【正文】 液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計畢業(yè)論文目錄1 緒論 1 1 1 1 2 4 42 總體方案構(gòu)思 6 6 6 73 動力系統(tǒng)的設(shè)計 8 牽引力和牽引功率的平衡 8 8 9 10 11 單斗液壓挖掘機(jī)對柴油機(jī)的基本要求 11 發(fā)動機(jī)功率的確定 124 工作裝置的設(shè)計 15 工作裝置總體方案的選擇 15 工作裝置的總體結(jié)構(gòu) 15 16 17 17 18 20 20 液壓缸工作行程的確定 21 設(shè)計的合理性分析 22 22 挖掘力的計算 22 主工作裝置的強(qiáng)度校核 245 行走裝置的設(shè)計 33 行走裝置的選型 33 行走裝置的設(shè)計 34 34 38 41 44 4臺車架、底架的設(shè)計 486 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計 49 49 50 50 51 51 537 推土鏟的設(shè)計 54 54 54 54 55 切削刃的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 57 頂推架的結(jié)構(gòu) 57 推土鏟液壓缸的選取與鉸點位置的確定 578 整機(jī)穩(wěn)定性 60 60 619 使用與維護(hù)說明 63 63 63 63 64 64 64 65 65 6510 結(jié)論 67參考文獻(xiàn) 68附錄：圖紙清單及編號 69致謝 70 第 75 頁1 緒論小型多功能液壓挖掘機(jī)（以后簡稱小挖），或指機(jī)重在8T以內(nèi)的挖掘機(jī)產(chǎn)品，產(chǎn)品歸類為小型工程機(jī)械，在世界工程機(jī)械市場，屬銷量最大的工程機(jī)械產(chǎn)品之一。其主要適用場合為公路養(yǎng)護(hù)、園林綠化、小區(qū)建設(shè)、市政工程及農(nóng)田建設(shè)等。小挖機(jī)動能力強(qiáng)、體積小，適合于各種土方量分散、作業(yè)范圍狹窄的工況。路養(yǎng)護(hù)已經(jīng)常規(guī)化，園林綠化有序進(jìn)行，小區(qū)建設(shè)工程漸增，市政工程不斷升級，農(nóng)田建設(shè)正趨向機(jī)械化，小挖的應(yīng)用優(yōu)勢恰得其所地得以發(fā)揮。它與挖斗、推土鏟、液壓破碎錘等多種作業(yè)裝置配套使用后，具有挖掘、裝載、清溝、破碎等多種功能。小型無尾液壓挖掘機(jī)的尾部長度為零，可以在狹窄地段方便的作業(yè)。受施工場地限制較少，在建筑物間、城市道路、園林綠化、挖掘溝槽等小型土方施工中比大中型挖掘機(jī)更有優(yōu)勢，即使在僅靠墻根時也能方便的進(jìn)行回轉(zhuǎn)和挖掘，與大型挖掘機(jī)相比，小型挖掘機(jī)設(shè)備的購買投入較少，使用成本相對較低。由于我國目前正處于全面開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段，沿海地區(qū)正趨于基礎(chǔ)建設(shè)逐步完善階段，小挖應(yīng)用的市場環(huán)境日益擴(kuò)展并呈現(xiàn)可以預(yù)見的強(qiáng)勁后市，此時對小挖進(jìn)行一些理論聯(lián)系實際的研究顯然具有重要的現(xiàn)實意義和長遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。挖掘機(jī)的動力、底盤、和主工作裝置設(shè)計的好壞很大程度上決定著挖掘機(jī)的整體性能，本課題在這些方面進(jìn)行了研究。此外，為了適應(yīng)挖掘機(jī)多功能化的需要，本課題還進(jìn)行了附屬推土鏟的設(shè)計。國內(nèi)挖掘機(jī)市場比裝載機(jī)等工程機(jī)械起步晚，小挖則更晚。盡管近幾年小挖在國內(nèi)市場的發(fā)展速度很快，主要生產(chǎn)廠家已近20余家，市場銷量增長率很高，但仍處于啟動階段。在國內(nèi)小挖生產(chǎn)企業(yè)中，以廣西玉柴為首，山河智能、江西南特、山東臨挖、杭州軍聯(lián)等企業(yè)組成的中國小挖團(tuán)隊已經(jīng)出具規(guī)模。，并占有國內(nèi)市場的主要份額，且略有出口。國內(nèi)小挖目前的整體技術(shù)水平處于國際二十世紀(jì)八十年代末九十年代初水平，與國外先進(jìn)技術(shù)的差距主要體現(xiàn)在整機(jī)匹配、微操作性能、維修性、可靠性及外觀質(zhì)量上?，F(xiàn)階段我國的挖掘機(jī)仍處于仿制階段，缺乏自主開發(fā)能力和發(fā)掘自身優(yōu)勢的意識。目前國產(chǎn)品牌的優(yōu)勢仍主要建立在價格優(yōu)勢和服務(wù)優(yōu)勢上，技術(shù)上還無法與國際先進(jìn)水平相提并論。未來的發(fā)展將在很長一段時間內(nèi)受制于兩大主要配件，一是動力，二是液壓件。國產(chǎn)動力要抗衡進(jìn)口動力尚需時日，而國產(chǎn)液壓件取代進(jìn)口液壓件更需巨大努力。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、 m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。（1）開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要， m3。另外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。（2）迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機(jī)綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。（3）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費。還安裝了CAPS（計算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。（4）更新設(shè)計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運轉(zhuǎn)率達(dá)到85%95%，使用壽命超過1萬小時。（5）加強(qiáng)對駕駛員的勞動保護(hù)，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。（6）進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個互不成影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速成運動。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。（7）迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動控制技術(shù)。隨著對挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀(jì)80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動機(jī)自動怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)?？傊?，國外小挖目前水平與發(fā)展動向國外小挖目前水平完全可以稱之為漸趨完美、漸入佳境，其功能的可靠性，操作的流暢性和舒適性不必詳述，即使其駕駛室內(nèi)的美觀與質(zhì)感也幾可與國產(chǎn)轎車蓖美。國外小挖目前的發(fā)展動向主要體現(xiàn)在：以一機(jī)多能為目標(biāo)的多功能化；以提高操作性能為目標(biāo)的智能化；以節(jié)能為目標(biāo)的功率模式控制；以動態(tài)設(shè)計分析為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計；以人為本的駕駛室設(shè)計；基于微電子技術(shù)的自動監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。本次所設(shè)計的挖掘機(jī)為無尾式小型液壓挖掘機(jī)。設(shè)計的內(nèi)容為總體設(shè)計，主要包括主工作臂的設(shè)計、底盤行走系統(tǒng)的設(shè)計和推土鏟的設(shè)計?？傮w設(shè)計的優(yōu)劣決定了其它零部件設(shè)計的質(zhì)量，也決定了整機(jī)的性能。合理的、全面的總體設(shè)計是整個設(shè)計任務(wù)順利完成的保證。因此，對整體設(shè)計必須從一個更高的層次出發(fā)，對整體設(shè)計必須提出更高的要求?？傮w設(shè)計主要是對小型無尾液壓挖掘機(jī)進(jìn)行深入地分析，并提出切實可行的方案，對整體參數(shù)、整體布局、整體結(jié)構(gòu)、整機(jī)系統(tǒng)及其主要零部件進(jìn)行設(shè)計計算，最后再將其建模裝配。在整體設(shè)計中，主工作裝置的設(shè)計、底盤行走系統(tǒng)的設(shè)計是最重要的，也是整機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵所在。因為對于整個挖掘機(jī)而言，主工作裝置和底盤行走系是整個機(jī)器工作的前提和保證，它將決定整個機(jī)器的性能和質(zhì)量。主工作裝置的設(shè)計必須考慮全面，比如外形尺寸、形狀、鉸點布置、工作過程中不能相互干涉、強(qiáng)度、剛度等等。而對于底盤行走系統(tǒng)，履帶式比輪式更加穩(wěn)定，轉(zhuǎn)彎半徑更小，接地比壓更大，附著性能更好，結(jié)構(gòu)布置更加緊湊，執(zhí)行操作更加方便。此次設(shè)計的主工作裝置主要采用反鏟裝置，動臂部分主要采用整體式彎動臂，這樣有利于得到較大的挖掘深度。斗桿部分主要采用整體式直動斗桿；鏟斗部分采用道側(cè)齒的鏟斗。底盤行走系采用履帶式行走底盤，在設(shè)計底盤過程中盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，以便更換方便。對于挖掘機(jī)的整體設(shè)計，其難點是主工作裝置和底盤行走系的設(shè)計。主工作裝置是整個機(jī)器的工作部分，它直接影響到整機(jī)的工作性能。它主要由動臂、斗桿、動臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸組成。對于動臂、斗桿和鏟斗的外形尺寸、形狀、空間結(jié)構(gòu)布局，主要是根據(jù)CASE系列及山河智能無尾式小型液壓挖掘機(jī)類比來確定，最后經(jīng)計算證明其設(shè)計也基本上滿足要求，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。底盤行走系是整個機(jī)械機(jī)體的支撐，它設(shè)計的好壞直接影響到整機(jī)的穩(wěn)定性能和行使性能。對于底盤行走系，主要是由“四輪一帶”、履帶架和X型機(jī)架組成。我們經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研后決定采用全液壓挖掘機(jī)的底盤，即全液壓驅(qū)動、轉(zhuǎn)向和制動。全液壓可以使其工作更方便，操作也更方便，還可以快捷順利地實現(xiàn)無級變速。這次設(shè)計所采用的主要設(shè)計手段是數(shù)值計算和計算機(jī)繪圖（包括SolidWorks和清華天河2002）等。設(shè)計方法主要采用類比法和傳統(tǒng)法。首先對整機(jī)所要求達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)進(jìn)行分析和設(shè)定，再對機(jī)體中具有決定作用的零部件進(jìn)行正確的分析，發(fā)現(xiàn)整個設(shè)計中的技術(shù)難點和解決問題的核心，從而找到相應(yīng)的解決問題的方法，最終使問題得以解決。2 總體方案構(gòu)思在設(shè)計之初必須明確設(shè)計的基本工作原理。對于一般的工程機(jī)械來說，都必須包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、底盤行走系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)這五大基本系統(tǒng)（見圖21所示）。動力系統(tǒng)主要采用的是柴油發(fā)動機(jī)，其原因是由于它具有燃料經(jīng)濟(jì)性好、工作可靠、功率大、排氣污染小等一系列優(yōu)點；工程機(jī)械的傳動系統(tǒng)主要類型包括機(jī)械傳動、液力機(jī)械傳動、液壓傳動和電傳動等四種形式；底盤行走系統(tǒng)主要有輪式和履帶式兩種類型，此外還有步履帶式行走機(jī)構(gòu)等。操縱控制系統(tǒng)一般包括底盤操縱系統(tǒng)和工作裝置操縱系統(tǒng)兩個部分。執(zhí)行系統(tǒng)主要包括各種類型的工作裝置和機(jī)構(gòu),其類型多種多樣。只要確定了這五大基本系統(tǒng)，就可以確定基本的設(shè)計方案。 五大基本系統(tǒng)圖根據(jù)實際調(diào)研結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外工程用液壓挖掘機(jī)的相關(guān)資料，經(jīng)過認(rèn)真分析總結(jié)，又根據(jù)設(shè)計的要求，考慮到機(jī)械的實用性、經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)等方面的因素，我們仿照CASE系列和山河智能小型液壓挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和整機(jī)系統(tǒng)，擬定構(gòu)思方案如下：（1）動力系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機(jī)；（2）傳動系統(tǒng)采用靜壓傳動系統(tǒng)；（3）底盤行走系統(tǒng)采用履帶式底盤；（4）操縱控制系統(tǒng)采用全液壓控制系統(tǒng)；（5）執(zhí)行系統(tǒng)主要包括鏟斗、斗桿和動臂。動臂部分主要采用整體式彎動臂，斗桿部分主要采用整體式直動斗桿，鏟斗部分采用道側(cè)齒的鏟斗，而整個主工作裝置則采用反鏟裝置。在此次設(shè)計當(dāng)中，本人所承擔(dān)的設(shè)計任務(wù)主要是（1）、（3）、（5）這三大塊，其余設(shè)計由本組其他成員負(fù)責(zé)。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。采用履帶式底盤，作業(yè)行走方便，對作業(yè)現(xiàn)場的適應(yīng)能力強(qiáng)?？商鎿Q的鋼制履帶和橡膠履帶可使機(jī)械在不同的工況下工作（城市內(nèi)作業(yè)使用橡膠履帶，野外作業(yè)時用鋼制履帶），對場地的適應(yīng)性好。另外，采用履帶式底盤結(jié)構(gòu)，機(jī)械的整機(jī)穩(wěn)定性好，使用全液壓驅(qū)動，可以很輕松的實現(xiàn)無級變速和自動剎車，且能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的調(diào)速。采用回轉(zhuǎn)支撐可以使機(jī)器輕松實現(xiàn)360176。的全方位回轉(zhuǎn)，工作能力可以得到大大的提高。采用久保田發(fā)動機(jī)，能夠在保證功率的前提下，實現(xiàn)在較小空間內(nèi)的安裝布置，使車身和轉(zhuǎn)臺不會超過設(shè)計的要求，從而滿足“無尾”的要求，實現(xiàn)作業(yè)的順利進(jìn)行。3 動力系統(tǒng)的設(shè)計動力系統(tǒng)的設(shè)計需要計算整機(jī)的牽引力平衡和牽引功率平衡，選擇合適的柴油機(jī)，滿足功率和扭矩要求，且發(fā)動機(jī)的外形尺寸不和其它部件發(fā)生干涉。 牽引力和牽引功率的平衡研究牽引力平衡和牽引功率平衡，是為了分析機(jī)械在行駛作業(yè)過程中，牽引力是怎樣利用的以及發(fā)動機(jī)的功率是怎樣消耗的。牽引力平衡和牽引功率平衡是指機(jī)械在行駛作業(yè)過程中的任何瞬間，其牽引力平衡可以分析挖掘機(jī)的動力性能，根據(jù)牽引功率平衡可以選定挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)的功率及分析牽引功率。挖掘機(jī)行駛作業(yè)過程中，在底盤行走架上有以下幾種阻力：（1）滾動阻力 (KN) (31)式中 ——挖掘機(jī)自重(KN)，初步設(shè)定挖掘機(jī)自重為3500kg，也3500=；——滾動阻力系數(shù)，根據(jù)《鏟土運輸機(jī)械》表11，考慮到挖掘機(jī)的工作環(huán)境，取=；——坡