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1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要 液压挖掘机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械，作为工程机械的主力机种。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐，其生产制造业也日益蓬勃发展。液压挖掘机主要有发动机、液压系统、工作装置、回转装置、行走装置和电器控制等部分组成。本论文由主要设计挖掘机的工作装置。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国内挖掘机发展具有十分重
2、要的意义。小型挖掘机具有结构紧凑、传动平稳、挖掘力大、操作简便以及容易实现自动控制等优点。本论文所研究的是斗容量为0.1，型号为徐工XE65D的履带式全液压小型单斗挖掘机。通过设计工作装置的液压缸的尺寸、材料、制造工艺以及进行三维建模，完成挖掘机工作装置的铲斗缸、斗杆缸、动臂缸的设计，最后对所设计的液压缸进行有限元分析。 关键词：挖掘机；工作装置；液压缸；三维建模；有限元分析Abstract Hydraulic excavator is a widely used the construction of multi-function construction machinery, as eng
3、ineering machinery of main type of machine. Because of hydraulic excavator has many varieties, multi-functional, high quality and high efficiency and other characteristics, so by many construction work unit of favor, its production and manufacturing the vigorous development. Hydraulic excavator are
4、main engine, hydraulic system, work device, and turn to device, walk device and electric control components. This paper mainly design excavator by work device. Excavator the main work is soil mining. Work device is done directly the task of mining equipment, many excavator developed country widely a
5、dopted new technology, new methods to constantly improve hydraulic excavator homework performance and productivity. Through the general and specialized excavator working device design method, the comprehensive work device to promote universal design study computer domestic excavator development has
6、the very vital significance. Small excavators with compact structure, smooth transmission, mining, simple operation and strength to achieve automatic control, etc. This paper studies the capacity for a 0.1 , type of caterpillar full hydraulic pressure XE65D xu gong small-business single excavator. T
7、hrough the design of the device the size of the hydraulic cylinder, materials, manufacturing process and 3 d modeling, complete excavator working device bucket cylinder, measures stem cylinder, moving arm cylinder of design, and finally the design of hydraulic cylinder in finite element analysis.Key
8、 words：cylinder jacket；disc spring；bulge spring；spindle；FEM目 录摘 要IAbstractII1. 绪论11.1 小型挖掘机的概述11.2 挖掘机液压系统概述21.3 小型挖掘机液压系统概述11.4 选题背景和研究意义22. 液压缸设计方案的确定42.1 挖掘机型号及主要参数42.2 液压缸各部件材料选择及其技术要求52.3 铲斗缸的尺寸设计72.3.1 铲斗缸各部件尺寸设计42.3.2 缸筒、活塞杆强度校核42.3.3 缸筒、活塞杆稳定性校核5 2.4 斗杆缸的尺寸设计和校核7 2.5 动臂缸的尺寸设计和校核7 2.6 液压缸的安装方
9、式及结构确定73. 液压缸三维模型的建立103.1 Pro/e绘图软件及其介绍103.1.1 Pro/e软件简介103.1.2 Pro/e软件的特点103.2 挖掘机液压缸三维模型建立143.2.1 缸筒的结构设计143.2.2 活塞杆的结构设计153.2.3 活塞的结构设计143.2.4 前端盖结构设计153.2.5 后端盖结构设计15 3.3 液压缸部件组合装配164. 液压缸主要部件的有限元分析184.1 有限元分析的必要性184.2 ANSYS软件介绍19结 论38致 谢39参考文献40附 录A41附 录B47IV沈阳理工大学学士学位论文1 绪论1.1 小型挖掘机的概述小型挖掘机主要用
10、于城市、狭窄地区，代替人力劳动。主要作业是挖掘、装载、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。小型挖掘机体积小，机动灵活，并趋向于一机多能，配备多种工作装置，除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。总之它是一种多用途万能型的城市建设机械。由于这种机械的特点很靠近人，因此在设计上除了要求耐久性、可靠性和作业效率等，还需着重考虑人、机、环境的协调，特别要注意以下几点：1.安
11、全性即机械作业过程中不要与周围的人和物相碰撞，防倾翻稳定性好。2.低公害即排放要求高、低震动、低噪音，声音要比较悦耳。3.与周围环境能调和，形象要美观，形体和色彩不要引起人们不愉快感，对人有亲和感。4.尽量扩大其使用功能，可装多种附属装置，应成为城市万能型工程机械。5.操纵简便，任何人一学就会，都能操纵。小型挖掘机具有中型挖掘机的多项功能，又具有便于运输、能耗低、灵活、适应性强等优势，非常适用于空间狭小的施工场地作业，而且价格低、质量轻、保养维修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修复、混凝土破碎、电缆埋设、自来水管道的铺设、园林栽培等工程中得到了广泛的应用。由于满足基本的挖掘、装载、整
12、地、起重等功能外，必须考虑到工作空间小(人力所不能至)、地形复杂、方便操作、可控，目前市场对小型挖掘机性能要求如下：1.改进挖掘机可控性和控制精确性以及复合动作。2.简化液压系统、降低成本，达到大作业量与低油耗的动态平衡。3.改进工作可靠性。4.改进驾驶操作舒适性及降低劳动强度，提高单位生产率。5.改进操作安全性。6.低振动、低噪音适用生活区工作。同时，小型挖掘机的设计原则是确保设备可以在狭窄、复杂，也就是大型挖掘机不能进入的地区进行高效施工。小型挖掘机因使用环境的特殊要求，它必须具有如起重机的精细作业等特性，此有别于中大型挖掘机。中国的小挖市场(指机重13t以下)在中国挖掘机行业过去的十年，
13、关键配套液压件等的先天性国产缺损，导致了在中大型挖掘机市场被韩、日、美、欧等外资企业瓜分了90%以上的分额。经十年艰苦奋斗，国内企业夺回了近27%份额，特别是大型和小型液压挖掘机上，近两年已有较大起色。中国小型挖掘机市场上人们好像又看到了中国制造的“曙光”，正在夺回和扩大国产小挖市场。国内小挖制造企业正由少数几家发展到60余家，这不能不说这是行业的大发展，而且出现了许多年产销量超千台企业。1.2 挖掘机液压系统概述按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液
14、压缸和液压马达等执行元件将液压能转变为机械能，进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系统分为三个基本部分：工作装置系统，回转系统、行走系统。挖掘机的工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及相应的液压缸组成，它包括动臂、斗杆、铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料，完成该动作的液压元件是回转马达。回转系统工作时必须满足如下条件：回转迅速、起动和制动无冲击、振动和摇摆，与其它机构同时动作时，能合理地分配去各机构的流量。行走装置的作用是支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式机构，所用的液压元件主要是行走马达。行走系统的设计要
15、考虑直线行驶问题，即在挖掘机行走过程中，如果某一工作装置动作，不致于造成挖掘机发生行走偏转现象。挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此挖掘机的液压系统应满足如下要求：（1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。（2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高挖掘机的生产率。（3）履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。（4）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）良好的过载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快速下降和整机超速溜坡。为此，液压系统应做到：（1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。（2）液压系统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。（3）设置轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不超过 80，或温升不超过 45。（4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液
