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1、摘要液压挖掘机是工程机械的一种主要类型，广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中。反铲液压挖掘机是挖掘机械中最重要的机种之一，主要应用于挖掘停机面以下的土壤。液压挖掘机反铲装置是完成液压挖掘机各项功能的主要部分，其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。本文根据液压挖掘机反铲装置的结构特点,工作原理以及对典型工况的分析，总结了挖掘机工作装置性能要求和设计原则 ，然后对其各主要构件进行了方案选择以及运动学分析，并确定各铰点之间的距离，用Pro/e软件绘出其连杆模型。接着根据连杆模型并结合其他机械设计知识画出工作装置的二维图纸，最后根据图纸上
2、的具体结构尺寸对工作装置的主要部件进行校核。关键词:液压挖掘机，工作装置，运动学分析，结构设计AbtractAs one of important construction machinery and equipments，hydraulic excavator is widely used in earthwork construction and mine exploitation, such as in architecture, road engineering, water conservancy, port building, national defense project, e
3、tcThe excavator with a backhoe d is mainly used to excavate the earth undergroundBackhoe Equipment of Hydraulic Excavator is one important device to perform many functions. The working performance and reliability of the whole machine is influenced by the rationality of its structure.Firstly，this pap
4、er, which is based on the structural features of hydraulic backhoe excavator、be worked principle and the analysis of typical conditions, summed up the excavator working equipment performance requirements and design principles. Secondly, be selected the program and conduct the kinematic analysis of a
5、ll the major components of working equipment，and be determined the distance between the hinge points，and then used the Pro/e software to draw the link model ；Thirdly，drew two-dimensional drawings of the work equipments；Finally, according to the drawings specific dimensions, check the main components
6、 of working device. Key words：hydraulic excavator；working equipment；kinematic analysis；structural design目录1绪论- 1 -1.1课题背景及目的- 1 -1.2 挖掘机发展简史- 1 -1.2.1国外液压挖掘机目前水平及发展趋势- 1 -1.2.2国内液压挖掘机的发展概况- 2 -1.3液压挖掘机的基本类型- 2 -1.4本次设计概述- 3 -1.5 论文构成及研究内容- 3 -2 总体方案设计- 4 -2.1 工作装置构成及原理- 4 -2.2 工作装置坐标设定（见图2-2）- 6 -2.
7、3 工作装置各部分方案选择- 6 -2.3.1 动臂种类选择及油缸布置方案选择- 6 -2.3.2 斗杆种类选择- 8 -2.3.3铲斗种类选择及油缸布置方案选择- 8 -2.4 液压挖掘机工矿分析- 9 -2.5 液压挖掘机工作装置设计要求- 14 -2.5.1 几何尺寸要求- 14 -2.6 液压挖掘机工作装置的设计原则- 17 -2.7 设计基本参数以及设计作业范围- 18 -3工作装置运动学分析- 19 -3.1 动臂运动分析- 19 -3.2 斗杆的运动分析- 21 -3.3 铲斗的运动分析- 22 -3.4 特殊工作位置计算- 23 -4基本尺寸的确定- 27 -4.1 斗形参数的
8、选择- 27 -4.2 动臂机构参数的选择- 28 -4.3 斗杆机构基本参数的选择- 30 -4.4 连杆及铲斗机构基本参数的选择- 31 -5 工作装置结构受力分析与校核- 37 -5.1 挖掘阻力分析- 37 -5.2 工作装置各部分油缸作用力的确定- 38 -5.2.1铲斗油缸作用力的确定- 38 -5.2.2斗杆油缸作用力的确定- 41 -5.2.3动臂油缸作用力的确定- 42 -5.3 工作装置结构强度校核的工况介绍- 43 -5.4 斗杆的力学分析- 44 -5.5 斗杆强度校核- 50 -5.6 动臂力学分析- 55 -5.7 动臂强度校核- 57 -6 结论- 61 -参考文
9、献- 62 -附录- 63 -致谢- 64 -1绪论1.1课题背景及目的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%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。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。而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计
10、方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是小型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而笔者的设计知识和水平能力只是初学者，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，巩固所学的知识和提高设计能力。1.2 挖掘机发展简史 挖掘机械的最早雏形，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”。而能够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动的“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的先驱，距今已有170多年历史。1950年，德国
11、研制出世界上第一台全液压挖掘机。由于科学技术的飞速发展，各种新技术、新材料不断在挖掘机上得到应用，尤其是电子技术和信息技术的应用使得液压挖掘机在作业效率、可靠性、安全性和操作舒适性以节能、环保等方面有了长足的进步。目前液压挖掘机已经在全世界范围内得到广泛应用，成为土石方施工不可缺少的重要机械设备。1.2.1国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 工业发达国家的液压挖掘机生产较早，产品线齐全，技术成熟。美国、德国和日本是液压挖掘机的主要生产国，具有较高市场占有率。20世纪后期开始，国际上液压挖掘机的生产从产品规格上看，在稳定和完善主力机型的基础上向大型化、微型化方向发展；从产品性能上看，向高效节能化、
12、自动化、信息化、智能化的方向发展。1.2.2国内液压挖掘机的发展概况 我国从1967年开始研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WY100、贵阳矿山机器厂的W460、合肥矿山机器厂的WY60等。到20世纪70年代末80年代初，长江挖掘机厂和杭州重型机械研制成功了WY160和WY250等液压挖掘机产品。从1994年开始，美国的卡特彼勒公司、日本的神户制钢所、日本的小松制作所、日本的日立建机株式会社、韩国大宇重工、韩国现代重工业以及德国利勃海尔、德国雪孚、德国阿特拉斯、瑞典沃尔沃等公司先后在中国建立了中外合资、外商独资挖掘机生产企业，生产具有世界先进水平的多种型号和规格的液压挖掘
13、机产品。近年来我国经济增长迅速，液压挖掘机市场需求不断扩大，形成了巨大的挖掘机市场空间，但该行业主要由合资企业和外资企业所垄断。国内一些工程机械待业的上市股分公司合资的方式介入了挖掘机产业，同时国内还有众多的企业也在生产液压挖掘机，但在生产规模、品种、质量等方面与国外大公司相比还有一定差距。为了发展民族挖掘机产业，必须瞄准国际先进水平，围绕国内外两个市场，在充分利用国际化配套的国外先进技术的基础上，增强自主创新意识，掌握核心设计制造技术，发挥性价比优势，提高产品竞争力，把我国液压挖掘机产品做大做强。1.3液压挖掘机的基本类型单斗液压挖掘机可按用途及其主要装置的特征进行分类。 按液压挖掘机主要用
14、途及工作装置的不同分为通用型和专用型两种。中小型挖掘机大多数为通用型，即以挖掘土壤容重18000N/m为标准反铲斗的主要装置外，还配有适于 挖掘各种轻重土质和挖掘幅度的反铲、正铲、抓斗、装载、起重等多种可换装置。而大型液压挖掘机则以矿用正铲为主要装置外，一般亦配有挖掘轻重土、石料和各种挖掘幅度的正、反铲等装置。主要用于矿山采掘和装载、称采矿或矿用型。 按工作装置的结构不同分为铰接式和伸缩臂式挖掘机，常用者均为铰接式，伸缩臂式挖掘机因可用于平整清理场地和坡道等作业，故有挖掘平地机之称。 按行走装置的不同，液压挖掘机分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式及拖式等种类。屐带式因有良好通过性能应用最广，对
15、松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长及以浮式履带来降低接地比压。轮式挖掘机具有行走速度快，机动性好、可在城市道路通行，故近年来在中小型液压挖掘机中发展较快。汽车式、悬挂式是以汽车及拖拉机为基础机械(底盘)装设挖掘或装载工作装置的小型挖掘机。适用于城建小量土方工程及农村建筑。拖式则没有行走驱动机构，转移时由牵引车牵引，主要优点为结构简单、成本低。 按回转部分转角的不同，液压挖掘机有全回转和半回转两类。大部分液压挖掘机是全回转式的，小型液压挖掘机如悬挂式等工作装置仅能作180左右的回转，为半回转式。 按主要机构是否全部采用液压传动又分为全液压式与半液压式两种。两者区别在于半液压传动挖掘机的行走机构采用机械传动，少数挖掘机仅工作装置采用液压传动，如大型矿用挖掘机等。目前国产轮胎式液压挖掘机多采用半液压式。1.4本次设计概述 本次设计斗容量为0.3m3,全液压履带式挖掘机型号为YW0.3型，由于履带式液压挖掘机有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。1.5 论文构成及研究内容本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构组成挖掘机工作装置进行
