【正文】 動的動力特性要求和常見復合運動要求，如表21和22所示。作業(yè)范圍圖(如圖25所示)有部分區(qū)間深入到挖掘機停機點地下，這一范圍的土壤雖能挖掘，但可能引起土壤的崩塌而影響挖掘機的穩(wěn)定和安全工作，除有條件的挖溝作業(yè)以外一般不使用。對液壓挖掘機來說最合理最經常的挖掘方式是指挖掘地面以下，由下向上，向機身運動的挖掘方式，用這種方式挖掘充斗效率高，循環(huán)時間短，也便于卸土，裝車，司機視野無阻，因此生產率高而又安全。 圖25 挖掘機作業(yè)范圍主要挖掘區(qū)域Rmax最大挖掘半徑；Hmax最大挖掘深度工作裝置的幾何尺寸要求滿足合理的挖掘力分布特性，在整個作業(yè)范圍內的任何位置都要求實現(xiàn)最大挖掘力并不經濟，而要求挖掘機在主要挖掘區(qū)內能實現(xiàn)最大挖掘力。根據(jù)液壓挖掘機的工作特點，其工作裝置的設計需要滿足以下要求。 姿態(tài)調整與保持工況液壓挖掘機工作裝置及其他功能運動的制動與鎖定，要滿足接地比壓要求，并保證合適的停放、運輸尺寸、姿態(tài)及其特殊的檢查姿態(tài)，圖24 挖掘機姿態(tài)調整保持工況圖 液壓挖掘機工作裝置設計要求液壓挖掘機工作裝置由動臂機構、斗桿機構、鏟斗機構三部分組成，是一種具有多自由度的工程機械。為了保證挖掘機的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達分別由一個油泵單獨供油，另一個油泵向其它液壓作用元件(如動臂、斗桿、鏟斗和回轉)供油。在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉機構、動臂、斗桿和鏟斗)進行調整。 整機移動工況挖掘機一般不作長距離行走，只在工地范圍行走，作業(yè)時用來調整整機位置。發(fā)動機在低轉速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油缸產生吸空現(xiàn)象，可采用動臂下降再生補油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。此工況是回轉馬達、動臂和斗桿復合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復合動作，兼有動臂動作。 卸載工況回轉至卸載位置時，轉臺制動，用斗桿調節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。在回轉和動臂提升的同時，斗桿要外放，有時還需要對鏟斗進行調整。卸載回轉角度大，則要求回轉速度快些，而動臂的提升速度慢些。動臂抬升和回轉馬達同時動作時，要求二者在速度上匹配，即回轉到指定卸載位置時，動臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。 滿斗舉升回轉工況滿斗舉升回轉的運動約占整個作業(yè)循環(huán)時間的50%～70%，能量消耗占25%～50%，回轉液壓回路的發(fā)熱量占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的30%～50%，因此要求盡可能地縮短轉臺的回轉時間。對于雙泵系統(tǒng)，復合動作時各液壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進行流量分配，流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。當進行溝槽側壁掘削和斜坡切削時，為了有效地進行垂直掘削，還要求向回轉馬達提供壓力油，產生回轉力，保持鏟斗貼緊側壁進行切削，因此需要回轉機構和斗桿機構復合動作。此時斗桿收回，動臂抬起，需要保證彼此動作獨立，相互之間無干擾。在實際挖掘工作中，往往需要采用各液壓缸的復合工作。 a水平地面的挖削； b斜坡地面的挖削 a水平地面的切削； b斜坡地面的切削圖22 斗尖直線挖削 圖23 地面的切削和壓整，否則以斗桿挖掘為主。當單獨采用斗桿液壓缸進行挖掘時，挖掘軌跡以動臂與斗桿的鉸點為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長度決定于斗桿液壓缸的行程。當單獨采用鏟斗液壓缸進行挖掘時，挖掘軌跡以鏟斗與斗桿的鉸點為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長度決定鏟斗液壓缸的行程。(3)聯(lián)合挖掘工況：由鏟斗、斗桿液壓缸復合動作進行挖掘的工況，必要時還需配以動臂液壓缸的動作。[23][24](1)鏟斗挖掘工況：由鏟斗液壓缸單獨動作進行挖掘的工況，采用鏟斗液壓缸進行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產率，因此，在一般土方工程挖掘中(III級土以下土壤的挖掘)鏟斗挖掘最常用。（7）其他輔助作業(yè)工況：輔助工作裝置作業(yè)工況。（5）整機移動工況：將整機移動至合適的工作位置。為了調整卸載位置，還要有動臂液壓缸的配合，此時是斗桿和鏟斗的復合動作，兼以動臂動作。（2）滿斗舉升回轉：挖掘結束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉液壓馬達使轉臺轉向卸載位置，此時主要是動臂和回轉的復合動作。液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復合主要包括：（1）挖掘：通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進行挖掘，或兩者配合進行挖掘。挖掘機的典型作業(yè)流程：(1)整機移動至合適工作位置；(2)平臺回轉，使工作裝置處于挖掘位置；(3)動臂下降，并調整斗桿、鏟斗至合適位置；(4)斗桿、鏟斗挖掘作業(yè)；(5)動臂升起；(6)回轉工作裝置至卸載位置；(7)操縱斗桿、鏟斗卸載。圖26 鏟斗 液壓挖掘機工礦分析液壓挖掘機的主要運動功能包括以下幾個動作[5][6]：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉臺回轉、整機行走以及其它輔助動作，如圖21所示。（3） 為使裝進鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應大于4，大于50時，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運動規(guī)律。 鏟斗的結構選擇鏟斗結構形狀和參數(shù)的合理選擇對挖掘機的作業(yè)效果影響很大，其應滿足以下的要求[1]：（1） 有利于物料的自由流動。斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機采用整體式斗桿。 動臂及斗桿的結構形式動臂采用整體式彎動臂，這種結構形式在中型挖掘機中應用較為廣泛。進一步簡化得圖如23所示。根據(jù)以上特征，可以對工作裝置進行適當簡化處理[3]。挖掘機工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結構，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多樣的、隨機的。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉馬達，使工作裝置轉到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉進行卸土。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉動，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉動。2 總體方案設計 工作裝置構成1斗桿油缸；2 動臂； 3油管； 4動臂油缸； 5鏟斗； 6斗齒； 7側板；8連桿； 9曲柄： 10鏟斗油缸； 11斗桿.圖21 工作裝置組成圖 圖21為液壓挖掘機工作裝置基本組成及傳動示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗連桿斗桿1動臂相應的三組液壓缸1, 4,10等組成。(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計算和驗證。具體內容包括以下四部分:(1) 挖機工作裝置的總體設計。（9）人機工程學在設計中的充分利用。（7）應用微電子、氣、液等機電一體化綜合技術。（5）由內燃機驅動向電力驅動發(fā)展。（3）不斷提高可靠性和使用壽命。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，單斗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。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。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。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。仲縮臂式挖掘機也可裝上鉸接式斗桿，滿足作業(yè)過程中某些腕動式作業(yè)的要求。除上述基本類型外，還有一些結構比較特殊的液壓挖掘機。就行走裝置的型式而言，液壓挖掘機可以制成履帶式、輪胎式、輪胎—履帶式、汽車式和懸掛式。大型液壓挖掘機往往專門用于建筑材料露天礦或其它金屬與非金屬露天礦作裝載和挖掘工作，故只裝正鏟，成為專用；根據(jù)工作裝置的結構特征，可以區(qū)分為鉸接式和伸縮臂式。就工作裝置來說，根據(jù)其用途和結構型式可以區(qū)分為“通用”與“專用”[22]。就液壓挖掘機構整機結構而言，全部采用液壓傳動者稱為全液壓挖掘機；部分采用液壓傳動者則稱為半液壓挖掘機(多數(shù)情況下是行走裝置用機械傳功，其余均為液壓傳動。. 挖掘機的基本類型液壓挖掘機也和機械式挖掘機一樣，由工作裝置、回轉裝置和行走裝置等三大部分組成[1]。從20世紀60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發(fā)展階段、各國挖掘機制造廠和品種增加很快，產旦猛增。由于液壓技術的應用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機，20世紀50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉液壓挖掘機和腰帶式全液壓挖掘機。而筆者的設計知識和水平還只是一個學步的孩子，進行本課題的設計是為對挖掘機的工作裝置設計有一些大體的認識，鞏固所學的知識和提高設計能力。反鏟式單斗液壓挖掘機工作裝置是一個較復雜的空間機構，國內外對其運動分析、機構和結構參數(shù)優(yōu)化設計方面都作了較深入的研究，具體的設計特別是中型挖掘機的設計已經趨于成熟。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。徐州工程學院畢業(yè)設計挖掘機工作結構的設計畢業(yè)論文目 錄1緒論 1 1 挖掘機發(fā)展簡史 1 挖掘機的基本類型 1 國內外研究狀況 2 論文構成及研究內容 32 總體方案設計 4 工作裝置構成 4 動臂及斗桿的結構形式 6 鏟斗的結構選擇 6 液壓挖掘機工礦分析 6 液壓挖掘機工作裝置設計要求 10 液壓挖掘機工作裝置的設計原則 133工作裝置運動學分析 14 動臂運動分析 14 斗桿的運動分析 15 鏟斗的運動分析 16 特殊工作位置計算： 194 反鏟裝置的設計 22 挖掘裝載機工作裝置典型工況分析確定 22 挖掘裝載機工作裝置的基本參數(shù)的選擇 23 油缸基本參數(shù)的選擇和計算 295 挖掘裝置受力計算和強度計算 3挖掘阻力的計算 34 34 35 工作液壓缸的理論挖掘力 35，鏟斗缸的理論挖掘力 35，斗桿油缸的理論挖掘力 36 整機理論挖掘力 36 406 總結 43致謝 44參考文獻 4581緒論 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。據(jù)統(tǒng)計，一般工程施工中約有60%的土方量、露天礦山中80%的剝離量和采掘量是用挖掘機完成的。而工作裝置作為挖掘機的重要組成部分，對其研究和控制是對整機開發(fā)的基礎。而關于反鏟式單斗液壓挖掘機的相關文獻也很多，這些文獻從不同側面對工作裝置的設計進行了論述。 挖掘機發(fā)展簡史第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經歷了由蒸汽驅動半回轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動全回轉挖掘機、應用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。初期試制的液壓挖掘機是采用飛機和機床的液壓技術，缺少適用于挖掘機各種工況的液壓元件，制造質量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全[18][19]。1968—1970年間，液壓挖掘機產量已占挖掘機總產量的83％，目前已接近100％。所以，我們可以從這三大部件的結構特點、功能和通用范圍等方面來區(qū)分它的類型。也有機體為機械傳動，而僅工作裝置采用液壓傳動的)；能在水平面內回轉360o的稱為全回轉挖掘機，否則就是非全回轉式挖掘機?！阒行⌒鸵簤和诰驒C都是通用的，多帶有正鏟、反鏟、裝載、抓斗、起重等五種工作裝置。普通的液壓挖掘機均為鉸接式(動臂、斗桿和鏟斗均可繞鉸點轉動，完成各種作業(yè)動作)，而伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂和伸縮臂兩部分組成，伸縮臂可在主臂內伸縮也可以變幅，臂端裝有鏟斗，適于作平整和清理工作，特別是修理溝坡。懸掛式挖掘機用拖拉機作底盤，配裝若干個工作裝置(通常是一端裝反鏟、另一端為裝載鏟或推土板)。無行走驅動裝置的雙輪拖式挖掘機(亦稱步履式挖掘機)制造簡單、價格低廉，特別適用于狹窄地帶和小型土方施工工地；輪胎可以收放的無支腿式挖掘機工作時不用支腿支撐，而將支承轉臺的底架全部落地，在360o的范圍內自由回轉進行作業(yè)。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)展。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[1]。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。電子計算機監(jiān)測與控制，實現(xiàn)機電一體化。（2）更為普遍地采用節(jié)能技術。（4）工作裝置結構不斷改進，工作范圍不斷擴大。（6）液壓系統(tǒng)不斷改進，液壓元件不斷更新。（8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產效率。 論文構成及研究內容本論文主要對由動臂、斗桿、鏟斗、連桿機構組成挖掘機工作裝置進行設計。(2) 挖掘機的工作裝置詳細的機構運動學分析