学士学位论文--挖掘机工作装置设计

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1、挖掘机工作装置设计郑州科技学院本科毕业设计(论文)题 目 挖掘机工作装置设计 学生姓名 王利军 专业班级 机械设计制造及其自动化 08级本科(6)班 学 号 200833467 院 (系) 机械工程学院 指导教师(职称)陈长庚 工程师 完成时间 2012年 5 月 16 日 挖掘机工作装置设计摘 要单斗挖掘机是一种重要的工程机械,广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中,对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。随着国家经济建设的不断发展,单斗挖掘机的需求量将逐年大幅度增长,其在国民经济建设中的

2、作用将越来越显著。反铲装置作为单斗挖掘机工作装置的一种主要形式,在工程实践中占有重要地位。反铲装置的各组成部分有各种不同的外形,要根据设计要求选用适合的结构并对其作运动分析。然后,在满足机构运动要求的基础上对各机构参数进行理论计算,确定各机构尺寸参数,确定挖掘机反铲装置的基本轮廓。挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘机性能参数的重要性能指标,对其分析计算至关重要。挖掘阻力主要与挖掘对象及自身尺寸参数有关,而挖掘力则受众多条件限制,危险工况的分析是关键点。在挖掘力分析基础上,可对各杆件铰接点进行力的分析计算,并进行机构设计的合理性分析。关键词:单斗挖掘机 运动分析 力学分析 强度校核 SINGLE DOU

3、 EXCAVATOR WORKING DEVICE DESIGNABSTRACTSingle d o u excavator is a kind of important engineering machinery, widely used in building, road engineering, water conservancy construction, forestry development, port construction, national defense construction and the conditions of fortifications mining e

4、xtraction industries, to reduce heavy manual labor, ensuring the quality of projects and accelerate the construction speed and improve labor productivity plays an enormous role. With the continuous development of national economic construction, d o u excavator demand will greatly increase year by ye

5、ar, its role in national economic construction will become more and more prominent.The shovel device as a single d o u excavator working device of a main form in engineering practice, occupies an important position. The shovel device of each component of a variety of different shape, according to th

6、e design requirements for the selection of the structure and kinematic analysis. Then, on the basis of the requirement of motion parameters of various institutions, organizations, and determine the size parameters of the shovel device determine excavator basic outline.Digging resistance and mining f

7、orce is the important measure excavator performance parameters on its performance index analysis, calculation is very important. Digging resistance with mining and relevant parameters, and their size by numerous dig power restriction, dangerous working conditions, the analysis is the key point. Base

8、d on the analysis in the mining strength to the bar on the pivotal point force calculation and analysis and the rationality of the design. KEY WORDS: Single d o u excavator, Motion analysis, Mechanics analysis,Strength CheckI目录摘 要IABSTRACTII1绪论11.1课题背景及目的11.2国内外研究状况11.3 课题研究方法21.4 论文构成及研究内容22总体方案设计3

9、2.1 工作装置构成32.2 动臂及斗杆的结构形式52.3 动臂油缸与铲斗油缸的布置52. 4 铲斗与铲斗油缸的连接方式62.5 铲斗的结构选择62.6 原始几何参数的确定73 工作装置运动学分析93.1 动臂运动分析93.2 斗杆的运动分析103. 3 铲斗的运动分析113.4 特殊工作位置计算:154基本尺寸的确定194.1 斗形参数的确定194.2 动臂机构参数的选择204.2.1 1与A点坐标的选取204.2.2 l1与l2的选择204.2.3 l41与l42的计算204.2.4 l5的计算204.3 动臂机构基本参数的校核224.3.1 动臂机构闭锁力的校核224.3.2 满斗处于最

10、大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核244.3.3 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩的校核254.4 斗杆机构基本参数的选择264.5 铲斗机构基本参数的选择274.5.1 转角范围274.5.2 铲斗机构其它基本参数的计算275工作装置结构设计295.1斗杆的结构设计295.1.1 斗杆的受力分析295.1.2 结构尺寸的计算395.2动臂结构设计415.2.1第一工况位置415.2.2 第二工况位置:465.2.3内力图和弯矩图的求解:495.3 铲斗的设计555.3.1铲斗斗形尺寸的设计555.3.2铲斗斗齿的结构计算:565.3.3 铲斗的绘制:566 销轴与衬套的设计586.1 销轴的

11、设计586.2 销轴用螺栓的设计:596.3 衬套的设计:597 结论60致谢61参考文献611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。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂

12、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方面都作了较深入的研究,具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式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还只是一个学步的孩子,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国内外研究状况当前,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。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

13、国外的一些先进的生产率较高的挖掘机型号1。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;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,单斗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

14、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。1.3 课题研究方法本文作者对三一重工生产的SANY200C进行现场测绘,取得了工作装置的大体数据资料。再结合同济大学出版的单斗液压挖掘机,利用旋转矢量法和力学知识分别对单斗液压挖掘机的工作装置进行运动学分析和力学计算。根据运动学分析和力学计算的结果得到工作装置的基本尺寸和结构尺寸。然后用CAD软件进行二维和三维图的绘制。1.4 论文构成及研究内容本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴

15、、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分:(1) 挖机工作装置的总体设计。(2) 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。(3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。(4) 工作装置主要部件的结构设计。(5) 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。2总体方案设计2.1 工作装置构成1-斗杆油缸;2- 动臂; 3-油管; 4-动臂油缸; 5-铲斗; 6-斗齿; 7-侧板;8-连杆; 9-曲柄: 10-铲斗油缸; 11-斗杆.图2-1 工作装置组成图 图2-1为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图,如图所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1, 4,10等组成。动臂下铰点铰接在转台上,通过动臂缸的伸缩,使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使

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