挖掘机工作装置设计课程设计

Completed a good course design as a student of engineering machinery, seriously, help summarize and understanding of the theoretical knowledge of professional courses and training students for engineering complex issues of observation, analysis and judgment.
2.1.3 建立坐标系
如图2-1，以回转中心投影到停机面的点为原点，工作装置伸展方向为Y轴方向，铅垂方向为Z轴方向建立直角坐标系。
表2.2 反铲工作液压缸运动参数
液压缸种类
参数意义
特性参数
动臂液压缸
L1/E1
L1min/E10=1666
L1max/E1z=2844
=L1max/L1min=1.7
斗杆液压缸
转台底部离地高
0.40
0.37-0.42
臂铰离回转中心
0.15
0.1-0.2
臂铰离地高度
0.63
0.6-0.7
臂铰与液压缸臂距
0.30
0.25-0.32
关于尺寸参数可按下式近似求的:
(2-8)由于机重G=20t，由表2.3可查得出：
Keywords: Hydraulic excavator，backhoe，working device，design
第1章 工作装置设计原则
设计合理工作装置应满足以下要求：
1.主要工作尺寸及工作范围满足使用要求。在设计反铲装置时要考虑与同类型机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，并注意到运动参数受机构碰撞限制等的可能性。
2.整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并且有一定的先进性。
3.功率利用尽可能好，理论工作循环时间尽可能短。
4.定铰点布置结构形式和截面尺寸形状是尽可能使受力状态有利，在保证强度，刚度和连结刚性的条件下尽量减轻结构自重。
5.作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性，采用变铰点结构或配套机构时，要注意分清主次。要满足使用要求的前提下，力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。
本次课程设计题目是20t轮式单斗液压挖掘机反铲工作装置。主要方法是应用比拟法和解析法，对工作装置机构的几何参数和各铰点位置进行初选，然后对动臂缸在典型工况下的举升力、液压缸闭锁力进行验算，对铲斗缸和斗杆缸及相应的整机的理论挖掘力进行了计算；对动臂，斗杆，铲斗连杆进行受力分析，了解其受力情况。在满足工作范围的和挖掘动力的前提下，绘制了挖掘包络图。
L2/E2
L2min/E20=1673
L2max/E2z=2844
=L2max/L2min=1.7
铲斗液压缸
L3/E3
L3min/E30=1700
L3max/E3z=2550
=L3max/L3min=1.5
第一类参数是决定运动机构运动特性的必要参数，称原始参数，主要为长度参数；第二类参数为推导出来的参数，称推导参数；第三类参数是作方案比较所需的其它特征参数。
2.1 总体方案的
2.1.1 反铲工作装置结构选择
1、动臂及动臂缸的布置
确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式，整体式动臂的形状，确定液压缸的布置为悬挂式或为下置式。(此处选择整体式弯动臂，液压缸下置式)。
2合式动臂的组合方式或整体式斗杆是否采用变节点调节。（此处采用整体式，非变节点调节）。
主要技术指标(或研究目标)
整机重量：20t；反铲斗容量0.8m3；要求实现最大挖掘高度8603mm，最大挖掘深度8124mm，最大挖掘半径11998mm，最大卸载高度6723mm。对工作装置的参数和几何构进行研究；对液压缸闭锁力进行验算，采用合适的方法调整使其达到要求；主要工作尺寸误差不得大于3%。
The curriculum design topics 20t wheeled single bucket hydraulic excavator backhoe working device. The main method is the application of analogy method and analytic method, the geometric parameters of the working device and hinge point position primaries, and then checking the locking force of the lifting force of the typical operating conditions, the hydraulic cylinder boom cylinder, the bucket cylinder and arm cylinder and the whole theory of digging force calculation; boom, arm, bucket linkage stress analysis to understand the circumstances of its force. Meet the scope of work and digging powered premise, draw the mining envelope diagram.
主要研
究内容
1）工作装置结构方案设计；
2）确定工作装置铰接点几何位置参数使其满足主要工作尺寸；
3）工作装置运动分析；
4）绘制挖掘包络图并标出主要工作姿态和动臂、斗杆、铲斗的转角范围；
5）确定工作油缸主参数及闭锁压力；
6）计算典型工况的整机理论最大挖掘力和并对工作装置进行受力分析。
研究方法
采用比拟法求解各构件参数，静力学原理和机构几何学原理，对挖掘工作装置进行运动分析、受力分析。
图2-1 反铲机构自身几何参数的计算简图
表2.1 反铲机构自身几何参数
参数分类
机构参数组成
铲斗
斗杆
动臂
机体
符号意义
原始参数
L3=QV=1241,L13=MN=797L14=HN=797,L24=QK=476L25=KV=1707,L2=KH=571
L2=FQ=2737,L9=CD=2975
L10=FG=595，L11=EG=952
3、确定动臂与斗杆的长度比，特性参数 =1.8。
4、确定铲斗的种类、斗容量及主要参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。
此处采用标准铲斗，斗容为0.8m3，平均斗宽1.05m，六连杆共点机构。
5、根据液压系统工作压力、工厂制造条件和三化的要求等确定各液压缸的缸数、缸径、全伸长与全缩长之比λ。
2.1.2 反铲工作装置自身几何参数
（2-4）
（2-5）
F点的X坐标方程： （2-6）
F点的Y坐标方程： （2-7）
2.2
反铲工作装置是几组连杆机构的组合。在发动机功率、机重和斗容量等主参数以及工作装置结构形式既定的情况下，连杆机构铰点位置和油缸参数选择是否得当，会对挖掘性能和生产率带来很大影响，下面就动臂、斗杆、铲斗三大机构进行讨论。
说明书1.5万字以上，包络图1张A3。
教
研
室
意
见
同意
教研室主任（专业负责人）签字：
2011年3月13日
说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。
摘 要
轮式液压挖掘机在工程建设项目的土石方挖掘中起到了关键性的作用，在城市道路建设及维护中体现出了其与履带式挖掘机相比的优越性。反铲工作装置设计主要工作对象是地面以下土石方，在工程建设及维护应用中最为普遍。设计目的是让学生对挖掘机工作装置的工作原理、元件的选型方法、设计方法有更具体的理解，熟悉设计的流程，培养理论结实际的工程设计思维。
2.2.1 设计的主要要求
1、满足作业尺寸和挖掘范围（几何尺寸）；
2、满足提升力和闭锁要求（性能）；
3、结构布置及结构型式要合理紧凑，无干涉，无功率浪费。
2.2.2 动臂机构设计的内容及步骤
1、动臂下铰点C位置坐标的确定。
表2.3 机体尺寸和工作尺寸经验系数表[3]
机 体 尺 寸 系 数
名称
推荐值
范围
α2=∠BCF=28.5
α3=∠DFC=15.3
α11=∠CAP=60
特性参数
K2=L24/L3=0.384
L3=1241
K5=L2/L9=0.92
L2=2737
σ=L7/L5=0.3
α11=60°
K1=L1/L2=1.8
备注
L2为斗杆长
L1为动臂长
α1为动臂转角
下置式
α11=∠ACV
注：表2.1数据均为参考厦门桥箱QXW120轮式液压反铲挖掘机，用比拟法得来。
6.运输或停放时，工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠，并尽可能使液压缸卸载或减载。
7.工作装置液压缸应考虑三化：采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件。
8.工作装置结构形式和布置要便于装卸和维修，尤其应便于易损件的更换。
9.要采取合理措施来满足特殊使用要求。
第2章 反铲工作装置
反铲工作装置的工作原理，是动臂、斗杆、铲斗通过铰接的方式联系在一起，由动臂缸、斗杆缸和铲斗缸的伸长和缩短以驱动整个工作装置上的各点在平面坐标系内移动（尤其是铲斗），以期达到工作时的使用要求。
反铲工作装置总体方案的选择主要依据设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件的性能。
太原科技大学