单斗液压挖掘机设计

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1、太原科技大学课程设计说明书摘 要挖掘机械是工程机械的一种类型，是土石方开挖的主要机械设备，单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以铲斗进行挖掘作业的机械，液压挖掘机的工作装置常用的有反铲，正铲，装载，抓斗和起重装置。本次设计主要是设计 25 t 履带式单斗液压挖掘机反铲工作装置。主要对工作装置机构的几何参数进行设计，通过测绘模型 ZX200-3，运用 Solidworks 进行三维模型的绘制及装配；计算液压缸作用力、闭锁力以及对闭锁力进行验算，并调整液压缸直径使液压缸的闭锁力在特定的工况下能满足 要求。在设计中应注意工作装置设计原则，在各部件满足要求的条件下实现 6.6米最大挖掘深度，9.9 米最

2、大挖掘半径，7.1 米最大卸载高度，实现挖掘的功能。关键字：反铲工作装置，设计，三维，测绘计算太原科技大学课程设计说明书0第一章 反铲工作装置总体方案的选择反铲工作装置总体方案的选择主要依据设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件的性能。1.1 动臂和动臂液压缸的布置方案（1）动臂液压缸的布置方式动臂液压缸连接着机身和动臂，是举升整个工作装置及物料的动力原件，而且承受的载荷很大，又要保证足够的闭锁力矩来获得必要的挖掘力，因此它的布置是很

3、重要的。本次设计中采用了整体下置式，在此方案中，动臂液压缸置于动臂的前下方。比较容易使反铲挖掘装置获得较大的挖掘力，而动臂液压缸的与机身的铰点 A 在垂直方向低于动臂与机身的铰接点 C。C 布置于回转平台前部，有利于扩大作业半径和挖掘深度。（2）动臂的结构形式本次设计中采用了整体式弯动臂。优点是结构简单，有利于反铲地面以下的挖掘作业；缺点是适应性差，并且容易在弯曲部位容易引起由于结构和工艺问题而导致的应力集中等强度方面的问题。1.2 斗杆和斗杆液压杆的布置（1）斗杆的结构形式本次设计中采用了整体式斗杆。优点是结构简单；缺点是难以满足不同作业尺寸的要求，尤其是大范围，远距离的挖掘作业。（2）斗杆

4、液压缸的布置形式本次设计的反铲挖掘机是向下而后挖的挖掘方式，因此采用上置式，即将斗杆液压缸布置于斗杆的上部，使作业时斗杆液压缸大腔能产生足够的挖掘力和闭锁力，回摆时斗杆液压缸小腔能够产生足够的回摆力矩。1.3 铲斗连杆机构的结构形式本方案采用六连杆共点机构，原因是该结构形式不仅能满足铲斗转角范围的太原科技大学课程设计说明书1要求，同时也能发挥较大的铲斗挖掘力。1.4 铲斗的结构形式铲斗整体为纵向对称结构，分为斗腔、斗刃、斗齿、支座和加强部分，整体为焊接结构。斗侧壁为平面结构，因为要挖沟和要求较好的导向性，因此在斗侧壁接近斗前端上部装设侧齿，缺点是会增加挖掘阻力。太原科技大学课程设计说明书2第二

5、章 测绘与三维建模2.1 原始数据测绘表 2.1 原始数据测绘表第一类参数是决定运动机构运动特性的必要参数，称原始参数，主要为长原始机型（ZAXIS200 模型）机构参数组成铲斗 斗杆 动臂 机体参数分类 符号意义（与现有机型比例 1：40）原始参数/mmL3=36.5L13=L14=HN=15L24=QK=10.5L25=KV=42L2=KH=14.5L2=FQ=73L9=CD=72L10=FG=20L11=EG=35L15=GN=47L16=FN=60L1=CF=145.8L6=CD=77L7=CB=60L8=DF=77L22=BF=89推导参数 10= KQV=92 4=EFG=94 5

6、=GNF=20 6=GFN=98 7=NQF=6 8=NFQ=5 2=BCF=29 3=DFC=45K5=L2/L9=73/72=1.0特性参数K2=L24/L3=10.5/36.5=0.29K1=L1/L2备注L2为斗杆长L1为动臂长 1为动臂转角下置式 11=ACV太原科技大学课程设计说明书3度参数；第二类参数为推导出来的参数，称推导参数；第三类参数是作方案比较所需的其它特征参数。2.2 三维建模2.2.1 动臂的建模1、编辑草图 1，使用直线命令绘制草图图 2-1 动臂拉伸草图2、退出草图 1 点击拉伸命令得到如下的实体图 2-2 动臂拉伸实体3、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出

7、草图 2 点击拉伸命令得到如下 的实体图 2-3 草图 图 2-4 拉伸实体4、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图 2 点击拉伸命令太原科技大学课程设计说明书4图 2-5 草图 图 2-6 拉伸实体5、绘制的最终结果图 2-7 动臂实体2.2.2 斗杆的建模1、编辑草图 1，使用直线命令绘制草图图 2-8 斗杆草图太原科技大学课程设计说明书52、退出草图 1 点击拉伸命令得到如下的实体图 2-9 拉伸实体3、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图 2 点击拉伸命令得到如下的实体图 2-10 草图 图 2-11 拉伸实体4、绘制的最终结果图 2-12 斗杆实体太原科技大学课程设计

8、说明书62.2.3 铲斗的建模1、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图 2 点击拉伸命令得到如下的实体图 2-13 铲斗草图 图 2-14 拉伸实体2、绘制的最终结果图 2-15 铲斗实体太原科技大学课程设计说明书72.2.4 工作装置的装配1、动臂机构的装配图 2-16 动臂机构装配2、斗杆机构的装配图 2-17 斗杆机构装配3、铲斗机构的装配图 2-18 铲斗机构装配太原科技大学课程设计说明书82.3 整机装配图图 2-19 整机装配图太原科技大学课程设计说明书9第 3 章 反铲工作装置参数图 3-1 总体设计图3.1 动臂机构的设计3.1.1 设计的主要要求1、满足作业尺寸和挖掘

9、范围（几何尺寸）2、满足提升力和闭锁要求（性能）3、结构布置及结构型式要合理紧凑，无干涉，无功率浪费。3.1.2 动臂机构与机身的铰接点及参数1、动臂下铰点 C 和动臂缸下铰点 A 位置以工作平面为 X 轴，通过回转中心线为 Y 轴测绘得：A(460，1440) C(40，2190)2、 的确定：1测绘得 593、动臂长度及弯角参数太原科技大学课程设计说明书10图 3-2 动臂原始参数给定最大挖掘半径为 R1=9920mm CF=5828mm CB=2480mmBF=3610mm动臂弯角 42.161CBF4、最大挖掘深度和最大卸载高度及动臂最大仰角 和最大俯角max1min1图 3-3 动臂

10、摆角由测绘值可知：太原科技大学课程设计说明书11最大仰角 =85max1最大俯角 =15in动臂的摆角范围 =7015、动臂油缸的缸数动臂油缸缸数为 2 个。6、动臂缸全伸长度 、全缩长度 和伸缩比max1Lmin1L由测绘值可知： 全伸长度 =3170mmax1全缩长度 =2136mmminL动臂缸的伸缩比 =3170mm/2136mm=1.4813.1.3 动臂与斗杆之比动臂与斗杆的长度比，特性参数 =5828/2960=1.97，在 1.5 到21lK2 之间，属于中间方案。值较大，宜斗杆挖掘为主。3.2 斗杆机构的设计3.2.1 设计的主要要求1、保证足够的斗齿挖掘力和闭锁力2、保证斗

11、杆的摆角范围DFE 最大=105-125A、满足挖高，一般使CFQ 约=160-180B、斗杆缸全伸，转斗缸全伸时，斗齿与动臂之间距离 cm103.2.2 斗杆机构设计及参数图 3-4 斗杆参数太原科技大学课程设计说明书121、确定斗杆长度L=FQ=2960mm2、斗杆油缸的缸数斗杆油缸缸数为 1 个。3、斗杆液压缸全伸长度 、全缩长度 和伸缩比maxLmin1L由测绘值可知： 全伸长度 =3908mm1全缩长度 =2391mmin动臂缸的伸缩比 =3908mm/2391mm=1.6314、斗杆的摆角范围 斗杆的摆角范围：110 5、 m83.967EFLm3.142EGLm46.2931FQ

12、L6、由几何位置确定 =130170。FQ斗杆上 取决于结构因素，并考虑到工作范围，取 150EF3.3 铲斗连杆机构的设计图 3-5 铲斗连杆机构参数3.3.1 设计的主要要求太原科技大学课程设计说明书131、必要的转角范围必要的开挖角（水平面以上 0-30）必要的挖掘转角（90-110）必要的挖掘装满转角（铲斗的总转角 =150-180）max32、符合载荷变化情况开挖角范围内及 处大于等于平均挖掘阻力max225-35之间大于等于最大挖掘阻力之后可不考虑，只要挖掘力大于零就行max23、机构运动无干涉（避免转斗缸全伸时斗齿尖碰撞斗杆下缘的现象）3.3.2 连杆机构的参数MN=640mm

13、MK=600mm NQ=483mm KQ=447mm3.3.3 铲斗机构的参数1、 m420L m46.29312FQL47.1563QVL2、 00K3、铲斗液压缸全伸长度 、全缩长度 和伸缩比max1min1由测绘值可知： 全伸长度 =2558mmaL全缩长度 =1593mmin1动臂缸的伸缩比 =2558mm/1593mm=1.6114、铲斗油缸的缸数铲斗油缸缸数为 1 个。 5、斗形参数铲斗的主要参数有四个，分别是标准斗容量 q、平均斗宽 B、转斗挖掘半 径 R 和转斗挖掘装满角 2。四者的关系：SKBq2sin21式中 标准斗容量；平均斗宽，由表 2.1 差值计算 B=880mm；太

14、原科技大学课程设计说明书14转斗挖掘半径； R土壤松散系数，取近似值为 1.25；sK挖掘装满角，全面考虑有关因素，可以取 =90o100 o，取 2 22 =100o。由原始参数测得 R=1505mmKQ=447mm一般取 ，测得 =95.515910KQV10得出斗容量 3.mq太原科技大学课程设计说明书15第四章 反铲工作装置作业范围及包络图4.1 包络图的绘制4.1.1 包络图的定义1、主要作业尺寸；2、各部件转角位置及极限位置；3、机构干涉情况；4、挖掘总面积及主要挖掘区域的分布情况。4.1.2 包络图的绘制段：动臂液压缸最长，斗杆液压缸最短，铲斗液压缸由最短到最长，21V由斗齿尖绕

15、 点以 为半径转动形成。1Q3l段：动臂液压缸最长，铲斗液压缸最长，斗杆液压缸由最短到最长，32由斗齿尖绕 点以 为半径转动形成。1F21段：动臂液压缸最长，斗杆液压缸最长，铲斗液压缸由最长缩至斗43V齿尖位于 C 丶 连线上为止，由斗齿尖绕 点以 为半径转动形成。2Q2Q32V段：斗杆液压缸最长，铲斗液压缸固定，动臂液压缸由最长到最短，54由斗齿尖绕 点以 为半径转动形成。4段：动臂液压缸最短，斗杆液压缸最长，铲斗液压缸由原固定值缩65V至 F 丶 Q 丶 V 三点一线，由斗齿尖绕 点以 为半径转动形成。3Ql段：动臂液压缸最短，铲斗液压缸固定，F 丶 Q 丶 V 三点一线，斗76杆液压缸由最长到最短，由斗齿尖绕 点以 为半径转动形成。2F3l段：动臂液压缸最短，斗杆液压缸最短，铲斗液压缸由使 F 丶 Q 丶87V 三点一线姿态缩至斗齿尖位于 C 丶 连线的延长线上，即使 C 丶 Q 丶 V 三点4Q一线，由斗齿尖绕 点以 为半径转动形成。4Q3l段：斗杆液压缸最短，铲斗液压缸为上衣弧段时的状态，动臂液压98太原科技大学课程设计说明书16