正铲单斗液压挖掘机工作装置设计

机械设计课程设计

设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计院系：机械工程学院

专业：机械105班

姓名：刘祖兵

学号： 230

指导教师：陈立新

机械原理设计任务书

学生姓名刘祖兵班级机械105班学号 230 设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计

一、设计题目简介

正铲挖掘机的铲土动作形式。其特点是“前进向

上，强制切土”。正铲挖掘力大，能开挖停机面以上

的土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，正铲的

挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些，其工作

装置直接决定其工作范围和工作能力。

二、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

D

三、? 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。

完成日期： 2014 年 3 月 16 日指导教师陈立新

一、概述

正铲挖掘机的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种，前者生产率较高。正铲的生产率主要决定于每斗作业的循环延续时间。为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合。尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距离沟较远的地方，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制.

单斗液压挖掘机的正铲结构如图所示，主要由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等组成。铲斗的斗底利

用液压缸来开启，斗杆是铰接在动臂的顶

端，由双作用的斗杆油缸使其转动。斗杆油

缸的一端铰接在动臂上，另一端铰接在斗杆

上。其铰接形式有两种：一种是铰接在斗杆

的前端；另一种是铰接在斗杆的尾端。动臂

均为单杆式，顶端呈叉形，以便与斗杆铰接。

动臂有单节的和双节的两种。单节的动臂有

长短两种备品，可根据需要更换。双节的动

臂则由上、下两节拼装而成，根据拼图液压正铲挖掘机

装点的不同，动臂的工作长度也不同。

二、正铲挖掘机自由度计算

根据图所示的挖掘机结构简图，我

们可以对其自由度进行计算。通过对机

构简图的分析，可以看出该工作装置有

9根杆件组成,其中包含12个运动副，

即9个转动副，3移动副，共包含12

个低副，没有高副。图正铲液压挖掘机结构简图

自由度计算：

则：

三、挖掘机参数设计

1、液压挖掘机基本参数

液压挖掘机基本参数主要包括：

标准斗容量：指挖掘Ⅲ级或密度为的土壤时，代表该挖掘机登记的一种铲斗堆积容量。

最大挖掘高度：指工作装置处于最大举升高度时，铲斗齿尖到停机地面的距离。

最大挖掘半径：在挖掘机纵向中心平面上铲斗齿尖离机器回转中心的最大距离。

最大挖掘深度：指动臂处在最低位置，且斗齿尖，铲斗与斗杆铰点，斗杆与动臂铰点三点在同一条垂直停机面的直线上，斗齿尖与停机面的最大距离。

最大卸载高度：指动臂、斗杆处于最大举升高度，翻转卸土，斗齿尖处在最低位置时，斗齿尖到停机面的距离。

2、机构设计

该挖掘机工作装置为正铲装置，采用如下结构方案

（1）采用整体式弯动臂，动臂油缸下置式。

（2）采用整体式斗杆。

（3）动臂与斗杆的长度比，即特性参数。

（4）油缸最大长度与最小长度的长度比：，i表示驱动油缸。

（5）铲斗挖掘时与停机面的所成的为，其中。

3、动臂、斗杆的长度参数设计

铲斗容量q挖掘深度(m)挖掘高度(m)挖掘半径(m)卸载高度H(m)

根据已知工作参数，就市场上现有各种型号的挖掘机进行调查，发现标准斗容为或在左右的挖掘机，只有5家公司的12个型号符合。其中7个型号为反铲挖掘机。下表为正铲液压挖掘机的参数：

品牌型号标准斗容（斗容范围）挖掘深度m挖掘高度m挖掘半径m卸载高度m 小松PC1250-74（）

邦立重机CED750-7（）

邦立重机CED650-64（）

邦立重机CE750-7（）

邦立重机CE650-64（）

表 1

其中邦立重机CED750-7和邦立重机CED650-6是电动液压挖掘机，在这里也就不考虑。经过参数的对比，邦立重机CE650-6的参数与题目参数最接近，所以这里我选择邦立重机CE650-6的参数进行设计。

邦立重机CE650-6的参数如下表：

整机重量46

标准斗容

最大挖掘半径mm8260

最大挖掘深度mm2440

最大挖掘高度mm9240

最大卸载高度mm6630

斗杆最大推压力kN243

铲斗最大破碎力kN230

表 2

根据[2]中的公式以及表1-3可知：

相关系数

斗杆长

名称系数代号推荐值范围所选值