【正文】 1 1 緒論 我國是一個發(fā)展中國家，在遼闊的國土上正在進行大規(guī)模的經濟建設，這就需要大量的土方施工機械為其服務，而液壓挖掘機是最重要的一類土方施工機械。因此，可以肯定液壓挖掘機的發(fā)展空間很大?？梢灶A見，隨著國家經濟建設的不斷發(fā)展，液壓挖掘機的需求量將逐年大幅度增長。今后幾年我國液壓挖掘機行業(yè)將會有一個很大的發(fā)展，液壓挖掘機的年產量將會以高于 20%的速度增長。 中國挖掘機市場自 1997年開始已進入一個較快的發(fā)展時期， 2021年與 2021年比較，全國挖掘機的產、銷量分別增長 55%和 56%。截止到 2021年 8月底全國挖掘機的銷量已超過 13000臺，超 2021年全年的銷售數。顯然挖掘機在整個工程機械行業(yè)中是產、銷量增長最快的機種之一。 而在挖掘機中最為重要的就是關于工作裝置設計，因為挖掘機的工作裝置能偶最為明顯的體現機器的工作能力和工作壽命，所以設計工作可靠，性能好，成本低，效率高，維護使用方便的工作裝置就顯得格外重要。 最早在液壓挖掘機工作裝置設計時，設計人員通過類比、查表、理論計算初步確定性能參數以后，還需要花大量的時間對設計的合理性進行分析，計算 量大， 而且在設計過程中，大多選取幾個特殊位置進行檢討計算，其精度當然較低。當今計算機廣泛應用于機械設計中，挖掘機工作裝置設計得到了很快的發(fā)展。針對液壓挖掘機工作裝置的 CAD軟件也已經有了不少的研究。 國外挖掘機生產歷史較長，液壓挖掘技術的不斷成熟使挖掘機得到全面的發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研究挖掘機的國家， 1954年和 1955年德國的徳馬克和利渤海爾公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機；美國是繼德國以后聲場挖掘機歷史最長、數量最大、品種最多和技術水平處于領先地位的國家；日本挖掘機 制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展上起來的，其主要特點在引進、消化先進技術的基礎上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國式液壓挖掘機生產的后起之秀 。 從 20世紀后期開始，國際上挖 掘機的生產向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展： 1m3單斗液壓挖掘機總體及工作裝置設計 2 （ 1）、開發(fā)多品種、多功能、高質量及高效率的挖掘機。 （ 2）、迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機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操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。 （ 3）、采用新技術、新工藝、 新結構、加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。 （ 4） 、更新設計理論，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計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷積累論、 斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優(yōu)質高效和競爭力。 （ 5）、加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 （ 6）、進一步改進液壓系統(tǒng)。 （ 7）、迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。隨著對液壓挖掘機的工作效率、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，促使了機電液一體化在挖掘機的應用，并使其各種性能有了質的飛躍。 早在 1985年我國便開始了液壓挖掘機的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產品， 如 Wy100、 WY60、 WY250等。當時由于受配件如發(fā)動機、液壓件及企業(yè)自身條件的影響，其質量和產量遠未達到應有的水平，與國外同類產品相比也存在較大 差距。自改革開放以來，國產液壓挖掘機行業(yè)進入了一個快速發(fā)展的重要階段。出現了一批實力比較雄厚的生產企業(yè)如中國一拖、柳州工程機械廠、黃河工程機械廠、廣西玉柴股份有限公司等。它們生產的部分產品已出口，打破了多年來主要由少數幾家國外挖掘機制造企業(yè)壟斷國內市場的局面，使國產液壓挖掘機的產量和質量都上了一個新臺階。 90 年代以來，隨著迅速發(fā)展的微電子技術、計算機技術、控制技術、通信技術等新技術日益滲透到液壓挖掘機技術中，世界各工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機技術水平得以迅速提高， 使一度與國外技術水平縮小的國產液壓挖掘機再次與 國外液壓挖掘機差距拉大了。因此，國內液壓挖掘機市場大部分被國外產品所占據的局面長期得不到改善。 3 隨著我國改革開放的進一步深入，國家對基礎建設和基礎設施投資的規(guī)模日益擴大，國內用戶對高質量、高水平、高效率的液壓挖掘機的需求愈來愈迫切。據權威部門估計，到 2021年我國用于購置工程機械的費用約為 800多億元（含國產和進口），其中液壓挖掘機的年需求量為 1202114000臺，這無疑對國產液壓挖掘機的發(fā)展既是機遇，又是挑戰(zhàn)。積極發(fā)展高性能國產液壓挖掘機已迫在眉睫。 目前， 液壓挖掘機的研究與發(fā)展應致力解決三個基本問 題： （ 1）著眼于動力、傳動系統(tǒng)的改進以達到高效節(jié)能，提高機器的生產率和降低工作損耗，減少對環(huán)境的污染； （ 2）局部操作控制自動化到整機完全自動化甚至智能化發(fā)展； （ 3）改善操作者的勞動條件和操作安全性。 雖然液壓挖掘機的發(fā)展很快，但是液壓挖掘機仍然存在著各種問題： （ 1） 控制精度的要求并不高，多數在 100mm 之內，并不像其它領域機器人運動控制要求到 10mm之內，或者更高。 首先，挖掘機本身的機構尺寸通常都比較大；其次，挖掘機進行土木施工的精度與一些工業(yè)加工比較起來要低得多 ，相對較低的精度仍然能夠滿足挖掘機在實際工作中的需要。多數研究者在實現以上控制精度時，鏟斗末端速度比較低，最快的也在 150mm/s 之內，而這個重要參數直接影響挖掘機的工作效率，所以，保證精度的情況下，提高鏟斗末端速度是本文需要解決的問題之一。 （ 2） 雖然世界各國的研究水平參差不齊，但是多數處在實驗室階段，或從成本的角度考慮采用伺服閥進行控制，與工程實際差距較大；對挖掘機工作裝置的研究是在靜態(tài)下進行的，忽略慣性的影響，所以在實際工程中也是不是用的；多數研究中都沒有考慮到系統(tǒng)的節(jié)能問題，很難將研究結果在實際中進 行推廣。 （ 3） 挖掘機工作裝置作為一種典型的工程機械復雜機電液系統(tǒng)，由于其自身的特點，該項研究是比較困難的工作。 主要在于：在機構運動過程中，慣性力負載的多變性；電液比例系統(tǒng)數學模型中的參數多與機構的狀態(tài)有關，屬于時變參數，準備地得到每個參數的值非常困難；整個系統(tǒng)存在大量不確定量（不確定參數及不確定的非線性模型），例如在不同溫度下液壓油的彈性模量和粘性等，均屬于不確定參數；工作過程中，由于與地面接觸而禪城的擾動等不能準確建立數學模型的量，均屬于不確定的非線性模型。以上各類不確定量都將對系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性和動態(tài)特 性1m3單斗液壓挖掘機總體及工作裝置設計 4 產生極大的影響。 （ 1）分析和擬定設計任務書，確定設計思想和原則，并提出設計結構方案的初步思想。 （ 2）挖掘機主要參數的確定。 （ 3）挖掘機工作裝置各主要機構的結構方案的確定。 （ 4）挖掘機工作裝置各主要結構力的分析與計算。 （ 5）挖掘機工作裝置各主要機構的強度校核。 （ 1）關于 挖掘機總體設計，就是各種整體參數和局部參數的計算，這中間就包括動臂，斗桿及挖斗的主要參數的計算。 （ 2）液壓挖掘機工作裝置各主要機構方案的確定，這包 括幾方面的內容，首先就是關于動臂和斗桿的選型。其次就是動臂，斗桿和挖斗的油缸的布置如何確定。第三就是各個鉸鏈點如何確定。 （ 3）作用力的 計算，這其中包括油缸作用力，還有斗桿的強度校核。 鏟斗容量： 1立方米 最大挖掘力： 130KN 整體質量： 23T 工作裝置液壓回路最大壓力： 40Mpa 停機面最大挖掘半徑： 9800mm 最大挖掘深度： 6600mm 最大卸載高度： 6700mm 動力裝置功率： 工作裝置液壓系統(tǒng)主要參數的初步選擇： 各工作裝置的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng) 的工作壓力和“三化”要求以及初步估取的液壓缸受力，初選動臂油缸內徑 1D =120mm，活塞缸的直徑 1d =85mm。斗桿油缸的內徑 2D =140mm，活塞的內徑 2d =120mm。鏟斗油缸的內徑 3D =120mm,活塞 5 桿的直徑 3d =85mm，又由按經驗公式選各缸全伸長度 與全縮長度之比 ??? ??? 。參照任務書要求，選擇工作裝置液壓系統(tǒng)的工作壓力為MpaP 40? ，閉鎖壓力 MpaPP 39。 ?? 。 2 工作裝置總體方案設計 本設計中，我選的是單斗液壓挖掘機，其工作裝置采用反鏟裝置。 單斗液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并以一個鏟斗進行挖掘工作的機械，它是機械傳動單斗挖掘機的基礎上發(fā)展而來的，是目前挖掘機中重要的品種。 在建筑工程，交通工程 ，露天工程，水利設施及現代軍事工程中都廣泛采用，是各種土方施工中重要的機械設備。由液壓挖掘機在構造和性能上有較多的優(yōu)越性，因此近年來發(fā)展迅速，在中小型單斗挖掘機中，以取代了機械傳動單斗挖掘機，成為