【正文】 。 7） 拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。到了 80年代末和 90 年代初，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家液壓挖掘機(jī)技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率(同一機(jī)重的挖掘機(jī)功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大，作業(yè)循環(huán)時(shí)間減小，作業(yè)效率大大提高 )；高可靠性和追求司機(jī)操作的舒適性。 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) 4 挖掘機(jī)行業(yè)近年來(lái)雖有很大發(fā)展，但與國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在許多不足，其原因除了國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)加工水平落后之外，挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比也有較大的差距，尤其是一些先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握和應(yīng)用。特別是國(guó)內(nèi)， CAD 在許多企業(yè)還停留在輔助制圖的程度上，當(dāng)然也有部分企業(yè)用CAD 進(jìn)行空間布置設(shè)計(jì)。在這樣一種情況下，開發(fā)一個(gè)專業(yè)化的工作裝置的設(shè)計(jì)工具和軟件顯得非常必要。 （ 2）更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。 （ 6）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資料以及與挖掘機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)書籍，用力學(xué)知識(shí)對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和力學(xué)計(jì)算。具體內(nèi)容包括以下四部分： （ 1） 挖 掘 機(jī)工作裝置的總體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。 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) 6 2 挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 工作裝置構(gòu)成 1斗桿油缸； 2 動(dòng)臂； 3油管； 4動(dòng)臂油缸； 5鏟斗； 6斗齒； 7側(cè)板； 8連桿； 9搖桿； 10鏟斗油缸； 11斗桿 圖 工作裝置組成圖 Work device of operation 圖 ，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗 搖桿 斗桿 1動(dòng)臂 相應(yīng)的三組液壓缸 10 等 組成。 斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗 翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。 挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 The equipment structure diagram 1鏟斗； 2連桿； 3斗桿； 4動(dòng)臂； 5鏟斗油缸； 6斗桿油缸 圖 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 The equipment structure simplified diagram 挖掘機(jī)的工作裝置經(jīng)上面的簡(jiǎn)化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是 3，即工作裝置的幾何位置由動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度 L斗桿油缸長(zhǎng)度 L鏟斗油缸 長(zhǎng)度 L3決定，當(dāng) L LL3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定。使用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件近似的反鏟，以采用整體臂較好。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。如圖 所示。 （ 2） 要 使物料易于卸盡。 1l —?jiǎng)颖巯裸q點(diǎn)到動(dòng)臂與連桿連接的 鉸點(diǎn)的距離 2l —斗桿與動(dòng)臂連接的鉸點(diǎn)到斗桿與鏟斗連接的鉸點(diǎn)的距離 （ 2） 鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇 斗容： q = 按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選： l3 =1550mm （ 3） 工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇 各工作油缸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。又由經(jīng)驗(yàn) 公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂 油缸行程 L1=1375mm，斗桿油缸行程 L2=1450mm，鏟斗油缸行程 L3=1250mm。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí) 刻也都是 1L 的函數(shù)。這時(shí)： 12525271 ???? ?lllL 11 cos 1???? (37) 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析 如下圖 所示， D 點(diǎn)為 斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn) ， F 點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)， E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析 鏟斗相對(duì)于 XOY 坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是 L L L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖 所示， G 點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)， F 點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) Q 點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)， V點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)， K 點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)， N 點(diǎn)為搖桿與斗桿的鉸點(diǎn)， M 點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)， H 點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)。 當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度 L3 分別取 L3max 和 L3min 時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角 3max?和 3min? ，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角 : 3 3 max 3 min? ? ??? (321) 鏟斗的擺角范圍 3 3 m ax 3 m in? ? ??? 圖 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 Loader transmission linkage mechanism calculation diagram 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 3） 斗齒尖運(yùn)動(dòng)分析 見圖 所示，斗齒尖 V 點(diǎn)的坐標(biāo)值 XV和 YV，是 L1 、 L L3 的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV和 YV的函數(shù)表達(dá)式，即 VX = xf ( 1 2 3,L L L ), VY = yf ( 1 2 3,L L L )。 由前面的分析可知：動(dòng)臂相對(duì)于水平面的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角 1? 、斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角 2? 和鏟斗相對(duì)于斗桿的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角 3? 與相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度是一一對(duì)應(yīng)的。 V 點(diǎn)的 X 和 Y 坐標(biāo)表示為VX 和 VY ，其它點(diǎn)的坐標(biāo)表示方法與 V 點(diǎn)相同，而對(duì)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重心坐標(biāo)則用相應(yīng)構(gòu)件的重量代號(hào)作下標(biāo)來(lái)替換。E斗桿下鉸點(diǎn)； G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)； Q鏟斗下鉸點(diǎn) 。F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)； D斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E斗桿下鉸點(diǎn)； G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)； Q鏟斗下鉸點(diǎn)； K鏟斗上鉸點(diǎn) 。Q鏟斗下鉸點(diǎn)； K鏟斗上鉸點(diǎn) 。具體分析方法和最大卸載高度工況的分析類似。/2 = 176。 α 與 A 點(diǎn)坐標(biāo)的選取 初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處軸線夾角 1? = 120176。 如上圖 在 ? CZF 中 ???????????? ???Z C F 2 3 5 .5 5 3 0 .5B CF Z CF Z V B?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 由 334 和 335 有 ? ? ? ? 311m a x1322112m a x11m a x3 s i ns i n lllYH C ????????? ??????? ? ? ? ? 311m a x1322112m a x11115 s i ns i ns i n llllY A ?????????? ???????? (41) ? ? 32112m in11m a x1 s i n lllYH C ?????? ??? ? ? 115m i n1112132 s i ns i n ???? lYlll A ??????? (42) 由 4 42 式有： ? ? ? ?? ?22m i n111128113212112m a x11m a x3m a x1s i n s i ns i n ll llHH m anm an??? ??????????? ??? ????????? (43) 令 ???????? ??A ? ? ? ? ??????????? 6716093832 naxAB ?? 將 A、 B 的值代入 43 式中有 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) 22 ? ? ? ?? ? ? ?? ? 0167s i n93s i n93s i n m a x12m i n1m a x11m a x3m a x1 ???????????? ??? llHH (44) 又特性參數(shù) 4 1 m a x 1 1 m insin sink ? ? ?? 則有 41m a x1m i n1 s i ns i n k??? ? max1?? (45) 21 m in 1 m inc o s 1 sin???? 21 m a x1 (sin 0 .6 5 )??? (46) 將 4 46 代入到 44 式中 ? ? ? ?? ? ? ?? ? 067s i n93s i n93s i n5 4 0 06 6 3 06 4 8 5 m a x12m i n1m a x1 ???????????? ??? l (47) 解之： ?? ?? ?? 由 42 式有 ? ? 115m i n1112132m a x1 s i ns i n ???? lYlllH A ??????? ? ?? ? 11m a x12m i n1111325 s i ns i n ???? HYllll A ??????? ? ?? ? ????????? i n663012021693s i n540030001550 mm750? 而 θ1min 與 θ1max 需要滿足以下條件 ? ?1 2 21 m i n c o s 1 2? ? ? ?? ??? ? ??? (48) ? ?1 2 2 21 m a x c o s 1 2? ? ? ? ??? ? ? (49) 將 θ1max 、 θ1min 的值代入 4 49 中得： ρ = σ = ?? ???? (410) ? ? ??? ???? （ λ=） （ 411） ? 、 ? 滿足 4 411 兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)條件，說(shuō)明 ρ、 σ的取值是可行的。/( 1) = 2215mm L2max = 2215 + 2940Sin45176。之間 .初 定 ∠EFQ =150176。 最大轉(zhuǎn)角 φ3max： φ3max = ∠ V0QVZ，其不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選 φ3max = 165176。 即 PD0≥80% PD0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置時(shí) ∠ V1QV應(yīng)為 30176。 則 2 2 2 2 c osG N FN G F FN G F G FN? ? ? ? GN = 2035mm 至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。主要零部件包括：工作裝置（動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、液壓缸）， 回轉(zhuǎn)裝置，行走裝置。然后單擊約束配合，根據(jù)零件間的配合關(guān)系進(jìn)行裝配 約束（接觸對(duì)齊，角度，平行，同心，距離，垂直等）。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié) 論 在這次設(shè)計(jì)中，基于中型履帶式液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)觀摩，利用網(wǎng)絡(luò)和書本資源，結(jié)合機(jī)械和力學(xué)方面的知識(shí)，進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)工作： （１）在 現(xiàn)場(chǎng) 觀摩的基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了挖掘機(jī)工 作裝置的總體設(shè)計(jì)，對(duì)工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。 本論文系統(tǒng)地設(shè)計(jì)了工作裝置的主要部件，但鑒于時(shí)間的限制，未對(duì)挖掘機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)和控制部分作深入的分析和設(shè)計(jì)， 進(jìn)一步的工作可以將 工程設(shè)計(jì)理論與計(jì)算機(jī)軟件相結(jié)合來(lái)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的效率及準(zhǔn)確性。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1] 段鵬文，毛君主編 .工程機(jī)械第二版 [M]. 北京：高等教育出版社， [2] 同濟(jì)大學(xué)，太原重型機(jī)械學(xué)院 .單斗液壓挖掘機(jī) [M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 1980： 4086，264274. 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