【正文】 系統(tǒng)主要采用的是柴油發(fā)動機，其原因是由于它具有燃料經(jīng)濟性好、工作可靠、功率大、排氣污染小等一系列優(yōu)點；工程機械的傳動系統(tǒng)主要類型包括機械傳動、液力機械傳動、液壓傳動和電傳動等四種形式；底盤行走系統(tǒng)主要有輪式和履帶式兩種類型，此外還有步履帶式行走機構(gòu)等。執(zhí)行系統(tǒng)主要包括各種類型的工作裝置和機構(gòu),其類型多種多樣。 五大基本系統(tǒng)圖根據(jù)實際調(diào)研結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外工程用液壓挖掘機的相關(guān)資料，經(jīng)過認真分析總結(jié)，又根據(jù)設(shè)計的要求，考慮到機械的實用性、經(jīng)濟性、生產(chǎn)等方面的因素，我們仿照CASE系列和山河智能小型液壓挖掘機的整體結(jié)構(gòu)和整機系統(tǒng)，擬定構(gòu)思方案如下：（1）動力系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機；（2）傳動系統(tǒng)采用靜壓傳動系統(tǒng)；（3）底盤行走系統(tǒng)采用履帶式底盤；（4）操縱控制系統(tǒng)采用全液壓控制系統(tǒng)；（5）執(zhí)行系統(tǒng)主要包括鏟斗、斗桿和動臂。在此次設(shè)計當中，本人所承擔的設(shè)計任務(wù)主要是（1）、（3）、（5）這三大塊，其余設(shè)計由本組其他成員負責(zé)。采用履帶式底盤，作業(yè)行走方便，對作業(yè)現(xiàn)場的適應(yīng)能力強。另外，采用履帶式底盤結(jié)構(gòu)，機械的整機穩(wěn)定性好，使用全液壓驅(qū)動，可以很輕松的實現(xiàn)無級變速和自動剎車，且能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的調(diào)速。的全方位回轉(zhuǎn)，工作能力可以得到大大的提高。3 動力系統(tǒng)的設(shè)計動力系統(tǒng)的設(shè)計需要計算整機的牽引力平衡和牽引功率平衡，選擇合適的柴油機，滿足功率和扭矩要求，且發(fā)動機的外形尺寸不和其它部件發(fā)生干涉。牽引力平衡和牽引功率平衡是指機械在行駛作業(yè)過程中的任何瞬間，其牽引力平衡可以分析挖掘機的動力性能，根據(jù)牽引功率平衡可以選定挖掘機發(fā)動機的功率及分析牽引功率。；所以： (KN)cos30176。= KN（3）工作阻力（KN）（4）風(fēng)阻力（KN）（5）加速阻力（KN）（1）牽引力的平衡挖掘機在工作時，其切線牽引力需克服滾動阻力、坡度阻力、工作阻力、風(fēng)阻力及加速阻力，即： (32)——取自《工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計》P139式中：——切線牽引力，對于履帶式行走系： /；——驅(qū)動力矩（）；——履帶驅(qū)動功率， =；——驅(qū)動輪動力半徑。由于挖掘機的行走速度較慢，因此其風(fēng)阻力和挖掘阻力均可忽略不計。因此，挖掘機的切線牽引力=+=++12= KN由此得出牽引工況時挖掘所需總的牽引力。主工作裝置工作時，而底盤行走架是不工作的，即機械是停在原地不動的。對于此時的挖掘機，發(fā)動機的全部功率都消耗在主工作裝置上。挖掘機在運輸工況下沒有工作阻力，而行使速度較高，故此時風(fēng)的阻力不能忽略不計。（1）牽引力的平衡挖掘機切線牽引力： (33)——取自《工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計》P139式中 ——滾動阻力，= KN；——坡度阻力，= KN；——風(fēng)阻力； (34)——取自《工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計》P139其中為理論行使速度，參考山河智能SEW50H無尾式小型液壓挖掘機的行使速度設(shè)定為最大理論行使速度km/h。表示機械迎風(fēng)面積，為履帶軌距，為機械高度。所以其切線牽引力為：2).牽引功率的平衡挖掘機行走時的最大理論行使速度為：Km/h對于履帶式機械：由于在運輸工況下，較小，速度較高，所以滑轉(zhuǎn)率。極少采用其它原動機。 單斗液壓挖掘機所用柴油機的基本要求與汽車、拖拉機類同。故柴油機的工作負荷一般應(yīng)低于額定負荷。挖掘機工作的特點是：環(huán)境溫度變化大（經(jīng)常為177。C，有時最熱達60 186。為此，對柴油機就提出了一些特殊要求：（1）柴油機的大維修不得低于3000～4000工作小時。機油消耗量不應(yīng)大于3～4克/馬力?小時。（3）結(jié)構(gòu)簡單，保養(yǎng)維修方便，調(diào)整點少，備件可充分供應(yīng)。（5）要有效能高、清洗方便、進氣阻力小的空氣濾清器及柴油、機油濾清器。（6）小功率的柴油機應(yīng)考慮從曲軸前端、側(cè)面或分配齒輪箱均能獨立地輸出全部功率。（7）.在額定功率下，至少能連續(xù)工作一小時功率不下降?！＃?）柴油機出廠應(yīng)備有空氣濾清器、水或油冷卻裝置、電氣儀表、操縱機構(gòu)及機罩等。 發(fā)動機功率的確定根據(jù)牽引工況和運輸工況的功率平衡方程式分別算出所需功率，然后取其中較大值來選擇柴油機的標定功率。計算時?。狠喬ナ?～；履帶式=～；——液力變矩器效率，計算時取，采用機械傳動時； ——液壓泵的流量,； ——液壓泵進出口壓力差,； ——液力壓泵及液壓泵驅(qū)動機構(gòu)的效率，可取～。 =取其最大值：綜上分析，并考慮發(fā)動機的輔助功率及功率儲備，選取廣西玉林柴油機股份有限公司生產(chǎn)的YC4108ZG型柴油機，其基本參數(shù)如下： YC4108ZG工程機用柴油機基本參數(shù) 名稱 技術(shù)參數(shù)型號YC4108ZG型式直列、水冷、立式、四沖程吸氣方式增壓氣缸數(shù)4氣缸直徑活塞行程（mm）108115活塞排量（L）壓縮比17：1標定功率(KW)/轉(zhuǎn)速(r/min)60/2200標定工況燃油消耗率()230最大扭矩（）/轉(zhuǎn)速（r/min）340/14001600最大扭矩油耗率()220扭矩儲備率（%）12調(diào)速率（%）1012機油牌號夏季用40CD、15W/40CD號，冬季用30CD、10W/30CD號冷起動性能不帶冷起動裝置（℃）10冷起動裝置（℃）25傾斜角度（176。 工作裝置總體方案的選擇 總體方案的選擇主要包括工作裝置總體結(jié)構(gòu)的選擇、動臂和斗桿結(jié)構(gòu)形式的選擇以及各個鉸點的布置形式的選擇。其結(jié)構(gòu)特點是各構(gòu)件之間均采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸的行程來實現(xiàn)挖掘過程的各種動作。動臂2根部用用一根銷軸交接在平臺前端中部，由一只鉸接再轉(zhuǎn)臺前部的動臂液壓缸3來支撐有剛做伸縮運動，動臂則作升降運動。斗桿的回收和伸出靠鉸接在動臂上的斗桿液壓缸4來實現(xiàn)。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角,鏟斗液壓缸通過連桿機構(gòu)(如連桿7和搖桿8等)與鏟斗連接。通常從挖掘位置到卸載位置，或從卸載位置返回挖掘位置均采用回轉(zhuǎn)和動臂升降同時進行。工作裝置的各個銷軸采用合金鋼制造，經(jīng)滲碳淬火處理，強度較高。工作裝置各鉸點處均設(shè)有限位塊，以減少對油缸的沖擊。斗齒套在赤座上用彈性銷固定，斗齒磨損后可以更換。反鏟裝置有直動臂和彎動臂兩種方案。整體式彎動臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式，在現(xiàn)在常用的中小型反鏟液壓挖掘機中主要采用這種結(jié)構(gòu)形式。其結(jié)構(gòu)堅固耐用，工作范圍較大，與同長度的直動式動臂相比，可以使挖掘機有較大的挖掘深度，但降低了卸料高度，這正符合挖掘機反鏟作業(yè)的要求。通過對兩種方案的比較，結(jié)合任務(wù)書對挖掘深度和卸料高度的要求，可以看出，直動臂明顯不適用，所以采用整體式彎動臂結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)可采用鋼板焊接而成的矩形變截面箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部加隔板以增加強度和剛度。大多數(shù)挖掘機都采用整體式斗桿。并且可根據(jù)工作狀況來調(diào)節(jié)斗桿長度以實現(xiàn)優(yōu)化作業(yè)。通過以上分析可知，這里采用整體式斗桿較為適宜，其結(jié)構(gòu)采用有鋼板焊接而成的變截面箱形結(jié)構(gòu)。當兩種方案的油缸安裝尺寸、最大挖掘高度和最大挖掘半徑相同時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1h2。但是當動臂油缸作用力相同時，后傾方案能得到較大的動臂作用力矩。工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括鏟斗、斗桿和動臂的尺寸以及各鉸點的位置。于是斗容量按下式計算： (41)——取自《液壓挖掘機》P28式中:——鏟斗充滿系數(shù)； ——土壤輸送系數(shù)。由任務(wù)書要求可知，可得，這里取。在確定鏟斗寬度和轉(zhuǎn)斗角度以后，根據(jù)式(41)即可得到鏟斗轉(zhuǎn)斗切削半徑 （m） (43)——取自《液壓挖掘機》P28式中 式中: ——鏟斗寬度， m；——鏟斗轉(zhuǎn)斗角度的一半，（176。將數(shù)據(jù)代入得到鏟斗上兩個鉸點之間的距離,一般取特性參數(shù),所以，這里取，一般取,這里取。 ，這里取。由此可初步計算得:,初步選定。動臂的彎角一般可取，彎角大可增加挖掘深度，但降低了卸載高度，太小則對強度不利，針對任務(wù)書要求的最大挖掘深度較大，可初步確定。CA=450mm此時，工作裝置的基本尺寸和鉸點位置已基本確定。根據(jù)《液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊》 表95 (P372)主機類型工作壓力機床精加工機床～2半精加工機床3～5龍門刨床2～8拉床8～10農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu)10～16液壓機、中大型挖掘機、重型機械、起重機運輸機械20～32結(jié)合凱斯CX35和山河智能SWE50H小型挖掘機，初選系統(tǒng)工作壓力為16。當動臂缸全伸、斗桿缸全縮、鏟斗處于豎直狀態(tài)時，工作裝置為最大卸料高度狀態(tài)；當動臂剛?cè)臁⒍窏U缸和鏟斗缸全縮時，工作裝置為最大挖掘高度狀態(tài)；當動臂缸全縮、斗桿和鏟斗都處于豎直狀態(tài)時，工作裝置為最大挖掘深度狀態(tài)。斗桿液壓缸應(yīng)使斗桿有一定的擺角范圍，一般取100186。在最短時滿足最大卸料高度要求，在最長時不與動臂發(fā)生干涉，通過Solideworks建模分析，得到，結(jié)合液壓缸行程的標準系列值，初步選定工作行程的液壓缸。鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回鉆時，應(yīng)使得土壤不會從斗中撒落，在鏟斗整個轉(zhuǎn)動過程中，鏟斗缸與連桿之間避免發(fā)生死點，通過建模分析，得到鏟斗缸的長度范圍約為800～1300mm,因此初步選定的液壓缸。 設(shè)計的合理性分析前面機構(gòu)參數(shù)的選擇計算是初步的，對其作業(yè)尺寸、挖掘力和強度等還要做進一步的分析校核。根據(jù)所計算的挖掘阻力，初步選取三個液壓缸的缸徑均為100mm。同樣，為最大挖掘高度和最大挖掘深度狀態(tài)，CAD建模得，均滿足任務(wù)書要求。挖掘阻力分為鏟斗挖掘阻力和斗桿挖掘阻力，本設(shè)計中以鏟斗挖掘為主。鏟斗挖掘時，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化，其切削阻力基本上與切削深度成正比。因為前半過程的切削角不力，產(chǎn)生了較大的切削阻力。當斗容量時應(yīng)小于10000N。當，時出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力，其值為 (313)實驗表明法向挖掘阻力的指向是可變，數(shù)值也較小，一般=。從隨機統(tǒng)計的角度看，取法向分力為零來簡化計算是允許的。本次設(shè)計中挖掘機在III級土壤上工作，故取。所以，切削刃擠壓土壤的力可取為：； 主工作裝置的強度校核對主工作裝置進行校核需先選擇最不利工況來計算工作裝置的受力，進而對工作裝置進行強度校核。反鏟裝置的斗桿和動臂強度主要為彎矩所控制，故其計算位置可根據(jù)反鏟工作中挖掘阻力對斗桿或動臂產(chǎn)生最大彎矩來確定。時）；（3）鏟斗位于發(fā)揮最大挖掘力的位置；。 最不利工況尺寸圖b) 力的計算這時，工作臂上的作用力有：工作臂各部分的重量(動臂重G斗桿重G鏟斗重G3)和作用于鏟斗齒上的挖掘阻力。動臂油缸承受閉鎖力Fl180。 取工作裝置為脫離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得另一個鏟斗挖掘力。計算時取代入計算得到。由鏟斗在水平和豎直方向上的合力分別平衡可求得鏟斗在鉸點Q處受到的水平力。 以斗桿為脫離體，根據(jù)斗桿的力平衡方程可以求得在鉸點F處斗桿受到的水平力和豎直力。到此，各鉸點的力均已求出。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第一卷第三章，斗桿的材料選用16MN，綜合機械性能、焊接性及低溫韌性、冷沖壓及切削性均好，與Q235A鋼相比，強度提高50%，耐大氣腐蝕提高20～38%，低溫沖擊韌性也優(yōu)越，價廉，應(yīng)用廣泛。將斗桿在各點的受力分解到沿斗桿軸線方向和垂直斗桿軸線方向后。在該截面處的受力：N= Q= MMAX=斗桿的材料選用16Mn，由鋼板焊接成的矩形箱結(jié)構(gòu)，鋼板的厚度為15mm，16Mn的許用應(yīng)力，對其進行內(nèi)應(yīng)力校核如下：其截面面積為：抗彎截面系數(shù)為：16Mn的許用應(yīng)力 斗桿的截面圖截面所受的正應(yīng)力為：所以，斗桿的強度滿足要求（2） 動臂的強度校核將動臂各鉸點的受力分解為沿動臂軸線方向和垂直動臂軸線方向。5 行走裝置的設(shè)計行走裝置的設(shè)計主要包括確定行走裝置的形式，并確定各部分的尺寸型號。液壓傳動的履帶行走裝置，挖掘機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)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。輪胎式液壓挖掘機行走裝置的結(jié)構(gòu)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(shè)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。履帶工作條件惡劣，要求具有足夠的強度和剛度、耐磨性好、質(zhì)量輕以減少材料的消耗量，并減輕履帶