeachcomponentofavarietyofdifferentshape,accordingtothedesignrequirementsfortheselectionofthestructureandkinematicanalysis.Then,onthebasisoftherequirementofmotionparametersofvariousinstitutions,organizations,anddeterminethesizeparametersoftheshoveldevicedetermineexcavatorbasicoutline.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

Diggingresistanceandminingforceistheimportantmeasureexcavatorperformanceparametersonitsperformanceindexanalysis,calculationisveryimportant.Diggingresistancewithminingandrelevantparameters,andtheirsizebynumerousdigpowerrestriction,dangerousworkingconditions,theanalysisisthekeypoint.Basedontheanalysisintheminingstrengthtothebaronthepivotalpointforcecalculationandanalysisandtherationalityofthedesign.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

KEYWORDS:

Singledouexcavator,Motionanalysis,Mechanicsanalysis，StrengthCheck彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

1绪论

1.1课题背景及目的

挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。

据统计，一般工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。

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随着我国基础设施建设的深入和在建设中挖掘机的广泛应用，挖掘机市场有着广阔的发展空间，因此发展满足我国国情所需要的挖掘机是十分必要的。

而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。

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反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，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。

而笔者的设计知识和水平还只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，巩固所学的知识和提高设计能力。

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1.2国内外研究状况

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。

我国己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[1]。

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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，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，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势:

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（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。

1.3课题研究方法

本文作者对三一重工生产的SANY200C进行现场测绘，取得了工作装置的大体数据资料。

再结合同济大学出版的《单斗液压挖掘机》，利用旋转矢量法和力学知识分别对单斗液压挖掘机的工作装置进行运动学分析和力学计算。

根据运动学分析和力学计算的结果得到工作装置的基本尺寸和结构尺寸。

然后用CAD软件进行二维和三维图的绘制。

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1.4论文构成及研究内容

本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。

具体内容包括以下五部分:

（1）挖机工作装置的总体设计。

（2）挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。

（3）工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。

（4）工作装置主要部件的结构设计。

（5）销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。

2总体方案设计

2.1工作装置构成

1-斗杆油缸；

2-动臂；

3-油管；

4-动臂油缸；

5-铲斗；

6-斗齿；

7-侧板；

8-连杆；

9-曲柄：

10-铲斗油缸；

11-斗杆.

图2-1工作装置组成图

图2-1为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，如图所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1,4,10等组成。

动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。

依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。

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挖掘作业时，接通回转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。

铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。

卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环[2]。

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在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。

上述过程仅为一般的理想过程。

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挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。

各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。

根据以上特征，可以对工作装置进行适当简化处理[3]。

则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六杆机构，处理的具体简图如2-2所示。

进一步简化得图如2-3所示。

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图2-2工作装置结构简图

1-铲斗；

2-连杆；

3-斗杆；

4-动臂；

5-铲斗油缸；

6-斗杆油缸

图2-3工作装置结构简化图

挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是一组平面连杆机构，自由度是3，即工作装置的几何位置由动臂油缸长度L1、斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定，当L1、L2、L3为某一确定的值时，工作装置的位置也就能够确定[2]。

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2.2动臂及斗杆的结构形式

动臂采用整体式弯动臂，这种结构形式在中型挖掘机中应用较为广泛。

其结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻[3]，且有利于得到较大的挖掘深度。

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斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机采用整体式斗杆。

在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故也采用整体式斗杆。

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