反铲挖掘机工作装置设计

机械设计说明书设计题目：反铲单斗液压挖掘机工作装置设计
*****
学号：********
指导老师：冯*
09工程机械2班
目录
一．机械原理设计任务书 (4)
§1.1设计题目简介 (4)
§1.2设计任务 (4)
二．单斗液压挖掘机结构简图 (6)
三．设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图) (8)
§3.1单斗液压挖掘机结构几何参数详表 (8)
§3.2斗容量为0.25 m3 的小型单斗液压挖掘机结构详细参数 (9)
四．确定下列所给满足要求的结构参数 (12)
§4.1确定长度与角度结构参数 (12)
§4.2斗形参数的选择 (15)
§4.3最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘高度的计算 (16)
§4.3.1最大挖掘深度 (16)
§4.3.2最大挖掘半径 (17)
§4.3.3最大卸载高度 (17)
五．动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定 (19)
§5.1动臂液压缸 (19)
§5.2斗杆液压缸 (19)
§5.3铲斗液压缸 (20)
六．机构自由度分析 (21)
七．仿真 (22)
八．机构搭建图 (23)
九．参考文献： (25)
十．心得和体会 (24)
完成日期：年月日指导教师
一．机械原理设计任务书
学生姓名舒康班级09工机2班学号20097588
设计题目：反铲液压挖掘机工作装置设计
§1.1设计题目简介
反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。

可以用
于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟
侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟
挖掘和沟坡挖掘等。

反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，
是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。

设计数据与要求
题号铲斗容
量挖掘深
度
挖掘高
度
挖掘半
径
卸载高度铲斗挖掘力
B 0.38 m3 4.1m 7.35 m 6.77 m 4.95 m 54.86KN
§1.2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行尺度综合，确定工作机构各
个杆件的长度；
3、用软件SOLIDWORKS对执行机构进行运动仿真，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、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。

5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。

二．单斗液压挖掘机结构简图
三．设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图) §3.1单斗液压挖掘机结构几何参数详表
§3.2 斗容量为0.25 m 3 的小型单斗液压挖掘机结构详细参数
1．动臂液压缸mm L 1109min 1= , mm L 1774max 1=, 行程665mm
斗杆液压缸L2min = 1116.8 mm，L2max = 1787 mm，行程670mm
铲斗液压缸L3min= 850mm，L3max =1360mm，行程510mm
2．选择主参数：标准斗容量（m3）为0.25 m3，机器重量（t）为6 t。

发动机功率（kw）取为59 kw。

3．主要参数：反铲最大挖掘深度（m）5.8 m。

最大挖掘半径（m）6 m。

最大挖掘力不少于（KN）160 KN。

工作次数（s）4-7次/min。

四．确定下列所给满足要求的结构参数
§4.1确定长度与角度结构参数
整机质量计算公式：
m=2179+20147q=2179+20147*0.38=9834.86kg=9.835t
以液压挖掘机的机重为指标，用以下公式近似确定：
=k li3G,
线尺寸参：L
i
根据设计中小型液压挖掘机结构参数，利用上述公式通过matlab可解得以下结构参数：
§4.2 斗形参数的选择
斗容量q 、平均斗宽B 、转斗挖掘半径R 和转斗挖掘装满转角2ϕ（取为95°）四者之间有以下几何关系：
s K B R q )2sin 2(5.02ϕϕ-⨯=
取土壤松散系数25.1=s K ，R=0.95，得B=1.018米。

转斗挖掘时挖掘米容积的土所耗的能量称为转斗挖掘能容量，用符号E 表示。

取
07.0,5.132==K K 。

得：E=)2sin 2cos 22sin 5.11002sin 2cos sin 2(232
ϕ
ϕϕ
ϕϕϕϕϕϕϕϕ-+-+--RK K B K =1.587K
式中，K ——挖掘过程中考虑其它因素影响的系数。

§4.3 最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘高度的计算
§4.3.1 最大挖掘深度
当下置动臂油缸全缩，FQV 三点同一直线并处于垂直状态时得到最大挖掘深度，如图2-49：
最大挖掘深度：A Y l l l l H --+-++=1152min 111123max 1sin )sin(ααθα
解得：min 1θ=43°
§4.3.2 最大挖掘半径
当斗杆油缸全缩，FQV 三点同一直线，而且V Y =0时可以得到停机面最大挖掘半径，如图2-7：
302240max 0l Y l X R C V +-===6.77m
C Y = h=1.3498m ,)cos()(2)(8max 323212322140αα-⨯+⨯⨯-++==l l l l l l CV l
得到：max 32α=133.6° §4.3.3 最大卸载高度
当下置动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩，QV 连线处于垂直状态时，可得到最大卸载高度，如图2-48：
臂铰离地高度系数k HO 范围0.6-0.7 取k HO =0.63，所以根据线尺寸参数：
L i =k li 3
G 得：
臂铰离地高度h=1.3498m ，
A Y = h-4l =1.3498-0.5456=0.8402m
最大卸载高度：
3
2118max 1max 322211max 11115max 3)180sin()sin(sin l l l l Y H A -----++--++= αααθαααθα解得：max 1θ=151.6 最大挖掘高度
)
180sin()()sin(sin 2118max 1max 3232211max 11115max ----+++--++=αααθαααθαl l l l Y H A
=6.41m
五．动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定
§5.1 动臂液压缸
计算m ax L ，min L ，摆角范围max 1ϕ
由上面公式解得:
max 1L = 2.294m ,min 1L =1.33m , max 1ϕ=108.6°
§5.2 斗杆液压缸
1.363603max 328640min 2=-----=αααααθ ， 120max 2=θ 由上面公式可计算出：
min 2L = 1.374m ， max 2L =2.019m ，m ax 2ϕ=83.9°
§5.3 铲斗液压缸
综合以往经验并对铲斗机构加以估算，因此给出
1353022≤≤α，
在△GMN 中，由余弦定理可计算得到：
min 3L = 1.183m ， max 3L =1.844m
六．机构自由度分析
计算机构自由度：
H L P P n F --=23
活动构件数n =11，单铰数13个，复铰1个，所以,L P =15，H P =0，由上面公式可得自由度F =3×11—2×15=3
七．仿真
八．机构搭建图
九．心得和体会
一开始拿到题目后，脑袋一片空白，由于图书馆此书藏量有限，很多书已被借完，然后我在网上找到有关单斗液压挖掘机的教材和一些相关论文，然后详细研究，再加以总结，不断改进，终究在很多努力下，得以解出具体参数，接下来运用solidworks进行仿真，我在仿真上耗费了大量时间，终于能够实现其运动，但是最终遇到了一个大难题，运用solidworks中的motion插件进行运动分析时，始终出现错误，软件所列出的错误，而运动模型中根本不具有，因为模型的仿真运动并没有出现任何问题，我尝试过很多次，向很多同学请教过，但是还是没结果，因此未能画出输出机构的位移、速度、和加速度线图，请冯老师多多指教！
十．参考文献：
1.同济大学,太原重型机械学院等编著. 单斗液压挖掘机. 北京：中国建筑工业
出版社.1983:P59-111
2.唐金松主编. 简明机械设计手册. 上海：上海科学技术出版社. 2000：P41-73
3.冯鉴，何俊，雷智翔主编. 机械原理. 四川：西南交通大学出版社.
2008:P11-18
4.何挺继，朝勇主编. 现代公路施工机械. 北京：人民交通出版社. 1999:P66-74。