20吨履带式单斗液压挖掘机工作装置三维设计

毕业论文（设计）题目：20吨履带式单斗液压挖掘机工作装置三维设计

摘要

挖掘机械是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。液压挖掘机的工作装置是直接完成挖掘任务的装置，它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成；其工作过程是由动臂的上升下降，斗杆的伸出和回收，铲斗的挖土和卸土，以及上部平台的360°回转等动作组成。从外观上看，挖掘机主要由工作装置、上部转台和行走机构三部分组成。

本论文主要对挖掘机进行工作装置设计。首先，提出整机的方案并初步确定各部件的结构尺寸，进而完成了动臂、斗杆、铲斗等部件的结构设计，并对工作装置各部件进行了各铰点之间的距离计算和校核以及挖掘机作业范围的计算。最后，运用solidworks三维软件绘制了挖掘机的整体三维效果图，实现了挖掘机的三维动画。

关键词：挖掘机，工作装置，solidworks三维软件

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excavatorunit目录

1 绪论 (4)

1.1选题的目的及意义 (4)

1.2挖掘机工作原理概述 (5)

1.3国内外研究现状 (6)

1.4课题研究方法 (7)

1.5论文构成及研究内容 (8)

2 挖掘机工作装置设计 (8)

2.1工作装置构成 (8)

2.2动臂及斗杆的结构形式的初选 (9)

2.3动臂与动臂油缸的布置 (10)

2.4铲斗与铲斗油缸的连接方式 (10)

2.5铲斗的结构选择 (10)

2.6原始几何参数的初定 (11)

3 工作装置运动分析 (12)

3.1动臂运动分析 (12)

3.2斗杆的运动分析 (13)

3.3铲斗的运动分析 (14)

3.4特殊工作位置计算 (19)

4 工作装置的设计计算 (21)

4.1斗形参数的确定 (21)

4.2动臂机构参数的确定 (22)

4.2.1 α与A点坐标的选取 (22)

4.2.2 l1与l2的计算 (22)

4.2.3 l41与l42的计算 (22)

4.2.4 l5的计算 (22)

4.3斗杆机构基本参数的确定 (24)

4.4铲斗机构基本参数的确定 (25)

4.4.1 转角范围 (25)

4.4.2 铲斗机构其它基本参数的计算 (25)

5三维实体设计 (27)

5.1 SOLIDWORKS三维软件简介 (27)

5.2挖掘机实体建模 (27)

5.2.1绘制出零部件 (27)

5.2.2 装配部件 (28)

5.4分析运用SOLIDWORKS软件得到的结果 (28)

结论 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

1 绪论

1.1选题的目的及意义

挖掘机械是一种集土方挖掘、装载、平整、拆除、抢险等作业的工程机械，广泛应用于各类土石方工程施工、民用建筑、道路建设和市政工程场所，在工程机械中占据着举足重要的地位。

据统计，世界范围内各种土方工程约有60～70%的土方工作由挖掘机械来完成的。因此，在世界范围内，挖掘机也是产销量最大、应用最多的一类工程机械。尤其近年来我国挖掘机械的产销量每年均有15～30%的爆炸式增长，2010年更是达到了惊人的74.5%的增长。可以说挖掘机械式工程机械行业中最重要的机种之一，工程机械之王，甚至可以说得

液压挖掘机与其他工程机械相比，具有更高作业效率、更加节能特点，其科技含量和信息化程度高，是工程机械中技术难度大，具有标志性的重要产品之一，它的制造技术水平和生产能力反映了国家的工程机械的整体水平，不夸张的说也反映了国家的装备制造业水平。

液压挖掘机是结构复杂的终端机械产品，整机的零部件高达2000多种3000多件，覆盖机械、液压传动、冶金、石油化工、电气等多行业。它的发展将全面带动相关产业的快速发展，为国民经济增长起到相当重要的促进意义

中国挖掘机行业从形成、发展到壮大，成为世界工程机械大国，经历了短短的40余年，特别是改革开放30年来，发展尤为迅速，以液压挖掘机为例，1993年我国液压挖掘机总销量为2349台，17年后的2010年我国液压挖掘机的总销量高达165000台，17年增长60倍，2010年更是达到了同比增长74.5%惊人速度。2010年12月，国内主要23家主要挖掘机制造公司实际累计销售挖掘机13500台，打破历年12月销售记录；在过去的2010年，我国挖掘机行业延续了上年发展态势，在政府加大基建投资、推进城镇化建设等多种政策叠加效应的作用拉动下，实际累计销售总量超过165000万台，销量再创新高。

据中国挖掘机械网CEMA中国市场挖掘机实销量数计库统计，2010年中国自主品牌挖掘机实际累计销售挖掘机47600台，较去年同期大幅增长92%，远高于行业平均增长水平。自主品牌占当年挖掘机销售总量的28.74%，比上年提高2.72%。2010销售最大占第一位的是江苏省，其余依次是四川、安徽、山东、内蒙、排名与往年不大。再从国内市场分十大用户行业来说，公路建设挖掘机需求量占全年销售量的18.7%，矿山开采占18.4%，市政建设（包括房地产业）占25.3%，这三大行业占了总需求量60%以上，未来这三大行业将继续发展，铁路建设、水利水电等行业将作为重点发展行业需求前景看好。

从2010年开始，随着经济的逐步复苏，公路建设、房地产建设、铁路建设等领域直接拉动了对挖掘机的需求。受国家推动的大规模基建计划和房地产行业投资景气的影

响，中国挖掘机市场将会有进一步的增长。未来挖掘机行业前景看好，中西部地区和东北地区随着经济建设的加快和施工项目的增多，对挖掘机的需求量也将逐年增大。

在过去10年，伴随着中国经济长期持续的高速增长，中国市场对挖掘机的需求不断攀升，成为当今全球最大的、赢利水平最好和竞争最激烈的市场之一。全球挖掘机制造商的未来也因此与中国市场紧密的联系在一起。随着全球挖掘机市场新格局的形成，可以预见的是，中国的挖掘机市场也逐渐成为一股影响全局的力量。

2010年，挖掘机引领了工程机械行业“新潮流”，在国内固定资产投资和房地产开发较快增长的背景下，工程机械行业呈现高速增长态势，挖掘机表现尤为突出，业内人士普遍对2011年的挖掘机增长前景看好。2011年虽然房地产面临国家调控的压力，但高铁、保障性住房、水利等领域的基础建设仍将给挖掘机带来较大的增长机会，国产品牌的增速将明显高于行业平均水平。

中国工程机械行业必须具有长远眼光，在积极攻占内地市场同时，加快对海外工程机械市场的进军步伐，加快节能减排步伐，在危机中不断寻找企业转型发展的新契机。核心零部件受制于人始终是国产挖掘机的短板。液压泵、液压阀、马达、液压油缸甚至发动机等主要零部件的供应常常控制在少数几家供应商手中，它们根据自己公司的生产情况量产，并非随着制造商产量的增长扩大生产。关键零部件短缺，仍是国内品牌的主机制造企业心中的“痛”。所以，大投入和研发、攻国内外市场、核心技术和关键零部件的科研上取得突破对国内挖掘机品牌来说其重要意义不言而喻，是我们努力的方向和目标

1.2挖掘机工作原理概述

液压挖掘机的工作装置是直接完成挖掘任务的装置，它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。其工作过程是由动臂的上升下降，斗杆的伸出和回收，铲斗的挖土和卸土，以及上部平台的360°回转等动作组成。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地，也可改用电动机。液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成挖掘机的挖掘、满斗举升回转、卸载、空斗返回等各种工况动作。