【正文】 21 年開(kāi) 始，隨著經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，公路建設(shè)、房地產(chǎn)建設(shè)、鐵路建設(shè)等領(lǐng)域直接拉動(dòng)了對(duì)挖掘機(jī)的需求。 據(jù)中國(guó)挖掘機(jī)械網(wǎng) CEMA 中國(guó)市場(chǎng)挖掘機(jī)實(shí)銷量數(shù)計(jì)庫(kù)統(tǒng)計(jì)， 2021 年中國(guó)自主品 牌挖掘機(jī)實(shí)際累計(jì)銷售挖掘機(jī) 47600 臺(tái)，較去年同期大幅增長(zhǎng) 92%，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均增長(zhǎng)水平。 液壓挖掘機(jī)與其他工程機(jī)械相比，具有更高作業(yè)效率、更加節(jié)能特點(diǎn)，其科技含量和信息化 程度高，是工程機(jī)械中技術(shù)難度大，具有標(biāo)志性的重要產(chǎn)品之一，它的制造技術(shù)水平和生產(chǎn)能力反映了國(guó)家的工程機(jī)械的整體水平，不夸張的說(shuō)也反映了國(guó)家的裝備制造業(yè)水平 。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)各種土方工程約有 60～ 70%的土方 工作 由挖掘機(jī)械來(lái)完成的。最后，運(yùn)用 solidworks 三維軟件繪制了挖掘機(jī)的整體三維效果圖，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的三維動(dòng)畫(huà)。 回轉(zhuǎn)等動(dòng)作組成。 山東交通學(xué)院 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 20 噸履帶式 單斗 液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)械 085 學(xué) 號(hào)： 080610418 姓 名： 谷守領(lǐng) 指導(dǎo)教師： 張 鵬 二 O一二年六月 1 摘 要 挖掘機(jī)械是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料，并裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)的土 方機(jī)械。 從外觀上看，挖掘機(jī)主要由工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走機(jī)構(gòu)三部分組成。 關(guān)鍵詞 ：挖掘機(jī)，工作裝置， solidworks 三維軟件 2 Abstract Excavator is a earthmoving machinery, witch is used to dig the material above or below the surface of bearing machine and load transport vehicles or unload to the yard by its bucket. Excavated material is mainly soil, coal, sand, preloose soil and rocks. Hydraulic excavator， s working unit is the device of plete the mining task directly, which consists of boom, stick,and bucket ,the three parts are hinged together。因此，在世界范圍內(nèi)，挖掘機(jī)也是產(chǎn)銷量最大、應(yīng)用最多的一類工程機(jī)械。 液壓挖掘機(jī)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的終端機(jī)械產(chǎn)品，整機(jī)的零部件高達(dá) 2021 多種 3000 多件，覆蓋機(jī)械、液壓傳動(dòng)、冶金、石油化工、電氣等多行業(yè)。自主品牌占當(dāng)年挖掘機(jī)銷售總量的 %，比上年提高 %。受國(guó)家推動(dòng)的大規(guī)?；ㄓ?jì)劃和房地產(chǎn)行業(yè)投資景氣的影響，中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)將會(huì)有進(jìn)一步的增長(zhǎng)。隨著全球挖掘機(jī)市場(chǎng)新格局的形成，可 以預(yù)見(jiàn)的是，中國(guó)的挖掘機(jī)市場(chǎng)也逐漸成為一股影響全局的力量。核心零部件受制于人始終是國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)的短板。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地，也可改用電動(dòng)機(jī)。 2） 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(jiǎn)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(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī) 綜合程序控制。 6） 步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)出于受配件如發(fā)動(dòng)機(jī) 、液壓件及企業(yè)自身?xiàng)l件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。這樣，引進(jìn)和消化國(guó)外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。因此，開(kāi)發(fā)出的軟件缺少通用性，不能使用于挖掘機(jī)工作裝鶯的一些通用問(wèn)題的解決，對(duì)工程機(jī)械這個(gè)行業(yè)不具有通用性。目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于，為了使挖掘機(jī)設(shè)計(jì)人員從繁忙的計(jì)算中解脫出來(lái)，現(xiàn)有工作裝置機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，即大多數(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)研究在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上局限地進(jìn)行的。電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 ； 提高 機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，液壓挖掘機(jī)技術(shù)研發(fā)有以下的趨勢(shì)： （ 1）向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。 （ 5）液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。 課題研究方法 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)日立 ZX200 中型履帶式液壓挖掘機(jī)進(jìn)行 了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，取得了工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置以及挖掘機(jī)整體的大體數(shù)據(jù)資料。 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 本論文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、銷軸、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 4） 挖掘機(jī)的三維圖和二維圖的繪制。 挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮，動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作 。上述過(guò)程僅為一般的理想過(guò)程。進(jìn)一步簡(jiǎn)化得圖如 所示。缺點(diǎn)是可更換工裝少，通用性較差。油缸活塞桿端部與谷守領(lǐng)： 20噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì) 8 動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響動(dòng)臂的下降幅度。該布置中 1 桿與 2桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 圖 鏟斗 Fig. bucket 原始幾何參數(shù)的初定 （ 1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比 K1由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工 作裝置，故取中間比例方案， K1取在 ～ 之間，初步選取 K1=，即 l1/l2=。鏟斗油缸的內(nèi)徑 D3=90mm，活塞桿的直徑d3=63mm。 圖 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖 Moving arm angular range calculation diagram 1? 是 1L 的函數(shù)。 F 點(diǎn)的坐標(biāo)為 21130 co s?llX F ?? 21130 cos?llY F ?? (34) C 點(diǎn)的坐標(biāo)為 5 11c osCAX X l ??? 115 sin ?lYY AC ?? (35) 動(dòng)臂油缸的力臂 1e CABle ?? sin51 (36) 顯然，動(dòng)臂油缸的最大作用力臂 5max1 le ? ，又令 15minll?? , 75ll?? 。 圖 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖 Measures stem institutions put the Angle calculation diagram 在 ? DEF 中， 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 2 2 22 8 9 8 9 22 c o sL l l l l ?? ? ? 1 2 2 22 8 9 2 8 9c os [ ( ) 2 ]l l L l l? ?? ? ? (38) 由上圖的幾何關(guān)系知 2 m ax 2 m ax 2 m in? ? ??? (39) 則斗桿的作用力臂 29sine l DEF?? (310) 顯然，斗 桿的最大作用力臂 2max 9el? ,此時(shí) 1 2 22 9 8 2 8 9c os ( ) ,l l L l l? ?? ? ?。 （ 2） 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角 3? 鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 3 7 24 26 10? ? ? ? ?? ? ? ? (319) 其中，在 ? NFQ 中 1 2 2 27 21 2 16 21 2c os [ ( ) 2 ]NQ F l l l l l? ?? ? ? ? ? (320) 10? 暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。 在列出以上的各線段的長(zhǎng)度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值。這樣斗齒尖的坐標(biāo)系 (如圖 )可表示如下： 1 1 2 1 2 3c o s c o s( ) c o s( )V CF F Q Q V CX l l l X? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 2 1 2 3sin sin ( ) sin ( )V CF F Q Q V CY l l l Y? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 對(duì)于反鏟裝置上的其它點(diǎn)的坐標(biāo)可采用同樣方法求出。F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)； D斗桿油缸上鉸點(diǎn) 。B動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn) 。G鏟斗油缸下鉸點(diǎn) 。 （５） 最大挖掘高度 H2max 最大挖掘高度工況是最大卸載高度工況中鏟斗繞 Q 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)直到鏟斗油缸全縮而形成的。 轉(zhuǎn)斗挖掘滿轉(zhuǎn)角（ 2φ）：在經(jīng)驗(yàn)公式 q = R2B（ 2φsin2φ） KS 中， KS為土壤的松散系數(shù)，取值為 ，將 q = m3 和 B = 代入上式有： 2φsin2φ = φ = 95176。 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 我們根據(jù)在第 2章中的 圖 ，即工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖來(lái)計(jì)算出動(dòng)臂、斗桿、連桿及鏟斗的基本參數(shù)。 斗桿油缸全縮時(shí)， ∠ CFQ = 32 8??? 最大，依經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和便于計(jì)算，初選 ： ? ? ??? 160m ax832 ?? ， CFN??32? ， QFN??8? 由于采用雙動(dòng)臂油缸， ∠ BCZ 的取值較小，初取 ∠ BCZ = 5176。 由上圖 : 2 m a x2 m i n 2 2 m i n 92 s in 2L L l ?? ???? ???? L2min = 2940s in 45176。 ～ 170176。 谷守領(lǐng)： 20噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì) 24 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定 轉(zhuǎn)角范圍 由最大挖掘高度 H2max 和最大卸載高度 H3max的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角 φD0： H2maxH3max = l3（ sinφD0 +1） 93156485 =1550（ sinφD0 +1） φD0 =55176。 粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力 F3J max = F3J max /2 =69KN 挖掘阻力 F3J 所做的功 W3J： m ax33m ax33 ?lFW J ? (424) = 10 165 180?? ? ? ? ? ? = 106 由圖 知，鏟斗油缸推力所做的功 W3： ? ?3 3 3 m in1W F L??? = 6 2 6 3 m 10 45 10 L? ?? ? ? ? ? ? (425) 由功的守恒知鏟斗油缸推力所做的功 W3 應(yīng)該等于鏟斗挖掘阻力所做的功 W3J ： W3 = W3J (426) 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 將 42 425 式代入 426 中計(jì)算可得： L3min = 1720mm 則 L3max =λ3 L3min =2750mm 剩余未選定的基本尺寸大部分為連桿機(jī)構(gòu)尺寸，其應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件： （１） 挖掘力的要求：鏟斗油缸的挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，當(dāng)斗齒尖處于 V1 時(shí)，斗桿油缸的理論挖掘力應(yīng)不低于最大挖掘阻力的 80%。 在保證 以上兩個(gè)條件，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和同斗容的其它機(jī)型的測(cè)繪對(duì)照，初步選定剩余的基本尺寸如下： HK = 500mm； HN = 600mm； NQ = 686mm； FN = l2NQ = 2314mm； GF = 800mm； 由預(yù)選 ∠ GFN = 60176。在進(jìn)行裝配之前，應(yīng)繪制出各個(gè)零部件，再次，按照相應(yīng)的