反铲挖掘机工作装置设计D

西南交通大学峨眉校区机械原理课程设计

机械原理课程设计

设计说明书

设计题目：反铲单斗液压挖掘机工作装置设计

院系: 机械工程系

专业: 机械制造工艺及设备

学号: 20107215

学生姓名: 顾永锋

指导教师: 冯建

日期: 2012年11月

一、机械原理设计任务书

学生姓名：顾永锋班级: 机制二班学号：20107215 设计题目：反铲液压挖掘机工作装置设计

1、设计题目简介

反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。

可以用于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端

挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖

掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。反铲装置是液压挖掘机重

要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以

改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶

劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。

2、设计数据与要求

3、设计任务

3.1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图；

3.2、根据所提供的工作参数，对挖掘机工作机构进行尺度综合，确定工作机构各个杆件的长度；

3.3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

3.4、编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。

3.5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。

完成日期：年月日指导教师

二、单斗液压挖掘机结构简图及简单分析

2.1 工作装置构成

液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，反铲工作装置由铲斗、连杆、斗杆、动臂、相应的三组液压缸等组成，液压挖掘机的工作装置组图如图2-1所示。

1-斗杆油缸；2- 动臂； 3-油管； 4-动臂油缸； 5-铲斗； 6-斗齿； 7-侧板；

8-连杆； 9-曲柄： 10-铲斗油缸； 11-斗杆.

图2-1 工作装置组成图

2.2 动臂与动臂油缸的布置

动臂油缸一般布置在动臂的前下方，下端与回转平台铰接，支承点设在转台回转中心之前并稍高于转台平面，这样的布置有利于反铲的挖掘深度。油自由式活塞杆端部与动臂的铰点设在动臂箱体的中间，这样虽然削弱了动臂的结构强度，但不影响以、动臂的下降幅度。并且布置中，动臂油缸在动臂的两侧各装一只，这样的双臂在结构上起到加强盘作用，以弥补前面的不足，具体结构如图2-2所示。

1-动臂 2-动臂油缸

图2-2铲斗连接布置图

动臂油缸

斗杆油缸

2.3 铲斗与铲斗油缸的连接方式

本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。该布置1杆与2杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够的铲斗平均挖掘力。如图2-3所示。

1-斗杆 2-连杆机构 3铲斗

图2-3 铲斗连接布置图

铲斗油缸

三.最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大

挖掘高度的计算

挖掘包络图

3.1最大挖掘深度

挖掘机处于最深挖掘位置处，铲斗挖掘，铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘。此位置出现在动臂油缸全缩，即动臂位置最低处，此时斗杆与斗杆油缸铰接点、斗杆与铲斗铰接点及铲斗齿尖在同一直线上且垂直于挖掘面，如图2.2-2所示。该位置处，铲斗中物料较多，土壤阻力较大，大臂、斗杆与铲斗的受力都很大，同时该位置也是用于只算斗杆与铲斗的危险情况的典型受力位置。因而，此位置也是整个动力学分析中较为重要的一个状态。

图3-2 第II工况

图3-3 第III工况

32min 21132max 1sin min l l l y l l y H C F --+=--=α=5710)sin(y 32112011=----+l l i l C αα

最大挖掘半径实体示意模型

3.2最大挖掘半径

挖掘机处于停机面最大挖掘半径处，铲斗挖掘，铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘，在挖掘机的设计规范中，最大挖掘半径是评价挖掘能力的主要标准之一，它决定挖掘机的挖掘范围。该位置出现在斗杆油缸全缩，铲斗齿尖、斗杆

与铲斗铰接点及斗杆与斗杆油缸铰接点这三点处于同一直线上，且大臂油缸缩进使铲斗处于地面上，如图5.2-1所示。在该位置处，在挖掘的过程中也将受到很大的土壤阻力。因此考虑此位置的受力与冲击将是动力学分析和强度检验的一项重要内容。

当斗杆液压缸全缩，铲斗液压缸处于适当位置使QV 转到CQ 的延长线上，CV 水平时得到最大挖掘半径：

1max 403040V C X R X l l l ==+=+ V C Y Y =

最大挖掘半径时的工况是水平面最大挖掘半径工况下C 、V 连线绕C 点转到水平面而成的。通过两者的几何关系，我们可计算得到：1max R =8.9

图3-2 最大挖掘半径实体示意模型

3.3最大挖掘高度

最大挖掘高度当动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩以及铲斗油缸全缩时斗齿尖距离基准地面的距离。

8930sin 3332=++=φl l H H

最大挖掘高度实体示意模型

3.4最大卸载高度

当动臂液压缸全伸，斗杆液压缸全缩，铲斗液压缸处于适当位置使QV 连线处于垂直状态时得到最大卸载高度为：

1max

2min

()3721328CFN QFN FCQ απαααπ=∠-∠--∠=+--

故Q 点坐标为：

237cos Q F X X l α=+⨯ 237sin Q F Y Y l α=+⨯ 式中：

max 121cos F C X X l α=+⨯

max 121cos F C Y X l α=+⨯

因此V 点坐标为： V Q X X = max 3V V Q Y Y Y l ==-

V Y 就是最大卸载高度2max H =5.98

四.机器各部件分析及参数确定