【正文】 機械設計（機械設計基礎） 課程設計說明書 設計題目： 正鏟 單斗 液壓挖掘機工作裝置設計 學 院： 機械工程系 專 業(yè)： 機械制造工藝與設備 班 級： 機制一班 學 號： 20217709 姓 名： 劉鑫 指導老師： 溫亞蓮 完成日期： 2021年 9月 2日 機械原理設計任務書 學生姓名 劉鑫 班級 機 制一班 學號 20217709 設計題目： 正鏟 單斗 液壓挖掘機工作裝置設計 一、設計題目簡介 正鏟挖掘機的鏟土動作形式。其 特點是 “ 前進向上，強制切土 ” 。正鏟挖掘力大，能開挖停機面以上的土，宜用于開挖高度大于 2m 的干燥基坑 ， 正鏟的挖斗比同當量的反鏟的挖掘機的斗要大一些， 其工作裝置直接決定其工作范圍和工作能力。 二、 設計數(shù)據(jù)與要求 題號 鏟斗容量 挖掘深度 挖掘高度 挖掘半徑 卸載高度 A 三 、 設計任務 繪制挖掘機工作機構的運動簡圖，確定機構的自由度，對其驅(qū)動油缸在幾種工況下的運動繪制運動線圖； 根據(jù)所提供的工作參數(shù)，對挖掘機工作機構進行尺度綜合，確 定工作機構各個桿件的長度； 用軟件（ VB、 MATLAB、 ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。 編寫設計計算說明書，其中應包括設計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。 在機械基礎實驗室應用機構綜合實驗裝置驗證設計方案的可行性。 完成日期 ： 2021 年 9 月 2 日 指導教師 溫亞蓮 摘要 正鏟挖掘機的開挖方式根據(jù)開挖路線與汽車相對位置的不同分為正向開挖、側(cè)向裝土以及正向開挖、后方裝土兩種 ， 前者 生產(chǎn)率 較高。正鏟的生產(chǎn)率主要決定于每斗作業(yè)的循環(huán)延續(xù)時間。為了提高其生產(chǎn)率，除了工作面高度必須滿足裝滿土斗的要求之外，還要考慮開挖方式和與運土機械配合。盡量減少回轉(zhuǎn)角度，縮短每個循環(huán)的延續(xù)時間。 反鏟的開挖方式可以采用溝端開挖法，即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側(cè)棄土或裝汽車運走，也可采用溝側(cè)開挖法，即反鏟停于溝側(cè)，沿溝邊開挖，它可將土棄于距 離 溝較遠的地方，如裝車則回轉(zhuǎn)角度較小，但邊坡不易控制 . 單斗液壓挖掘機主要由動臂、 斗桿、 鏟斗、動臂油缸、斗桿油缸 、鏟斗 油缸等組成。鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗桿是鉸接在動臂的頂端，由雙作用的斗桿油缸使其轉(zhuǎn)動。斗桿油缸的一端鉸接在動臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端；另一種是鉸接在斗桿的尾端。動臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)拼裝點的不同，動臂的工作長度也不同 。 一、 正鏟挖掘機自由度計算 根據(jù) 下 圖所示的挖掘機結構簡圖，我們可以對其自由度進行計算。通過對機構簡圖的分析，可以看出該工作裝置有 11 根桿件組成 ,其中包含 15 個運動副，即12 個轉(zhuǎn)動副， 3 移動副，共包含 15 個低副，沒有高副 。 自由度計算： 錯誤 !未找到引用源。 則 錯誤 !未找到引用源。 ： F=3n2PLPH=3*112*150=3 二、 挖掘機參數(shù) 計算 、液壓挖掘機基本參數(shù) 液壓挖掘機基本參數(shù)主要包括： 標準斗容量 錯誤 !未找到引用源。 ： 指挖掘Ⅲ級或密度為 錯誤 !未找到引用源。 的土壤時，代表該挖掘機登記的一種鏟斗堆積容量。 最大挖掘高度 錯誤 !未找到引用源。 ：指工作裝置處于最大舉升高度時，鏟斗齒尖到停機地面的距離。 最大挖掘半徑 錯誤 !未找到引用源。 ：在挖掘機縱向中心平面上鏟斗齒尖離機器回轉(zhuǎn)中心的最大距離。 最大挖掘深度 錯誤 !未找到引用源。 ： 指動臂處在最低位置，且斗齒尖，鏟斗與斗桿鉸點，斗桿與動臂鉸點三點在同一條垂直停機面的直線上，斗齒尖與停機面的最大距離。 最大卸載高度 錯誤 !未找到引用源。 ： 指動臂、斗桿處于最大舉升高度，翻轉(zhuǎn)卸土，斗齒尖處在最低位置時，斗齒尖到停機面的距離。 、 液壓正鏟挖掘機工作裝置機構運動學分析 動臂 AD 的位置由動臂油缸 MC 的長度 1L 決定。 1L 和動臂水平傾角 1? 之間的關系可用下式表示 ? ?112175272521 c o s2 aallllL ????? ?? （ 21） 1125721252711 2c os aall Lll ?????????? ???? ?? （ 22） 從上式看出， a11a2對 1? 的影響很大，當動臂和油缸的參數(shù)不變時， a11a2愈大動臂提升高度愈小。設動臂油缸全縮時動臂傾角為 min1? ；動臂油缸全伸時動臂傾角為 max1? ，那 么在動臂油缸由全縮到全伸，動臂總的轉(zhuǎn)角為： min1max11 ??? ?? （ 23） 為了便于運算和比較，仍用無因次比例系數(shù) ??? 、 表示，即 min1max1LL?? ；5min1lL?? ；57ll?? （ 24） 代入式 (2— 2)可以得到動臂油缸全縮和全伸時相應的動臂傾角值 112221mi n 2 1c os aa ?????????? ??? ? ? ??? （ 5） 1122221m a x 21c os aa ?????????? ??? ? ? ???? （ 26） 而動臂總轉(zhuǎn)角為 ???????? ??????????? ??? ?? ? ??? ???? 2 1c os21c os 22122211 （ 27） 動臂油缸伸縮時對 A點的力臂也在不斷變化，由圖可知 D A Ms i n5711 ???? llLe? ???????? ????? 57 2125571 571 2a rc c oss i n ll LllL lle （ 28） 顯然，當 AB? AC 時 1e 有最大值，此時 5max1 le ? ，而相應的油缸長度 1L? 為： 1L? = 2527 ll ? 此時的動臂傾角為 11275a rc c os aall ????? 若用動臂油缸相對力臂（即 )max11ee 來表示油缸長為 1L 時的力臂，則 ???????? ??? 57 21252717m a x1 1 2a rc c oss i n ll LllLle e （ 29） 綜上所述，動臂傾角 1? 、力臂 1e 和max11ee 都是 1L 的參數(shù)。 斗桿運動分析 斗桿 DJ 的位置由動臂 AD 和斗桿油缸 BE 的長度 2L 所決定。但是動臂的位置隨動臂油缸的伸縮而變化，為了便于分析斗桿油缸對頭桿位置的影響，假定動臂不動，那么斗桿鉸點 D 以及斗桿油缸在動臂上的鉸點 B 就 可以看作為固定基座。 2L 與斗桿、動臂夾角 2? 之間的關系為 ? ?34298292822 c o s2 aallllL ??????? ?? （ 210） 34982229282 2a rc c os aall Lll ?????????? ?? ???? ? （ 211） 設斗桿油缸全縮時動臂與頭桿的夾角為 min2? ，全伸時為 max2? ，那么當油缸由全縮到全伸時斗桿總的轉(zhuǎn)角為 m in2m ax22 ??? ?? （ 212） 斗桿油缸的作用力臂 2e 也是可變值 。 B E Ds i n9822 ???? llLe? )2c s cs i n( 98 2229282 982 ll LllosarL lle ????? （ 2