【導(dǎo)讀】程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了巨大的作用。反鏟工作裝置由動(dòng)臂，斗桿，動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸組成。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合各機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)。中構(gòu)件的其它參數(shù)，為各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。力提供的，是主動(dòng)力。最大挖掘力的實(shí)現(xiàn)受諸多因素的制約，它是工作裝置各鉸。挖掘阻力不僅與鏟斗的尺寸形狀有關(guān)，還與挖掘?qū)ο笥嘘P(guān)，是兩者的綜合反映。

　　

【正文】 而此時(shí)的斗桿閉鎖力 P2′= π（ 70） 2= 105 N，略大于 P2g′，說明閉鎖力足夠。 橫向挖掘力 WK由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器所承受，即 WK的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩。故要先計(jì)算出制動(dòng)力矩。 地面附著力矩 Mφ： Mφ = 5000 φ G4/3 （其中 φ = ） = 105 N NH搖臂 HK連桿 G3鏟斗油缸的推力 RK– 連桿的作用力 RN– 搖臂的作用力 圖 連桿機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 在所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)中采用的是液壓制動(dòng)，由經(jīng)驗(yàn)公式可求得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的最大制動(dòng)力矩 MB： MB= Mφ= 105 N WK = MB / XV = 105/ = 105 N 取連桿機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，如圖 所示，則有： ∑X2 = 0 P3COS∠ GHX2RNCOS∠ HNX2RkCOS∠ HKX2 = 0 ∑Y2 = 0 P3Sin∠ GHX2RNSin∠ HNX2RkSin∠ HKX2 = 0 得 : RN = 105 N ； Rk = 105 N H K N Q Rk P3 RN X2 Y2 G 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 如圖 所示，取整個(gè)鏟斗為研究對(duì)象，以 V 點(diǎn)為新坐標(biāo)的原點(diǎn)， VK 為 X3 軸，過 V 點(diǎn)與 VK 垂直的直線為 Y3，建立 X3O3Y3 坐標(biāo)，則有： ∑X3 = 0 W2 RQx Rk COS∠ = 0 RQx = 105N ∑Y3 = 0 RQy +W1 Rk Sin∠ = 0 RQy = 105 N ∑MQY3 = 0 MQy WK l3 W2 b/2= 0 MQy = 105 Nm ∑MQX3 = 0 MQx–W1b/2= 0 MQx = W1b/2= 3 105 Nm N 點(diǎn)作用力與作用力矩 RNx 、 RNy 的求解： 取曲柄和連桿為研究對(duì)象，如圖 所示，則有： H搖臂 HK連桿 F3鏟斗油缸的推力 RK– 連桿的作用力 RX– 搖臂的作用力沿 HK 連 線上的分力 RY– 搖臂的作用力沿 HK連線垂直方向上的分力 ∑X2 = 0 RNX + Rk COS∠ F3 = 0 RNX = 105 N RNy = RNX tan∠ FNH = 105tan∠ =105 N 在這個(gè)工況位置下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大。具體簡(jiǎn)圖如圖 55 所示。取工作裝置為研究對(duì)象，如圖 55 所示。在該工況下存在的力有：工作裝置各部件所受到的重力 Gi；作用在鏟斗上的挖掘阻力 ，包括切向阻力 W法向阻力 W2。 N HK K RNx RNy F3 Rk 圖 曲柄和連桿受力圖 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 同第一工況的分析一樣，可以得到以下向量： FC = 5400（ COS163+Sin163176。 ) FV = 4550（ +176。） 0V = OC + CF + FV 則 XV = 4971mm 同理也可以求得在該工況下作用在斗桿和鏟斗上的力，其分別為： W1 = 1 105 N W2 = 105 N Rk2 = 105 N WN2 = 105 N RQx = 105 N RQy= 105 N MQx = 105 Nm MQy = 105 Nm 結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 由前面的受力分析知，在第二工況下所受到的彎矩和內(nèi)力均要比第一工況中要小，故用第一工況進(jìn)行計(jì)算，而用第二截面校核。 由前面的受力分析知，在通過 F 點(diǎn)且與斗桿下底板垂直的截面所受到的應(yīng)力最大，是危險(xiǎn)截面。故首先要對(duì)該截面進(jìn)行計(jì)算，然后以此為基礎(chǔ)再求解其它尺寸。 斗桿寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的 選取 : 由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和其它同斗容機(jī)型的測(cè)繪，處取斗桿的寬度 mma 2752 ? 。 挖掘機(jī)所用鋼板的厚度在我國(guó)一般為 mm158～ ，初選底板厚度m=14mm,n=12mm如圖 所示。 在挖掘機(jī)中選用的結(jié)構(gòu)鋼材一般為 16Mn，其有足夠大的屈服極限和良好的機(jī)械性能。其屈服極限 MPaS 350?? 。在斗桿中取安全系數(shù) ?n ，則斗桿的許用安全應(yīng)力為： M P anS ][ 2 ??? ?? 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 NH搖臂； HK連桿； C動(dòng)臂下鉸點(diǎn)； A 動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)； B動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(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)；V鏟斗斗齒尖 圖 第二工況下工作裝置計(jì)算簡(jiǎn)圖 鏟斗的設(shè)計(jì) 鏟斗斗形尺寸的設(shè)計(jì) 反鏟的鏟斗的斗形與尺寸，有較常用的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配制。由經(jīng)驗(yàn)公式初選： mmRmmR 1 4 2 01 4 0 045301 1 065 2121 ?????? ，，， ???? ???? 則下底板的斗形方程為： xy ? 上頂板的斗形方程為： ）（ ??? xy 同理計(jì)算出鏟斗拋物線部分的方程為： 2 ???? xxy 鏟斗斗齒的結(jié)構(gòu)計(jì)算 鏟斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按最大彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì) ,由力學(xué)分析知在與鏟斗斗體連接處的彎矩最大 ,如圖 所示，由公式 有 : 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 ? ? 262 0 ta brW ?? ? () a : 斗齒厚度 b : 斗齒寬度 0W : 挖掘阻力 r : 斗齒尖到斗體的距離 t : 鏟斗的厚度 ??? : 斗齒的許用應(yīng)力 代入值解得 a=110 mm a:斗齒厚度 0W :挖掘阻力 r:斗齒尖到斗體的距離 t:鏟斗的厚度 圖 銷軸與襯套的設(shè)計(jì) 銷軸的設(shè)計(jì) 由于銷軸與襯套的配合間隙較小，故以剪應(yīng)力強(qiáng)度作為銷軸的基本尺寸的設(shè)計(jì)，抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度用于校核用。 由 ][2 2 ??? ?? dFt 有 [1]： ][?? tFr? （ ） 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)以所有工況中銷軸所受到的剪應(yīng)力最大值對(duì)銷軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在本設(shè)計(jì)中，銷軸所選用的材料為 40CrMnMo，其耐磨，在熱處理后有著良好的綜合機(jī)械性能。由于銷軸在重載的較惡劣工況中工作，故選擇 MPa110][ ?? 。代入式： 動(dòng)臂各銷軸的尺寸： 。， mmdddmmd 8090 4321 ???? 斗桿各銷軸的尺寸： mmddmmdd 7080 4321 ???? ， 襯套的設(shè)計(jì) 為使襯套耐磨、減震與潤(rùn)滑性能好，選擇襯套的材料為銅基合金 襯套的厚度選擇為 5mm，與銷軸和圓筒分別采用間隙和過盈配合，則各銷軸的尺寸為：動(dòng)臂各襯套的尺寸： 。， mmdddmmd 901 0 0 4321 ???? 斗桿各襯套的尺寸： mmddmmdd 8090 4321 ???? ， 至此，已對(duì)液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié) 論 本論文以挖掘機(jī)反鏟裝置為研究對(duì)象，從反鏟裝置 的工作特點(diǎn)開始，介紹了工作裝置的主要部件：動(dòng)臂、斗桿、連桿機(jī)構(gòu)、鏟斗并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。并在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)反鏟裝置各機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算。討論了復(fù)合挖掘方式下限制挖掘力發(fā)揮的各種情況，并對(duì)該工況下機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)進(jìn)行了鉸點(diǎn)力的分析計(jì)算。本文主要工作和研究結(jié)論如下： 首先對(duì)反鏟裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了動(dòng)臂、斗桿和鏟斗轉(zhuǎn)角范圍與對(duì)應(yīng)液壓缸的關(guān)系式及各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)描述，通過對(duì)整機(jī)作業(yè)范圍的分析，建立了反鏟裝置特殊工作位置的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 通過鏟斗參數(shù)的計(jì)算，確定了鏟斗結(jié)構(gòu)形式及尺寸；通過動(dòng) 臂機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)及鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算確定了各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為下步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支撐。 用比例法和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算選擇出工作裝置各部分的基本尺寸。 取 q=表得平均斗寬 b=1040mm，可計(jì)算出挖掘半徑 RD=1450mm。 確定斗桿油缸的最大作用力臂，由已知數(shù)據(jù)可得油缸最大作用力臂 l8 為2995mm。 由最大挖掘高度和最大卸載高度可計(jì)算鏟斗轉(zhuǎn)角范圍 0165 度，轉(zhuǎn)角太大會(huì)使斗齒挖掘力降低。 對(duì)銷軸和襯套進(jìn)行了材料的選擇和尺寸的計(jì)算，由于銷軸與襯套的配合間隙小，故以剪應(yīng)力強(qiáng)度作為銷 軸的基本尺寸設(shè)計(jì) ，抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度用于校核。 挖掘機(jī)工作裝置是挖掘機(jī)的核心部分，其結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析和計(jì)算較復(fù)雜，難度也較大，而作者本身的設(shè)計(jì)知識(shí)也十分有限，不足之處還望各位老師、同學(xué)指正，以使設(shè)計(jì)不斷完善。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 致 謝 本文的設(shè)計(jì)工作是在劉老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在論文選題、總體方案的制定，具體研究方法及技術(shù)路線的設(shè)計(jì)以及論文的開展和撰寫過程中，得到了劉老師的大力支持和耐心細(xì)致的指導(dǎo)。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦、開拓進(jìn)取的工作作風(fēng)，使我受益終身。在我的學(xué)業(yè)和論文的設(shè)計(jì)工作中無不傾注著導(dǎo)師辛 勤的汗水和關(guān)心。從尊敬的劉老師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向劉老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 在此 感謝機(jī)電工程系所有無私傳授知識(shí)的老師。 感謝各位同學(xué)的幫助和支持。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1]同濟(jì)大學(xué)主編 .單斗液壓挖掘機(jī) [M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 1986 [2]天津工程機(jī)械研究所主編 .單斗液壓挖掘機(jī) [M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 1977 [3]張珊珊 .挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析與研究 [D].上海 :同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 2020 [4]張鐵 .液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)原理及使用 [M].石油大學(xué)出版社， 2020 [5]楊一岳，高衡 .土方工程機(jī)械工作裝置發(fā)展前景 [J].國(guó)外工程機(jī)械， 1992. 5: 2932 [6]黃宗益，葉偉，李興華 .液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 [J].建筑機(jī)械化， 2020. 9: 1216 [7]陳德沛 .關(guān)于液壓挖掘機(jī)發(fā)展的一些狀況 [J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理， 1992. 1: 3335 [8]朱建新，鄒湘伏，黃志雄 .談國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)未來的發(fā)展趨勢(shì) [J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具， : 4854 [9]吳永平 .挖掘機(jī)作業(yè)機(jī)群配置技術(shù)研究 [J].工程機(jī)械， 2020. 2: 1517 [10]劉應(yīng)杰，洪昌銀，蔡志軒 .反鏟液壓挖掘機(jī)主參數(shù)優(yōu)化研究 [J].工程機(jī)械， 2020. 2: 610 [11]陳育儀 .工程機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) [J].中國(guó)鐵道出版社， 1987 [12]何允紀(jì)，李濱城，崔紅 .液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì) [J].工程機(jī)械， 1994. 6: 610 [13]劉玉強(qiáng)，王學(xué)軍 .液壓挖掘機(jī)反鏟上作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì) [J].機(jī)械產(chǎn)品與科技， 1997. 1:1215 [14]顧虹，遲永濱 .液壓挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真 [J].建筑機(jī)械， 1993 [15]董玉平，應(yīng)華等 .液壓挖掘機(jī) 反鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真 [J].工程機(jī)械， 2020. 10:: 2432 [16] Kinematic analysis of mechanisms via a velocity equation based in a geometric matrix[J]. Mechanism and Machine Theory, Volume: 38(2020):10651078 [17]. Vector method for the synthesis of mechanisms[J]. Mechanism and Machine Theory, Volume: 38(2020):265276 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 附錄：零件截圖 鏟斗 鏟斗連桿 1 鏟斗連桿 2 動(dòng)臂 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 斗桿 液壓缸 缸體 裝配圖