毕业设计论文小型挖掘机工作部设计及液压驱动系统.docx

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1、XXXX设计(XX)小型挖掘机挖掘部件设计学生姓名：指导教师：专业班级：学号：学院：二OXX年五月二十日XXXXXX(XXX)HarbinUniversityofCommerceDesignofDiggingPartsofSma11ExcavatorStudentSupervisorSpecia1tyandC1assStudentIDSchoo120XX-5-20摘要本设计是一种小型挖掘机的前部工作装置，可在特殊条件下进行工用和民用作业。可用于矿井下小空间清理、装载和运输，还可用于冶金、采矿、隧道施工等场合。本设计中通过对现有技术理解和运用，利用任务书中所给的铲斗额定装载载荷计算铲斗的斗容，选

2、定标准铲斗。由选定的标准铲斗来进行挖掘机的最大铲取阻力、最大装载高度、最小卸载距离以及设计所需的其他量的计算。对动臂和铲斗的结构尺寸进行了详细的设计计算和校核。并且粗略地进行了动臂、斗杆及铲斗油缸和这些油缸所对应的活塞杆内径的选择。在一定程度上对工程师责任及社会持续健康发展进行了探讨。关键词：挖掘机；铲斗；动臂；斗杆；液压缸AbstractThisdesignisakindoffrontworkingdeviceofsma11excavator,whichcanbeusedforworkandcivi1useunderspecia1conditions.Itcanbeusedforc1eani

3、ng,1oadingandtransportationofsma11spaceunderthemine,anda1soformeta11urgy,mining,tunne1constructionandotheroccasions.Inthisdesign,thebucketcapacityisca1cu1atedbyusingtherated1oading1oadofbucketgiveninthetaskbookthroughunderstandingandapp1icationoftheexistingtechno1ogy,andthestandardbucketisse1ected.T

4、hemaximumshove1resistance,maximum1oadingheight,minimumun1oadingdistanceandotherquantitiesrequiredfordesignareca1cu1atedbythese1ectedstandardbucket.Thestructuredimensionofboomandbucketisca1cu1atedandcheckedindetai1.Andthese1ectionoftheboom,stickandbucketcy1inderandthepistonrodinnerdiametercorrespondi

5、ngtothesecy1indersismaderough1y.Tosomeextent,theengineerresponsibi1ityandthesustainab1eandhea1thydeve1opmentofsocietyarediscussed.Keywords:excavatingmachinery;ascraperbucket;Boom;Stick;Hydrau1iccy1inder目录摘要IAbstractII1绪论111课题背景及目的11.2 国内外研究状况11.3 论文构成及研究内容12总体方案设计22.1 工作装置构成22.2 动臂及斗杆的结构形式32.3 动臂油缸与

6、铲斗油缸的布置42.4 铲斗与铲斗油缸的连接方式42.5 铲斗的结构选择42.6 原始几何参数的确定53基本尺寸的确定73.1 斗形参数的确定73.2 动臂机构参数的选择83.3 动臂机构基本参数的校核113.3.1 动臂机构闭锁力的校核113.3.2 满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核133.3.3 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩的校核143.4 斗杆机构基本参数的选择153.5 铲斗机构基本参数的选择173.5.1 转角范围173.5.2 铲斗机构其它基本参数的计算174工作装置结构设计194.1 斗杆的结构设计194.1.1 斗杆的受力分析194.1.2 结构尺寸的计算274

7、.2 动臂结构设计294.2.1 第一工况位置294.2.2 第二工况位置：334.2.3 内力图和弯矩图的求解354.3 铲斗的设计404.3.1 铲斗斗形尺寸的设计404.3.2 铲斗斗齿的结构计算：414.4 油缸基本参数的选择和计算415销轴与衬套的设计455.1 销轴的设计455.2 销轴用螺栓的设计455.3 衬套的设计456工程与社会46总结47参考文献48致谢49附录1挖掘机总装图50附录2动臂总成图52附录3斗杆总成图53附录4铲斗总成图54附录5动臂衬套55附录6斗齿56附录7连杆57附录8摇臂581绪论11课题背景及目的近年来，国民经济高速发展，在各基础设施建设领域中，挖

8、掘机的作用凸显得越来越重要。据有关部门统计，2019年7-12月期间28家挖掘机生产制造厂商共销售各类挖掘机械149893台，同比增长14.7%。国内市场售出136862台，比上年增长13.6%。出口14961件，比去年同期增长36.7%0并且在2023年，我国科学调整疫情防控和经济社会平稳发展，挖掘机械市场呈现出一片繁荣向好的局面，实现了超出预期的持续增长。年销售额为329805台及39.8%的同比增长再次创造了新的历史记录。液压挖掘机作为高速高效的建设机械代表越来越被人们所熟知。目前国内外对于液压挖掘机前部工作装置的设计，已经比较成熟。其参考文献有很多，通过多角度对单斗液压挖掘机前部工作装

9、置的设计进行了探讨，认为其是一种复杂的多自由度空间运动机构。目前本人对工程设计方面的设计水平和经验知识还很欠缺。本课题的设计是为了加深对工程设计行业的理解及运用能力，巩固本人大学所学知识，积累自主设计经验，并且对未来的就业岗位有一定的经验积累。1.2 国内外研究状况全球挖掘机行业长期以来一直就强调采用新技术、新工艺、新结构和新材料，我国己经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，并引进了国外的一些生产率较高的先进挖掘机山。目前，液压挖掘机的开发重点在于改善传动和工作系统的结构和提高其效率，以实现高效节能。现在其发展目标在于：在大型化研发的同时向小型化推进、智能机电一体化技术的应用及

10、充分利用人机工程学等。1.3 论文构成及研究内容本设计总体上设计计算了动臂、斗杆、铲斗、销轴等组成挖掘机的工作装置。由挖掘机工作装置总体设计、挖掘机工作部件运动学分析、工作装置各部分基本结构尺寸的计算校核及销轴设计和螺栓等标准件的选择等五部分组成。2总体方案设计2.1 工作装置构成1：斗杆油缸;2：动臂;3：油管;4：动臂油缸;5：铲斗;6:4;7：侧板:8：连杆;9：曲柄;10：铲斗油缸；11：斗杆.图2-1工作装置组成图如图2-1所示，工作装置包含铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2及相应三组液压缸1、4、10等部分。通过钱链将动臂下钱接点固定在机体上，动臂油缸不断伸缩，使得整个工作部围绕动臂

11、下较接点旋转。当斗杆油缸不断伸缩，斗杆就围绕动臂上较点旋转。钱链将铲斗固定在斗杆最前方，同时采用铲斗油缸和连杆使其绕前较接点旋转。当进行挖掘时.，回转马达动作转盘转到挖掘所需位，此时将液压油注入动臂油缸小腔使其回缩，铲斗在降低动臂后到达地面后再操纵铲斗缸或斗杆缸，使其大腔进油而伸长。当铲斗装满时，通过动作动臂油缸大腔来提升动臂。打开回转马达，将前部工作装置转动到卸载位，然后动作铲斗油缸或斗杆油缸，铲斗进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位进行第二次挖掘循环。各油缸可视为是一个只能承受拉伸和压缩载荷的杆。所以对工作装置进行适当简化处理，该工作装置可看作一个自由度为3的六杆机构。结构简图如图2-2

12、所示，且可进一步简化为图2-3。该工作装置经简化后实质是一组3自由度的平面连杆机构，即工作装置的几何位置由动臂油缸长度11、斗杆油缸长度12、铲斗油缸长度13决定，当1i、12、13为某一确定的值时，工作装置的位置也就能够确定。2.2 动臂及斗杆的结构形式动臂经过比较采用整体式动臂，其结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻，且挖掘深度较大。在本次设计中因不需要考虑调节斗杆长度，故采用整体式斗杆，较组合式动臂结构简单、价廉。2.3 动臂油缸与铲斗油缸的布置动臂油缸安装在动臂前下方，动臂下支承点设在转台回转中心之前且稍高于转台平面，从而提高反铲的挖掘深度。两个动臂油缸活塞杆一端安排在动臂

13、箱中心，另一端布置在挖掘机机体上，这种结构可充当动臂的加强筋，并不影响动臂下降范围，并且可以弥补动臂的结构强度减弱。具体结构如图2-4所示。1:动臂；2:动臂油缸图2-4动臂油缸较接示意图2.4 铲斗与铲斗油缸的连接方式本设计方案中采用六连杆的布置方式，如图25所示。I：斗杆：2:连杆机构：3:铲斗图2-5铲斗连接布置示意图2.5 铲斗的结构选择铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机作业效果影响很大：综合考虑，选择了中小型挖掘机常用的铲斗结构，其基本结构如图2-6所示。图2-6铲斗斗齿的安装连接采用橡胶卡销式，结构示意图如2-7所示。1:卡销；2:橡胶卡销;3:齿座;4:斗齿图2-7卡销式斗齿结

14、构示意图2.6 原始几何参数的确定(1)动臂与斗杆的长度比K1K1取在1.52.0之间，初步选取K1=18,即(2)铲斗斗容与主参数的选择斗容在任务书中已经给出：q=0.9z按经验公式和比拟法初选：3=155()o(3)工作设备液压系统主参数初步选择初定动臂油缸的内径D=140皿，活塞杆直径4=90W斗杆油缸内径D2=40mn,活塞杆直径d?=90zmz。铲斗油缸内径R=11。加，活塞杆直径4=80坂。由经验公式和其它机型参考初选动臂油缸行程1I=IOoO加九，斗杆油缸行程12=1450,铲斗油缸行程Z3=1250加。由经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比：4=2=4=1.60参照任务书要

15、求选择工作装置液压系统的工作压力P=MAMPa,闭锁压力=34.3MPao3基本尺寸的确定3.1 斗形参数的确定斗容量q：在设计任务书中已给出4=0.9平均斗宽B：其可以由经验公式和差分法选择，又由续表知：当q=10/时，B=116tn当q=0.6相3时,B=0.916贝IJ当q=0.9机3时，=0.91+(1.16-0.91)0.30.4(3-1)=1.0375机再参考其它机型的平均斗宽预初定B=1.04m=104Omm挖掘半径R：由经验统计和参考同斗容的其它型号的机械，初选R=145所加。转斗挖掘满转角Q2)：由经验公式q=0.5XR2B(2-Sin2)Ks(3-2)KS为土壤的松散系数，取值为1.25。将4=09和8=1.04m代入上式得：2Sin2=4.66解得：0=475铲斗两个较点K、。之间的间距/24和/3的比值依的选取：太大将影响机构的传动特性，太小则影响铲斗的结构刚度，初选特性参数&=0.29。由于铲斗的