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1、南华大学机械工程学院毕业设计（论文）1 绪 论1.1 本课题背景意义及目的 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置开始下一次的作业。因此液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。 各类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、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%的土石方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。 小型液压挖掘机是指一般总重量在6t以下的挖掘机，因其体积小，主要应用于城市、相对
2、狭窄的地区，替人力劳动，其用途广泛，主要作业是挖掘、装载、整地，用于城市管道、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。它不仅体积小，机动灵活，且可附装各种工作装置，属多功能建设机械。采用小挖掘机可以大大减轻人力的劳动，缩短施工周期。 为节省劳动力、减轻繁重体力劳动，提高劳动生产率、加快建设速度，保证工程质量和降低成本，采用机械化施工是根本的措施。它对尽早发挥建设投资效果，促进国名经济的高速度发展有很大的作用。 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，挖掘机市场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，即此次对液压挖掘机的研究具有现实意义。而对于还在学习当中
3、的我来说，这个课题能让我更深入地巩固和学习液压、机械原理、机械设计、机械绘图等方面的知识。之前，对于这些知识的学习好像只是为了应付考试，根本就没有真正掌握这些知识。但作为一个机械专业的学生，掌握好液压、机械设计、机械绘图都是很有必要的。因此，现在我刚好借这个课题，去深刻的学习这些知识并加以综合运用，为工作打好基础，做好准备。1.2 挖掘机的基本类型和液压挖掘机的主要特点 挖掘机的类型与构造形式繁多，可按挖掘工作原理与过程、用途、构造特性等进行划分。 按工作过程可分为周期作业和连续作业两类，即通常简称为单斗挖掘机和多斗挖掘机。 按照用途，单斗挖掘机分为：建筑型、采矿型、和剥离型。按照动力装置，挖
4、掘机有电驱动、内燃机驱动和复合驱动等。按照传动方式，挖掘机分为机械传动式、液压传动式和混合传动式。而液压挖掘机则具有下列主要特点： 大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，传动平稳，作用效率高，结构紧凑。 挖掘机在工作是主要动作包括行走、转台回转和工作装置的作业动作，其中最频繁的是回转和工作装置的循环往复运动。机械挖掘机结构复杂，完成这些动作要产生很大的惯性力和冲击载荷。而液压挖掘机则不需要复杂的中间传动，大大的简化了结构。 液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。 液压元件易于实现标准化，系列化和通用化，便于组织大规模专业生产，进一步提高质量和降低成本。1.
5、3 液压挖掘机的发展概况 挖掘机的最早主要用于河道，港口的疏浚工作。第一台有确切记载的挖掘机械是1796年英国人发明的蒸汽“挖泥铲”。而在陆地上使用的“动力铲”于1835年在美国诞生，主要用于修筑铁路的繁重工作，被认为是现代挖掘机得先驱，距今已有170多年的历史。1950年，德国研制出世界上第一台全液压挖掘机。由于科学技术的发展，各种新技术，新材料不断应用在挖掘机上。使得液压挖掘机在作业效率、可靠性、完全性和操作舒适性以及节能、环保等方面有了长足的进步。1.3.1国外液压挖掘机目前水平工业发达国家的液压挖掘机生产较早，产品齐全，技术成熟。美国、德国和日本是液压挖掘机的主要生产国，具有较高的市场
6、占有率。 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。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。1.3.2 国内液压挖掘机发展概况及趋势我国己经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，引进了国外的一些先进的生产率较高的挖掘机型号。 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
7、;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，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，提高生产效率。（9）人机工程学在设计中的充分利用。1.4 本次设计内容概述本次设计标准斗容0.25m3；最大挖掘力59KN；爬坡度：27.8；最大牵引力：48
8、kN；最大行走速度：5km/h ；最低行走速度：3km/h的履带式全液压挖掘机。具体设计任务是对液压挖掘机的行走装置的设计和行走能力的校核，包括(1) 挖机行走装置的总体设计。(2) 行走装置四轮一带的结构设计与布置。(3) 挖掘机各部分的基本结构的认识和设计。(4) 挖掘机的行走装置详细接地比压的分析和设计。(5) 马达的验算和选取及马达原理的认识和研究。2液压挖掘机的履带行走装置构造2.1综述 单斗液压挖掘机的行走装置是整个机械的支承部分，它承受机械的自重及工作装置挖掘时的反力，使挖掘的稳定地支承在地面上工作。同时又使挖掘机能在工作时作场内运行及转移工地时作运输性(轮式行走装置)运行。因而
9、，设计单斗液压挖掘机的行走装置时应尽量满足下列要求： 1单斗液压挖掘机应有较大的牵引力，使挖掘机在湿软地面或高低不平的地面上行走时具有良好的越野性能，并有较强的爬坡和转弯能力。 2在不增高行走装置总高度的前提下应使行走装置具有较大的离地间隙，使挖掘机在不平地面上行走具有良好的通过性能。3要降低挖掘机的接地比压或具有较大的支承面积，以提高挖掘机的稳定性； 4挖掘机在斜坡下行时不发生超速溜坡现象，挖掘时不发生下滑，提高工作时的为安全可靠性；5挖掘机的行走装置外形尺寸应符合道路运输的要求。单斗液压挖掘机的行走装置按照结构的不同可分履带式和轮胎式两大类。履带式行走装置由“四轮一带”（即驱动轮、导向轮、
10、支重轮、托轮、以及履带），张紧装置和缓冲弹簧，行走机构，行走架等组成。液压传动的履带行走装置，挖掘机转向时由安装在两条履带上、分别由两台液压泵供油的行走马达（用一台油泵供油时需采用专用的控制阀来操纵）通过对油路的控制，很方便地实现转向或就地转弯，以适应挖掘机在各种地面、场地上运动。履带式行走装置驱动力大（通常每条履带的驱动力可达机重的35%-45%），接比压小（40-150kPa），因而越野性能及稳定性好，爬坡能力大（一般为50%-80%，最大的可达100%），且转弯半径小，灵活性好。履带式行走装置在液压挖掘上使用较为普遍。但履带式行走装置制造成本高，运行速度低，运行和转向时功率消耗大，零件磨
11、损快，因此，挖掘机长距离运行时需借助于其他运输车辆。 轮胎式液压挖掘机行走装置的结构型式很多，有采用标准汽车底盘的可轮式拖拉机底盘的，但斗容量稍大、工作性能要求较高的轮胎式液压挖掘则采用专用的轮胎式底盘行走装置。尽管履带式行走装置存在一些，但在单斗液压挖掘机中使用较为广泛，而且本机主要用于城市道路建设或者狭窄空间内作业。考虑到工作环境和实际条件等因素本机采用橡胶履带，由于橡胶履带具有对路面破坏小、噪音低、速度快、振动小、接地比压小、牵引力大，可以减少地面对机械的冲击等优点，所以本机主要使用橡胶履带。而在恶劣环境中或在野外作业时可以使用钢制履带以适应恶劣的工况。而轮式行走装置虽有运行速度快、机动
12、性好，运行时轮胎不损坏路面，因而在城市建设中很受欢迎，但是其接地比压大，爬坡能力小，挖掘作业时需要用专门支腿支撑，以确保挖掘机的稳定性和安全性。所以履带式行走装置比轮式行走装置更为适用。故本机采用履带式行走装置。2.2 液压挖掘机履带式行走装置的结构和构造履带式行走装置(图2.21)由连接回转支承装置的行走架通过支重轮4，履带2将载荷传至地面。履带呈抱死循环绕过驱动轮5和导向轮1，为了减少上分支挠度，履带由l一2个托链轮4支持。行走装置的传动是由液压马达经减速箱6传动驱动轮5使整个行走装置运行。当履带由于磨损而伸长时可由张紧装置3调整其松紧度。其中，导向轮，支重轮，驱动轮拖链轮与履带即为通常所
13、说的“四轮一带”，是履带式行走装置的重要零部件，它直接关系到挖掘机的工作性能和行走性能。这部分的重量相当大，约占整机的14，制造成本也高，约占整机的14。因此，合理设计“四轮一带”具有重要意义。我国过去这些零部件规格品种繁多，据不完全统计，约有34种结构、93种规格，影响了加工质量的提高和备件的供应，零件互换性很差致使机械完好率很低。为了克服上述缺点，提高质量，目前有关部门已将挖掘机、推土机和装载机的“四轮一带”图纸统一，逐步做到标准化、通用化和系列化，为提高产品质量、而速发展工程机械创造条件。图2.2-1 履带式行走装置的结构图1 - 导向轮；2 - 橡胶履带； 3 - 张紧装置； 4 -
14、支重轮；5 - 驱动轮； 6 - 减速机行走架是履带行走装置的承重骨架，它由底架、横梁和履带架组成，通常用16Mn钢板焊接。底架连接转台，承受上部的载荷，并通过横梁传给履带架行走架按结构的不同分组合式和整体式两种。 组合式行走架(图2.22)的底架为框架结构，横梁是工字钢或焊接的箱形梁，活人履带架孔中。履带架通常采用下部敞开的“门”形截面，两端呈又形，以便安装驱动轮、导向轮和支重轮。 这种结构的优点是当需要改善挖掘机的稳定性和降低接地比压时，不需改变底架结构就能换装加宽的横梁和加长的履带架，从而安装不同长度和宽度的履带。它的缺成是履带架截面削弱较多，刚性较差，在截面削弱处易产生裂缝。 图2.2
15、-2 组合式行走架示意图 为了改进上述缺点，近年来在液压挖掘机中采用整体式行走架较多，这种行走架结构简单、自重轻轻而且刚性较好。履带、支重轮等零部件采用工业拖拉机的标准件，因而可降低成本，质量也有保证。支重轮直径较小，在行走装置的长度内，每边可装59个支重轮。这样可使上部重量均匀传至地面， 便于在承载能力较低的地面使用，提高行走性能。3履带各部件的设计计算与选型3.1履带的设计履带工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度、耐磨性好、质量轻以减少材料的消耗量，并减轻履带运行时的动载荷，要求履带能和地面有很好的附着性能，又要考虑减少行驶及转向的阻力。本机主要用于城市道路建设或者狭窄空间内作业。由于橡胶履带具有对路面破坏小、噪音低、速度快、振动小、接地比压小、牵引力大，可以减少地面对机械的冲击等优点，所以本机主要使用橡胶履带。而在恶劣环境中或在野外作业时可以使用钢制履带以适应恶劣的工况。 挖掘机的履带有整体式和组合式两种。整体式是履带板上带啮合齿，直接与驱动轮啮合，履带板本身成为支重轮等轮子的滚动轨道。整体式每一节履带铸造成整体，结构简单、制造方便、重
