【正文】 ①保證轉(zhuǎn)斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應大于正常工作情況下的挖掘阻力。在計算中初定鉸點位置，如不夠合理，應進行適當修改。一般來說，斗桿越長，則其擺角范 圍可以取得越小一些。～ 130176。 ②保證斗桿的擺角范圍。油缸全伸時的力矩應該足以支承滿載鏟斗和斗桿靜止不動。 ①保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。 本設計選用動臂油缸前 傾布置方案。 顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當 C、 D兩鉸點位置和 CE長度均不變時，通過加大動臂油缸長 度可以增大動臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會影響到最大挖掘深度 。因此，在動臂油缸作用力相同時，后傾方圖為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘 機將長動臂 CE′ F′改換成短動臂CE′ F″（圖 3－ 5），并配以長斗桿。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。 a) b)c)2121 d) 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 當兩方案的動臂油缸安裝尺寸 DE′、鏟斗最大挖掘高度 H 和地面最大挖掘半徑 R相 等時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即 2h ＜ 1h 。當動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。 圖 33 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 動臂油缸的布置 動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式。 確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置 反鏟工作裝置實際上是多個連桿機構的組合。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。 六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機構的傳動特性。圖 3－ 3d 和 圖 3－ 3b類似，區(qū)別在于前者液 壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。 本次設計斗容量為 m3挖掘機，所以斗齒安裝方式為螺栓連接 . 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式（圖 3－ 3），其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同，圖 3－ 3a為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機構。斗齒的材料、形狀、安裝結構及其尺寸參數(shù)都值得研究，對它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。 4．裝設斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大有物料。 反 鏟 斗 對 比 試 驗 結 果 表 31 作業(yè)條件 鏟斗 編號 鏟斗充滿時間 （ s） 生產(chǎn)率 （ 10kN/h） 效率 （ %） 在頁巖中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 100 在砂中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 100 3．為了使裝進鏟斗的 物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應大于 4： 1。用于粘土的鏟斗卸載時不易卸凈，因此延長了作業(yè)循環(huán)時間，降低了有效斗容量。斗底的縱向剖面 形狀要適合各種物料的運動規(guī)律。另一個鏟斗的情況 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 則相反。由于砂的挖掘阻力較小，對鏟斗設計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結果差別不大。 目前，對鏟斗 結構形式的研究還處于現(xiàn) 場試驗、實驗室試驗或模型試驗階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個鏟斗來適應任何作業(yè)對象和條件較困難。有些反鏟采用組合式斗桿。 本次設計作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動臂。 由于上述優(yōu)點，組合式動臂結構雖比整體式動臂復雜，但得到了較廣泛的應用。一般情況下，下動臂可以適應各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。 2．較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結構要求，從而較簡單地解決主要構件的統(tǒng)一化問題。組合式動臂的主要優(yōu)點是： 1．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化 進行調(diào)整。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。 如圖 1－ 1 所示。往往需要配備幾套完全 不通用的工作裝置。它的缺點是替換工作裝置少，通用 性較差。整體式彎動臂在彎曲處的結構形狀和強度值得注意，有時采用三節(jié)變動臂 有利于降低彎曲處的應力集中。 直動臂構造簡單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機 ,如圖 3－ 1 所示。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 3 挖掘機的工作裝置 設計 確定動臂、斗桿、鏟斗的結構形式 確定動臂的結構形式 動臂是工作裝置中的主要構件，斗桿的結構形式往往決定于動臂的結構形式。 ⑤在必要時采用液壓先導或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機操作的舒適性，減輕操作人員的勞動強度。 ③選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。 ①液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應具有 較高效率，以充分 發(fā)揮 發(fā)動機的動力性 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 和燃油經(jīng)濟性。例如，對回轉(zhuǎn)機構和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而下降過快；防止機器下坡行駛時超速溜坡等。 ③履帶式液壓挖掘機的左、右履帶應 能分別驅(qū)動，使挖掘機行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高 挖掘機的機動性。 ①保證液壓挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn)復合動作。 對液壓系統(tǒng)作業(yè)動作 要求 液壓挖掘機的動作復雜，機構經(jīng)常啟動、制動、換向，負載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地理條件差別大，因此，應根據(jù)液壓挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，對其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應用的基本要求。因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應變化。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 單斗液壓挖掘機作業(yè)過程 液壓挖掘機的作業(yè)過程 包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走，以及其它輔助動作，除輔助動作不需要功率 驅(qū)動外，其它都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 液壓系統(tǒng)設計方案原則（總體） 按照挖掘機各個機構和裝置的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機連接起來的組合體叫做挖掘機的液壓系統(tǒng)。 ⑧ 工作裝置的結構型式和布置便 于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。 ⑦ 工作裝置液壓缸設計應考慮三化。采用變鉸點構件或配套構件時要注意分清主次，在滿足使 用要求的前提下力求替換構件種類少，結構簡單，換裝方便。 ④ 確定鉸點布置，結構型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結構自重。 ② 整機挖掘力的大小及其分布情況應滿足使用要求，并具有一定的先進性。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 2 總體 設計方案 工作裝置設計方案 原則 設計合理的工作裝置應能 滿足下列要求： ①主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設計通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機器相比的先進性。例如，挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動臂和斗桿同時工作；當挖掘基坑底時， 挖掘行程將結束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調(diào)整切削角時，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn) 率。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨直接挖掘土壤；斗桿挖掘 可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。液壓挖掘機反鏟工作裝置主要用于挖掘 停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及其組合 。 鏟斗 6 則鉸接于斗桿 4的末端，通過鏟斗液壓缸 5的伸縮來使鏟斗繞鉸點轉(zhuǎn)動。動臂 1 的下鉸點 與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸 2 來支承動臂，通過改變動臂液壓缸 的行程即可改變動臂傾角，實現(xiàn)動臂的升降。 圖 1－ 1 整體式彎動臂 87654321 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 液壓反鏟工作裝置一般由動臂 動臂液壓缸 斗桿液壓缸 斗桿 鏟斗液壓缸 鏟斗 連桿 7 和搖桿 8 等組成。 本次設計概述 本 次設計斗容量為 ,全液壓履帶式挖掘機型號為 WY20 型，由于履帶式液壓挖掘機 有良好通過性能應用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。國內(nèi)一些工程機械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機產(chǎn)業(yè)，同時國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。從 1994 年開始，美國的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公 司先后在中國建立了中外合資、外商獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的 多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產(chǎn)品。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的 WY100、貴陽礦山機器廠的 W4－ 60、合肥礦山機器廠的 WY60等。 20 世紀后期開始，國際上液壓挖掘機的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎上向大型化、微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢 工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術成熟。由于科學技術的飛速發(fā)展，各種新技術、新材料不斷在挖掘機上得到應用，尤其是電子技術和信息技術的應用使得液壓挖掘機在作業(yè)效率、可靠 性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進步。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機驅(qū)動的“動力鏟”于 1835 年在美國誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認為是現(xiàn)代挖掘機的先驅(qū)，距今已有 170多 年歷史。 液壓挖掘機的發(fā)展概況 挖掘機械的最早雛形，主要用于河道。伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。鉸接式工作裝置應用較為普遍。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 汽車式液壓挖掘機一般采用標準的汽車底盤，速度快，機動性好。 懸掛式液壓挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機上，可以達到一機多用的目的。 輪胎式液壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多種路面通行的特點。為防止對路面的碾壓破壞、有些液壓挖掘機還采用了橡膠履帶。 履帶式液壓挖掘機應用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設支腿，適用范圍較大。對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機構必須是液壓傳動，只有行走機構 有的為液壓傳動，有的為機械傳動。若液壓挖掘機中的某一個機構采用機械傳動，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機。 根據(jù)液壓挖掘機主要機構是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。 液壓挖掘機的基本類型及主要特點 液壓挖掘機種類繁多，可以從不同角度對其類型進行劃分。 ③由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機普遍采用了以微處理器為核心的電子控制單元（ ECU），使發(fā)動機、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時還可實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。由于可采用液壓先導控制，無論驅(qū)動功率多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。液壓挖掘機上的各種液壓元件可相對獨立布置，使整機結構緊湊、外形美觀，同時也易于改進或變型。而液壓挖掘機則不需要龐大和復雜的中間傳動，大大簡化了結構，也減少了易損件。機械傳動挖掘機完成上述運動需通過磨擦離合器、減速器、制動器、逆轉(zhuǎn)機構、提升和推壓機構等配合來完成。 挖掘機在工作時的主要動作包括行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復運動。 基于液壓傳動