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1、I机械原理设计任务书设计题目： 正铲液压挖掘机工作装置设计 一、设计题目简介正 铲 挖 掘 机 的 铲 土 动 作 形 式 。 其 特 点 是 “前 进向 上 ， 强 制 切 土 ”。 正 铲 挖 掘 力 大 ， 能 开 挖 停 机 面以 上 的 土 ， 宜 用 于 开 挖 高 度 大 于 2m 的 干 燥 基 坑 ， 正铲 的 挖 斗 比 同 当 量 的 反 铲 的 挖 掘 机 的 斗 要 大 一 些 ，其 工 作 装 置 直 接 决 定 其 工 作 范 围 和 工 作 能 力 。二、 设计数据与要求题号 铲斗容量 挖掘深度 挖掘高度 挖掘半径 卸载高度C 4.0 3.2 9.52 9.06
2、 7.91三、设计任务1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几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（VB、MATLAB、ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、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。完成日期： 年 月 日 指导教师 II目 录摘要 - 1 -一、机构简介 - 1 -二、正铲工作装置斗齿尖的
3、特殊位置 - 2 -2.1 最大挖掘半径 - 2 -2.2 最大挖掘高度 - 2 -2.3 最大挖掘深度 - 3 -2.4 停机平面最大挖掘半径 - 3 -三、正铲挖掘机工作装置设计 - 3 -3.1 初选机构杆长 - 4 -3.2 机构转角计算 - 4 -3.2.1 斗杆转角范围计算 - 4 -3.2.2 动臂转角范围计算 - 5 -3.2.3 铲斗转角范围计算 - 6 -3.3 机构铰点的位置和液压缸确定 - 6 -3.3.1 动臂液压缸和铰点的选择 - 7 -3.3.2 斗杆液压缸和铰点的计算 - 8 -3.3.3 铲斗液压缸和铰点计算 - 9 -34 传动角检验 - 10 -四、机构运
4、动分析 - 10 -4.1 三维建模 - 10 -4.2 机构运动分析 - 11 -4.2.1 铲尖运动分析 - 11 -4.2.2 液压缸运动分析 - 13 -4.2.3 构件运动分析 - 15 -五、 实验台搭建模型 - 16 -六、参考文献 - 18 -七、附录 - 19 -附录一 机体尺寸和工作尺寸经验系数表 - 19 -附录二 机构计算 MATLAB 程序 - 19 - 1 -摘要本文根据任务书要求的挖掘机的作业范围并参照样机设计了正铲液压挖掘机的工作装置，确定了挖掘机的动臂长，斗杆长和铲斗的尺寸。然后根据已确定的杆长和作业范围利用数学三角形知识以及 MATLAB 软件求解得到各杆之
5、间的转角范围。接着利用挖掘机设计理论中要求油缸起始力臂需大致相等这一条件，结合已求得的杆长与转角，进一步确定出了各铰点的位置，和油缸的尺寸与行程。根据已确定杆长利用 UG 绘制出三维模型，并将三维模型导入 ADAMS 中进行运动分析，绘制出机构的速度与加速度简图。一、机构简介正铲液压挖掘机工作装置（见图 1-1）有动臂 1，斗杆 2，铲斗 3，工作液压杆 4 组成。动臂一端与回转台铰接，另一端与斗杆一端铰接，斗杆另一端与铲斗铰接。动臂液压缸（双缸）一端与回转台铰接，一端与动臂铰接，形成动臂机构。斗杆缸两端分别与动臂与斗杆铰接，形成斗杆机构。铲斗缸两端分别与斗杆与铲斗铰接，形成四连杆转斗机构(有
6、时铲斗缸与连杆装置连接，连杆装置再与铲斗连接形成六连杆机构，本文采用四连杆机构)。铲斗根据卸载方式分为前卸式和底卸式两种，本文采用前卸式。 134图 1-1 正铲液压挖掘机运动简图从图 1-1 可以计算出机构的自由度 F（1.1）329103LHnP从（1.1）式可以看出机构有 9 各构件组成，其中有 9 个转动副，3 个移动副，0 个高副。自由度为 3，原动件数目为 3，因此机构有确定的运动。- 2 -二、正铲工作装置斗齿尖的特殊位置首先建立直角坐标系，正铲挖掘机通常以停机平地面为 x 轴，以过回转台的回转中心的垂线为 y 轴。动臂为 ，斗杆为 ，铲斗（斗杆与铲斗的铰点到齿尖的距离） 。1l
7、2l 3l2.1 最大挖掘半径最大挖掘半径 （见下图 2-1） ，这是 C、Q、V 在同一条水平线上，而且斗杆液压1maxR缸全伸，即： ，2ax21max4axrcsin(i)l(2.1)1m2cLl上式中 是 C 点的横坐标，其纵坐标为cxcyFQV4maxF4max 2 2 1133 图 2-1 最大挖掘半径 图 2-2 最大挖掘高度2.2 最大挖掘高度最大挖掘高度 （见图 2-2） ，这是动臂液压缸、斗杆液压缸全伸，斗杆2maxHFQ、QV 垂直向下，即 ， ，12max31max2a5（2.2）a4a6sin()L上式中 26FCQ- 3 -2.3 最大挖掘深度最大挖掘半径 （见图
8、2-3） ，动臂液压缸全缩，斗杆 FQ 和 QV 垂直向下，即1maxH， ，1min2in3（2.3）1max1max23sincyllQVFCQV234 2max 14 3图 2-3 最大挖掘深度 图 2-4 停机平面最大挖掘半径2.4 停机平面最大挖掘半径停机平面最大挖掘半径 （见图 2-4） ，这时斗齿靠在地面，斗杆全伸，斗底平面2maxR与停机平面平行，QV 与地面夹角为 ， ， ， ，2max12626FCQ，34maxsinarci()ylL32ax1（2.4）2max4max3coscRLl三、正铲挖掘机工作装置设计在设计正铲挖掘机工作装置时可在类比法的基础上用经验公式 预先确定 C 点坐标1，以及 、 、 的长度。(,)cxy1l23l- 4 -3.1 初选机构杆长根据经验公式及样机尺寸出现参数，线性尺寸的经验公式如下：（3.1）3iLiKm上式中： 为线性尺寸参数（m） ； 为线性尺寸系数，可查表 而知；m 为挖掘机iLi 1整机质量（t） 。现已知最大挖掘半径为 ，最大挖掘深度为 ，最大挖掘高1max9.06R1ax3.2H度为 。根据已知
