【正文】 最大挖掘力 59KN； 爬坡度： ；最大牽引力：48kN；最大行走速度： 5km/h ；最低行走速度： 3km/h 的履帶式全液壓挖掘機。 （ 8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產效率。 （ 6）液壓系統(tǒng)不斷改進，液壓元件不斷更新。 （ 4）工作裝置結構不斷改進，工作范圍不斷擴大。 （ 2）更為普遍地采用節(jié)能技術。電子計算機監(jiān)測與控制，實現(xiàn)機電一體化 。目前，單斗液壓挖掘機的發(fā)展著眼于動力和傳動系統(tǒng)的改進以達到高效節(jié)能 。 國內液壓挖掘機發(fā)展概況及趨勢 我國己經形成了挖掘機的系列化生產，近年來還開發(fā)了許多新產品，引進了國外的一些先進的生產率較高的挖掘機型號。 當前 ，國際上挖掘機的生產正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 共 64 頁 展。 國外液壓挖掘機目前水平 工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生產較早，產品齊全，技術成熟。由于科學技術的發(fā)展，各種新技術，新材料不斷應用在挖掘機上。而在陸地上使用的“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)代挖掘機得先驅，距今已有 170 多年的歷史。 液壓挖掘機的發(fā)展概況 挖掘機的最早主要用于河道，港口的疏浚工作。 ② 液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。機械挖掘機結構復雜，完成這些動作要產生很大的慣性力和沖擊載荷。 而液壓挖掘機則具有下列主要特點： ① 大大改善了挖掘機的技術性能，挖掘力大、牽引力大，傳動平穩(wěn)，作用效率高，結構緊湊。 按照動力裝置，挖掘機有電驅動、內燃機驅動和復合驅動等。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 共 64 頁 按工作過程可分為周期作業(yè)和連續(xù)作業(yè)兩類，即通常簡稱為單斗挖掘機和多斗挖掘機。因此，現(xiàn)在我剛好借這個課題，去深刻的學習這些知識并加以綜合運用，為工作打好基礎，做好準備。之前，對于這些知識的學習好像只是為了應付考試，根本就沒有真正掌握這些知識。 隨著我國基礎設施建設 的深入和在建設中挖掘機的廣泛應用，挖掘機市場有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國國情所需要的挖掘機是十分必要的，即此次對液壓挖掘機的研究具有現(xiàn)實意義。 為節(jié)省勞動力、減輕繁重體力勞動，提高勞動生產率、加快建設速度，保證工程質量和降低成本，采用機械化施工是根本的措施。它不僅體積小，機動靈活，且可附裝各種工作裝置，屬多功能建設機械。據(jù)統(tǒng)計，一般工程施工中約有 60%的土石方量、露天礦山中80%的剝離量和采掘量是用挖掘機完成的。因此液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 共 64 頁 1 緒 論 本課題背景意義及目的 液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置開始下一次的作業(yè)。 各類挖掘機在國民經濟建設的許多行業(yè)被廣泛地采用，如工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利電氣工程、農田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等等行業(yè)的機械化施工中。 小型液壓 挖掘機是指一般總重量在 6t 以下的挖掘機，因其體積小，主要應用于城市、相對狹窄的地區(qū)，替人力勞動，其用途廣泛，主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地，用于城市管道、道路、住宅建設、基礎工程和園林作業(yè)等。采用小挖掘機可以大大減輕人力的勞動，縮短施工周期。它對盡早發(fā)揮建設投資效果，促進國名經濟的高速度發(fā)展有很大的作用。 而對于還在學習當中的我來說，這個課題能讓我更深入地鞏固和學習液壓、機械原理、機械設計、機械繪圖等方面的知識。但作為一個機械專業(yè)的學生，掌握好液壓、機械設計、機械繪圖都是很有必要的。 挖掘機 的基本類型和液壓挖掘機的主要特點 挖掘機的類型與構造形式繁多，可按挖掘工作原理與過程、用途、構造特性等進行劃分。 按照用途，單斗挖掘機分為：建筑型、采礦型、和剝離型。 按照傳動方式，挖掘機分為機械傳動式、液壓傳動式和混合傳動式。 挖掘機在工作是主要動作包括行走、轉臺回轉和工作裝置的作業(yè)動作，其中最頻繁的是回轉和工作裝置的循環(huán)往復運動。而液壓挖掘機則不需要復雜的中間傳動，大大的簡化了結構。 ③ 液壓元件易于實現(xiàn)標準化，系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)生產，進一步提高質量和降低成本。第一臺有確切記載的挖掘機械是 1796 年英國 人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。 1950 年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機。使得液壓挖掘機在作業(yè)效率、可靠性、完全性和操作舒適性以及節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進步。美國、德國和日本是液壓挖掘機的主要生產國，具有較高的市場占有率。國外挖掘機行業(yè)重視采用新技術、新工藝、新結構和新材料，加快了向標準化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。 由于使用性能、技術指標和經濟指標上的優(yōu)越，世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達國家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機。應用范圍不斷擴大，成本 不斷降低，向標準化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機的可靠性 。提高機械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機維修時間，提高適應能力，消除公害，縱觀未來，液壓挖掘機有以下的趨勢 : （ 1）向大型化發(fā)展的同時向微型化發(fā)展。 （ 3）不斷提高可靠性和使用壽命。 （ 5）由內燃機驅動向電力驅動發(fā)展。 （ 7）應用微電子、氣、液等機電一體化綜合技術。 （ 9）人機工程學在設計中的充分利用。 具體設計任務是對液壓挖掘機的行走裝置的設計和行走能力的校核，包括 (1) 挖機行走裝置的總體設計。 (3) 挖掘機各部分的基本結構的認識和設計。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 共 64 頁 (5) 馬達的驗算和選取及馬達原理的認識和研究。同時又使挖掘機能在工作時作場內運行及轉移工地時作運輸性 (輪式行走裝置 )運行。 2．在不增高 行走裝置總高度的前提下應使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機在不平地面上行走具有良好的通過性能。 單斗液壓挖掘機的行走裝置按照結構的不同可分履帶式和輪胎式兩大類。液壓傳動 的履帶行走裝置，挖掘機轉向時由安裝在兩條履帶上、分別由兩臺液壓泵供油的行走馬達（用一臺油泵供油時需采用專用的控制閥來操縱）通過對油路的控制，很方便地實現(xiàn)轉向或就地轉彎，以適應挖掘機在各種地面、場地上運動。履帶式行走裝置在液壓挖掘上使用較為普遍。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 共 64 頁 輪胎式液壓挖掘機行走裝置的結構型式很多，有采用標準汽車底盤的可輪式拖拉機底盤的，但斗容量稍大、工作性能要求較高的輪胎式液壓挖掘則采用專用的輪胎式底盤行走裝置?？紤]到工作環(huán)境和實際條件等因素本機采用橡膠履帶，由于橡膠履帶具有對路面破壞小、噪音低、速度快、振動小、接地比壓小、牽引力大，可以減少地面對機械的沖擊等優(yōu)點，所以本機主要使用橡膠 履帶。而輪式行走裝置雖有運行速度快、機動性好，運行時輪胎不損壞路面，因而在城市建設中很受歡迎，但是其接地比壓大，爬坡能力小，挖掘作業(yè)時需要用專門支腿支撐，以確保挖掘機的穩(wěn)定性和安全性。故本機采用履帶式行走裝置。履帶呈抱死循環(huán)繞過驅動輪 5 和導向輪 1，為了減少上分支撓度 ，履帶由 l一 2個托鏈輪 4 支持。當履帶由于磨損而伸長時可由張緊裝置 3調整其松緊度。這部分的重量相當大，約占整機的 1／ 4，制造成本也高，約占整機的 1／ 4。我國過去這些零部件規(guī)格品種繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計，約有 34 種結構、 93 種規(guī)格，影響了加工質量的提高和備件的供應，零件 互換性很差致使機械完好率很低。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 共 64 頁 圖 履帶式行走裝置的結構圖 1 導向輪； 2 橡膠履帶； 3 張緊裝置； 4 支重輪； 5 驅動輪； 6 減速機 行走架是履帶行走裝置的承重骨架，它由底架、橫梁和履帶架組成，通常用 16Mn 鋼板焊接。 組合式行走架 (圖 — 2)的底架為框架結構，橫梁是工字鋼或焊接的箱形梁，活人履帶架孔中。 這種結構的優(yōu)點是當需要改善挖掘機的穩(wěn)定性和降低接地比壓時，不需改變底架結構就能換裝加寬的橫梁和加長的履帶架，從而安裝不同長度和寬度的履帶。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 64 頁 圖 組合式行走架示意圖 為了改進上述缺點，近年來在液壓挖掘機中采用整體式行走架較多，這種行走架結構簡單、自重輕輕而且剛性較好。支重輪直徑較小，在行走裝置的長度內，每邊可裝 5— 9 個支重輪。 3 履帶各部件的設計計算與選型 履帶工作條件惡劣，要求具有足夠的強度和 剛度、耐磨性好、質量輕以減少材料的消耗量，并減輕履帶運行時的動載荷，要求履帶能和地面有很好的附著性能，又要考慮減少行駛及轉向的阻力。由于橡膠履帶具有對路面破壞小、噪音低、速度快、振動小、接地比壓小、牽引力大，可以減少地面對機械的沖擊等優(yōu)點，所以本機主要使用橡膠履帶。 挖掘機的履帶有整體式和組合式兩種。整體式每一節(jié)履帶鑄造 成整體，結構簡單、制造方便、重量輕、易拆裝，但銷孔間隙大、易進泥沙、易磨損，“三化”性差，在機械式挖掘機中使用較多，適于高速車輛。如圖（ ）所示， 它由履帶板、鏈動節(jié)、履帶銷軸和銷套等組成，左右鏈軌節(jié) l0 與銷套5用緊配合連接，履帶銷軸 4 插入銷套有一定間隙，以保證轉動靈活，其兩端與另兩個鏈軌節(jié)孔緊配合。這種結構節(jié)距小，繞轉性好，行走速度較快，銷軸和襯套硬度較高、耐磨、使用壽命長。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 共 64 頁 圖 組合式履帶 1— 履帶板； 2— 履帶螺栓； 3— 履帶螺母； 4— 履帶軸銷； 5— 銷套； 6— 鎖緊銷墊； 7— 鎖緊履帶銷； 8— 右鏈軌節(jié)； 9— 左鏈軌節(jié) a) 履帶尺寸的計算 履帶寬度 b 的初步確定： ? ? ~ Mb ??? （ ） —— 取自《工程機械底盤設計》 P306 式中： ??M 裝載機的整機質量，由《單斗液壓挖掘機》 P42 液壓挖掘機基本參數(shù)系列表，這里取 M=6t。 式中 KL為履帶長度經驗系數(shù)。 ? —— 附著系數(shù)， ? =； f —— 滾動阻力系數(shù)， f =； ?—— 根據(jù)《工程機械底盤構造與設計》可知 ? =； BL0 =19002500 =≤ = () 所 以，履帶的寬度、支撐面的長度選擇合適，即 b=400 mm 0L =2500 mm b) 履帶板結構的選擇 履帶板的型式很多，標準化后規(guī)定采用重量輕、強度高。履帶板有單筋、雙筋和三筋數(shù)種。三筋履帶板上有四個連接孔，中間有兩個清泥孔。相鄰兩履帶板制成有搭接部分，防止履帶板之間夾進石塊而產生很高的應力。 履帶節(jié)距及其使用范圍見表 。 (2)履帶總成結構形式如圖 所示 圖 履帶總成結構圖 其中節(jié)距為 173mm 的履帶總成聯(lián)系尺寸如下表 表 履帶板的總成聯(lián)系尺寸 安裝尺寸 外形尺寸 配合尺寸 F G E X A B C h d1 d1 d3 d4 140 120 82 60 46 92 126 20 36 2636 55 根據(jù)挖掘機的工作要求，挖掘機采用組合式履帶，組合式履帶式履帶板、軌南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 共 64 頁 鏈節(jié)、履帶銷、銷套、螺栓等零件組合而成。 50Mn 的剪切強度： 275Mpa 所以， ????? ，履帶銷的強度滿足要求。 ??p? —— 需用拉伸應力， ? ? M Pap 2 0 0~1 5 0?? 所以 σ p=1 08)(2 3??? ??= ≤ ? ?p? 所以，履帶的抗拉強度滿足要求。 驅動輪的誰主要包括齒形的設計，驅動輪尺寸的確定以及強度校核。 按齒面形狀，驅動輪齒形可分為凸形，直線形和凹形齒形三種。 驅動輪用來驅動履帶，輪齒工作時受履帶銷套反作用的彎曲壓應力，并且輪齒與銷套之間有磨料磨損。 一般來講，對驅動輪齒形的要求為： 1） 使履帶節(jié)銷順利地進入和退出嚙合，減少接觸面的沖擊應力； 2） 齒面接觸應力應小，以減少磨損； 3) 當履帶節(jié)距因磨損而增大時，履帶節(jié)銷與驅動輪齒仍能保持工作，不至脫鏈。其齒形如圖（ ）所示 圖 單圓弧 —— 直線齒形 b) 驅動輪主要參數(shù)的確定 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 共 64 頁 驅動輪輪齒的節(jié)距根據(jù)前述的相應的履帶板的節(jié)距確定， mmlt 173? 。根據(jù)四輪一帶統(tǒng)圖，參照《工程機械底盤構造與設計》 P316 表 2