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1、word机械设计机械设计根底-课程设计说明书设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计学 院：机械工程系专 业：机械制造工艺与设备 班 级： 机制一班学 号：20137709 姓 名：鑫 指导教师：温亚莲 完成日期：2016年9月2日机械原理设计任务书学生 鑫 班级 机制一班 学号 20137709 设计题目：正铲单斗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的枯燥基坑，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围和工作能力。二、 设计数据与要求题号铲斗容量挖
2、掘深度挖掘高度挖掘半径卸载高度A4.2m3三、 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展尺度综合，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展运动仿真，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、计算与运动模型建立过程以与效果分析等。5、在机械根底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： 2016 年 9 月 2 日 指导教师 温亚莲 / 摘要正铲挖掘机的开挖方
3、式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为正向开挖、侧向装土以与正向开挖、后方装土两种，前者生产率较高。正铲的生产率主要决定于每斗作业的循环延续时间。为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合。尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。 反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距离沟较远的地方，如装车如此回转角度较小，但边坡不易控制.单斗液压挖掘机主要由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等组成。铲斗的斗底利用液压缸来开启，斗杆是铰接
4、在动臂的顶端，由双作用的斗杆油缸使其转动。斗杆油缸的一端铰接在动臂上，另一端铰接在斗杆上。其铰接形式有两种：一种是铰接在斗杆的前端；另一种是铰接在斗杆的尾端。动臂均为单杆式，顶端呈叉形，以便与斗杆铰接。动臂有单节的和双节的两种。单节的动臂有长短两种备品，可根据需要更换。双节的动臂如此由上、下两节拼装而成，根据拼装点的不同，动臂的工作长度也不同。一、 正铲挖掘机自由度计算根据如下图所示的挖掘机结构简图，我们可以对其自由度进展计算。通过对机构简图的分析，可以看出该工作装置有11根杆件组成,其中包含15个运动副，即12个转动副，3移动副，共包含15个低副，没有高副。自由度计算：n=11,PH=0,P
5、L=15如此：F=3n-2PL-PH=3*11-2*15-0=3二、 挖掘机参数计算2.1、液压挖掘机根本参数液压挖掘机根本参数主要包括：标准斗容量：指挖掘级或密度为 的土壤时，代表该挖掘机登记的一种铲斗堆积容量。最大挖掘高度：指工作装置处于最大举升高度时，铲斗齿尖到停机地面的距离。最大挖掘半径：在挖掘机纵向中心平面上铲斗齿尖离机器回转中心的最大距离。最大挖掘深度：指动臂处在最低位置，且斗齿尖，铲斗与斗杆铰点，斗杆与动臂铰点三点在同一条垂直停机面的直线上，斗齿尖与停机面的最大距离。最大卸载高度：指动臂、斗杆处于最大举升高度，翻转卸土，斗齿尖处在最低位置时，斗齿尖到停机面的距离。2.2、液压正铲
6、挖掘机工作装置机构运动学分析动臂AD的位置由动臂油缸MC的长度决定。和动臂水平倾角之间的关系可用下式表示 2-12-2从上式看出，a11-a2对的影响很大，当动臂和油缸的参数不变时，a11-a2愈大动臂提升高度愈小。设动臂油缸全缩时动臂倾角为；动臂油缸全伸时动臂倾角为，那么在动臂油缸由全缩到全伸，动臂总的转角为：2-3为了便于运算和比拟，仍用无因次比例系数表示，即；2-4代入式(22)可以得到动臂油缸全缩和全伸时相应的动臂倾角值2-52-6而动臂总转角为2-7动臂油缸伸缩时对A点的力臂也在不断变化，由图可知2-8显然，当ABAC时有最大值，此时，而相应的油缸长度为：=此时的动臂倾角为假如用动臂
7、油缸相对力臂即来表示油缸长为时的力臂，如此2-9综上所述，动臂倾角、力臂和都是的参数。斗杆DJ的位置由动臂AD和斗杆油缸BE的长度所决定。但是动臂的位置随动臂油缸的伸缩而变化，为了便于分析斗杆油缸对头杆位置的影响，假定动臂不动，那么斗杆铰点D以与斗杆油缸在动臂上的铰点B就可以看作为固定基座。与斗杆、动臂夹角之间的关系为2-102-11设斗杆油缸全缩时动臂与头杆的夹角为，全伸时为，那么当油缸由全缩到全伸时斗杆总的转角为2-12斗杆油缸的作用力臂也是可变值。2-13当MCAD时有最大值，即，这时相应的油缸长度为相应的斗杆转角为2-14用斗杆油缸相对力臂值即来表示时的力臂，如此2-15 上图为正铲挖
8、掘机作业围图，以下为几种特殊工作位置的分析与计算。1最大挖掘半径(图2.5)这时C、Q、V在同一条水平线上，而且斗杆油缸全伸，即；最大挖掘半径为2-16最大挖掘半径处的挖掘高度相应为图 2.5 最大挖掘半径2最大挖掘高度(图2.6) 图 2.6 最大挖掘高度最大挖掘高度为：2-17最大挖掘高度时的挖掘半径2-18如果最大转斗角度不能保证GJ垂直向上，即，如此应根据实际的值求相应的挖掘高度，如图左上角所示，此时2-193最大挖掘深度(图2.7) 这时动臂油缸全缩，头杆DG与GJ垂直向下，即，。 最大挖掘深度为2-20最大挖掘深度时的挖掘半径为2-21假假如，如此DG不可能呈垂直状态，此时必须根据
9、具体情况计算实际的最大挖掘深度。图 2.7 最大挖掘深度4停机平面上的最大挖掘半径(图2.8)这是指斗齿靠在地面上、斗杆全部伸出而斗底平面与停机平面平行的工况。此时QV线与地面交成角(角是一个重要的铲斗参数，设计中应认真确定)，根据这种定义可知图 2.8 停机平面上的最大挖掘半径；，其中2-222-23这时停机平面上的最大挖掘半径为2-24 如果，如此必须根据具体情况重新进展计算。2.3 工作装置各局部根本尺寸计算确定现从动臂与转台铰点A出发，借助各相关转角q 1、q 2和q 3，建立各关键点B、C、DV的位置模型，得到各关键点的坐标，从而为下一步的分析提供依据。以地面为横坐标，以回转中心线为
10、纵坐标，建立直角坐标系XOY如图2.4所示。2.3.1 动臂与平台铰点位置A确实定对由反铲挖掘机改装的正铲来说，动臂铰座往往就沿用反铲动臂的铰座。一般，铰座都在转台中心的前方(0)，近来大型正铲的铰座却有向后移(靠近回转中心线)的趋势。设计时，可用类比法确定或根据经验统计公式初步选取，在此根底上推荐以履带轴距L为根本长度。履带轴距L3.66 2-25式中：为斗容量，2.3.2 动臂与斗杆长度确实定同上转斗半径也可用类比法确定或根据经验统计公式初步选取，在此根底上推荐以履带轴距L为根本长度。2.3.3 机构转角围确定在动臂长度、斗杆长度、转斗半径与动臂油缸与平台铰点C初步确定之后，根据挖掘机工作
11、尺寸的要求利用解析法求各机构转角围，其中包括动臂机构转角、斗杆机构转角、铲斗机构转角围。(1) 斗杆转角和确实定可根据最大挖掘半径确定。最大转角应当不小于 (2-26)根据停机平面上最小挖掘半径确定。所谓停机平面上的最小挖掘半径依不同工作情况而异，有的是指铲斗最靠近机体(斗杆油缸全缩)、斗齿尖处于停机平面而斗底平行于地面，在这种状态下开始挖掘时的挖掘半径。图 2.9 停机平面上的最小挖掘半径如下列图，这时斗杆和动臂间的夹角为最小()，铲斗与地面相交成角(见图)，而斗齿尖V到回转中心的距离为。从几何推导可知 (2-27)式中、Q点的横坐标和纵坐标，且=； (2-28) (2-29) (2-30)
12、 带入式2-29整理后得 (2-31) 有些挖掘机不要求铲斗水平铲入，而往往以一定的后角开始挖掘，因而最小挖掘半径可能比前一种小，加大了停机平面上的挖掘围。在这种情况下QV与水平的夹角将增至。根据有的资料介绍，为使铲斗容易切人土壤，开始挖掘时的后角可取为。应该注意不论铲斗开始挖掘时的位置如何，必须以不碰撞履带板为原如此，因此 (2-32)式中 R驱动轮半径(毫米)；履带行走装置水平投影的对角线与纵轴问的夹角； 考虑转斗机构连杆装置与余隙在的间隙，初步设计时可取200400毫米。(2) 动臂倾角和确实定动臂最大倾角根据最大挖掘高度确定。由图2.5并根据式(217)和(218)经过运算得出 (2-
13、33)因此先确定后，再根据可得。动臂最小倾角。根据最大挖掘深度确定。由图和式(220)得到 (2-34)3铲斗转角和确实定转斗机构应满足以下要求：满足工作尺才的要求，即保证所要求的、等参数能够实现；挖掘过程中能够调整切削后角，保证工作正常进展，满足挖掘过程完毕时的转斗要求与卸载要求。A.必须满足工作尺寸的要求为满足挖掘高度要求(图) (2-35)为满足最大挖掘半径要求(图2.4) (2-36)为满足停机平面上最小挖掘半径要求(图2.8) (2-37) (2-38) (2-39) (2-40)为满足最大挖掘深度要求(图2.6)B必须满足挖掘过程中调整切削后角的要求挖掘过程中随着铲斗向前运动，斗的切削后角也不断发生改变，为了保证挖掘正常进展，斗底不应与地面发生摩擦，即0，为此必须使图2.10又将式代入，整理后得到 (2-41)图 2.10 铲斗运动方向与切削后角C必须满足卸载要求由于前卸式铲斗和底卸式铲斗的卸载方法不同，因此对转角的要求也不同。为使卸斗于净，前卸式铲斗在卸土时要求斗底与水平相交成以上的角(见图2.11a)，因此从图2.5与式(235)得
