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1、1全日制普通本科生毕业论文WY90 液压挖掘机工作装置设计THE DESIGN OF WY90 HYDRAULIC EXCAVATOR WORKING DEVICE 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD 图纸等，联系学生姓名： 学 号：年级专业及班级：2008 级机械设计制造及其自动化指导老师及职称：学 部：理工学部 2提交日期：2012 年 5 月目 录 摘要 1关键词 11 前言 1 2 工作装置整体方案设计 3 2.1 机型选择及特点分析 3 2.2 工作装置构成 32.3 动臂及斗杆的结构形式初选 52.4 动臂及动臂油缸的布置 52.5 铲斗及铲斗油缸的连接方式 5
2、2.6 原始几何参数的给定 63 工作装置分析 73.1 动臂运动分析 73.2 斗杆运动分析 83.3 铲斗运动分析 93.4 特殊工作位置计算 134 工作装置基本尺寸的确定 154.1 斗形参数的确定 15 4.2 动臂机构参数的确定 164.3 动臂机构参数的校核 18 4.4 斗杆机构基本参数的确定 224.5 铲斗机构基本参数的确定 23 5 斗杆的结构设计 2536 斗杆的强度和刚度校核 347 动臂的强度和刚度校核 368 挖掘机稳定性分析 379 结论 38参考文献 38致谢 39 4WY90 型挖掘机工作装置设计摘 要：随着社会的不断进步，改革开放的深入，我国的基础建设项目
3、不断增多，对工程机械产品的需求量也越来越大。液压挖掘机是工程机械的重要产品之一，具有较高的技术含量，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对工作装置的设计提出了很高的要求，因此，对挖掘机工作装置的分析设计对推动我国挖掘机的发展具有重要意义。关键词：挖掘机；铲斗；动臂；斗杆；The Design of WY90 Hydraulic Excavator Working DeviceAbstract:With the development of the society and economy in China,many fundamental engineering projects
4、 needs to be completed by the excavator.The hydraulic excavator is one of the most important contruction machineries.The hydraulic excavator includes the higher technical specification.Because of the bad working condition and conmplicated working movements of the excavator,its has high requitements
5、for its working device,the analysis and research of its working device make very important sens. Keyword: excavator;bucket;arm;measures stem;1 前言液压挖掘机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械，并作为工程机械的主力机种。挖掘机的主要工作就是土壤的挖掘。工作装置是直接完成挖掘任务的装置，许多挖掘机发达的国家广泛采用新技术、新方法来不断地提高液压挖掘机的作业性能和生产率。通过通用性及专业的挖掘机工作装置设计方法，进行工作装置的全面计算机通用性设计研究对推动
6、国内挖掘机发展具有十分重要的意义。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、5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。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，在市场上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。国内外研究现状当前，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。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
7、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: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
8、高生产效率。9）人机工程学在设计中的充分利用 20。工作装置在挖掘机中是必不可少的，因此研究挖掘机工作装置具有重要的现实意义和理论意义。工作装置是挖掘机的重要组成部分，本次设计是为对挖掘机的工作装置有大体上的认识，巩固所学的知识和提高自身的设计能力。具体内容，如下：1）对挖掘机的工作装置各个部分进行设计与选型；2）对斗杆进行具体的设计；3）对动臂铲斗进行设计；4）对其部件进行校核。2 工作装置总体方案设计2.1 机型选择及特点分析本设计中，我选的是单斗液压挖掘机，其工作装置采用反铲装置。单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。它是在机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的，
9、是目前挖掘机中重要的品种。在建筑工程交通运输露天采矿水利施工及现代军事工程中都广泛采用，是各种土石方施工中重要的机械设备。由液压挖掘机在构造和性能上有较多的优越性， 6因此近年来发展迅速，在中小型单斗挖掘机中，已取代了机械传动单斗挖掘机，成为工程机械的主要机种。图 1 为我所选的单斗液压挖掘机的反铲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、摇杆 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
10、绕斗杆前铰点转动。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2.2 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-摇杆； 10-铲斗油缸； 11-斗杆.图 1 工作装置组成图Fig 1 Work device constitutional diagram chart 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
11、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。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。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。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7构，简化得图如 2 所示。2.3 动臂及斗杆的结构形式的初选动臂采用整体
12、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，且有利于得到较大的挖掘深度。缺点是可更换工装少，通用性较差。使用经验说明，长期用于作业条件近似的反铲，以采用整体臂较好。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，故也采用整体式直斗杆 1 2。1-铲斗；2-连杆；3-斗杆；4-动臂；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸图 2 工作装置结构简化图Fig2 Work device structure simplification chart2.4 动臂与动臂油缸的布置动臂油缸装在动臂的前下方，动臂的下支承点设
13、在转台回转中心之前并稍高于转台平面 3，这样的布置有利于反铲的挖掘深度。油缸活塞杆端部与动臂的铰点设在动臂箱体的中间，这样虽然削弱了动臂的结构强度，但不影响动臂的下降幅度。并且布置中，动臂油缸在动臂的两侧各装一只，这样的双动臂在结构上起到加强筋的作用，以弥补前面的不足。具体结构如图 4 所示。2.5 铲斗与铲斗油缸的连接方式本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。该布置中 1 杆与 2 杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够大的铲斗平均挖掘力。如图 5 所示。2.6 原始几何参数的给定动臂与斗杆的长度比 2 , 由于所设计的挖机适用性较强，一般不替换工作装置，1K故取中间比例方案，K1 取在 1.52.0 之间，初步选取 K1=1.8，即 l1/l2=1.8。 81-动臂； 2-动臂油缸图 3 动臂油缸铰接示意图Fig 3 Mo
