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1绪论 1
1
1
2
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2总体方案设计 3
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5
5
6
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3工作装置运动学分析 9
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: 15
4基本尺寸的拟定 19
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,动臂提高力矩的校核 25
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5工作装置构造设计 30
30
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40
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42
: 47
: 50
56
56
: 57
: 57
6销轴与衬套的设计 59
59
: 59
: 59
7总结 61
参照文献 62
道谢 63
附件一开题报告 64
附件二外文翻译 70
挖掘机工作装置构造设计
1绪论
挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用,如工业与民用建筑、交通运送、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。据记录,一般工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完毕的。
随着国内基本设施建设的进一步和在建设中挖掘机的广泛应用,挖掘机市场有着广阔的发展空间,因此发展满足国内国情所需要的挖掘机是十分必要的。而工作装置作为挖掘机的重要构成部分,对其研究和控制是对整机开发的基本。
反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一种较复杂的空间机构,国内外对其运动分析、机构和构造参数优化设计方面都作了较进一步的研究,具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而有关反铲式单斗液压挖掘机的有关文献也诸多,这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而笔者的设计知识和水平还只是一种学步的孩子,进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有某些大体的结识,巩固所学的知识和提高设计能力。
目前,国际上挖掘机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方向发展。国外挖掘机行业注重采用新技术、新工艺、新构造和新材料,加快了向原则化、系列化、通用化发展的步伐。国内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,引进了国外的某些先进的生产率较高的挖掘机型号[1]。
由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越,世界上许多国家,特别是工业发达国家,都在大力发展单斗液压挖掘机。目前,单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改善以达到高效节能;应用范畴不断扩大,成本不断减少,
向原则化、模块化发展,以提高零部件、配件的可靠性,从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制,实现机电一体化;提高机械作业性能,减少噪音,减少停机维修时间,提高适应能力,消除公害,纵观将来,单斗液压挖掘机有如下的趋势:
(1)向大型化发展的同步向微型化发展。
(2)更为普遍地采用节能技术。
(3)不断提高可靠性和使用寿命。
(4)工作装置构造不断改善,工作范畴不断扩大。
(5)由内燃机驱动向电力驱动发展。
(6)液压系统不断改善,液压元件不断更新。
(7)应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。
(8)增大铲斗容量,加大功率,提高生产效率。
(9)人机工程学在设计中的充足运用。
本文作者对三一重工生产的SANY200C进行现场测绘,获得了工作装置的大体数据资料。再结合同济大学出版的《单斗液压挖掘机》,运用旋转矢量法和力学知识分别对单斗液压挖掘机的工作装置进行运动学分析和力学计算。根据运动学分析和力学计算的成果得到工作装置的基本尺寸和构造尺寸。然后用CAD软件进行二维和三维图的绘制。
本论文重要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构构成挖掘机工作装置进行设计。具体内容涉及如下五部分:
(1)挖机工作装置的总体设计。
(2)挖掘机的工作装置具体的机构运动学分析。
(3)工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。
(4)工作装置重要部件的构造设计。
(5)销轴的设计及螺栓等原则件进行选型。
2总体方案设计
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工作装置构成图
图2-1为液压挖掘机工作装置基本构成及传动示意图,如图所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1,4,10等构成。动臂下铰点铰接在转台上,通过动臂缸的伸缩,使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依托斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动,而铲斗铰接于斗杆前端,通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。
挖掘作业时,接通回转马达、转动转台,使工作装置转到挖掘位置,同步操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩,动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸,液压缸大腔进油而伸长,使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后,铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油,使动臂抬起,随后接通回转马达,使工作装置转到卸载位置,再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩,使铲斗翻转进行卸土。卸完后,工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环
[2]。
在实际挖掘作业中,由于土质状况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同,反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的抱负过程。
挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁构造,铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特性,可以对工作装置进行合适简化解决[3]。则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以当作是由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构构成的具有三自由度的六杆机构,解决的具体简图如2-2所示。进一步简化得图如2-3所示。
图2-2工作装置构造简图
1-铲斗;2-连杆;3-斗杆;4-动臂;5-铲斗油缸;6-斗杆油缸;7、动臂油缸
图2-3工作装置构造简化图
挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是一组平面连杆机构,自由度是3,即工作装置的几何位置由动臂油缸长度L1、斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定,当L1、L2、L3为某一拟定的值时,工作装置的位置也就可以拟定[2]。
动臂采用整体式弯动臂,这种构造形式在中型挖掘机中应用较为广泛。其构造简朴、价廉,刚度相似时构造重量较组合式动臂轻[3],且有助于得到较大的挖掘深度。
斗杆也有整体式和组合式两种,大多数挖掘机采用整体式斗杆。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度,故也采用整体式斗杆。
动臂油缸装在动臂的前下方,动臂的下支承点(即动臂与转台的铰点)设在转台回转中心之前并稍高于转台平面[3],这样的布置有助于反铲的挖掘深度。油缸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构造强度,但不影响动臂的下降幅度。并且布置中,动臂油缸在动臂的两侧各装一只,这样的双动臂在构造上起到加强筋的作用,以弥补前面的局限性。具体构造如图2-4所示。
2
1
1-动臂;2=动臂油缸
图2-4动臂油缸铰接示意图
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似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。该布置中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大的铲斗平均挖掘力。如图2-5所示。
2
3
1
1-斗杆;2-连杆机构;3-铲斗
图2-5铲斗连接布置示意图
铲斗构造形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大,其应满足如下的规定[1]:
有助于物料的自由流动。铲斗内壁不适宜设立横向凸缘、棱角等。斗底的纵向剖面形状要适合于多种物料的运动规律。
要使物料易于卸尽。
为使装进铲斗的物料不易于卸出,铲斗的宽度与物料的粒径之比应不小于4,不小于50时,颗粒尺寸不考虑,视物料为均质。
综上考虑,选用中型挖掘机常用的铲斗构造,基本构造如图2-6所示。
图2-6铲斗
斗齿的安装连接采用橡胶卡销式,构造示意图如2-7所示。
1-卡销;2–橡胶卡销;3–齿座;4–斗齿
图2-7卡销式斗齿构造示意图
(1)动臂与斗杆的长度比K1
由于所设计的挖机合用性较强,一般不替代工作装置,故取中间比例方案,~,初步选用K1=,即l1/l2=。
(2)铲斗斗容与主参数的选择
斗容在任务书中已经给出:q=
按经验公式和比拟法初选:l3=1600mm
(3)工作装置液压系统主参数的初步选择
各工作油缸的缸径选择要考虑到液压系统的工作压力和“三化“规定。初选动臂油缸内径
D1=140mm,活塞杆的直径d1=90mm。斗杆油缸的内径D2=140mm,活塞杆的直径d2=90mm。铲斗油缸的内径D3=110mm,活塞杆的直径d3=80mm。又由经验公式和其他机型的参照初选动臂油缸行程L1=1000mm,斗杆油缸行程L2=1500mm,铲斗油缸行程L3=1300mm。并按经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比:λ1=λ2=λ3=。参照任务书的规定选择工作装置液压系统的工作压力P=,闭锁压力Pg=。
3工作装置运动学分析
动臂油缸的最短长度;动臂油缸的伸出的最大长度;
A:动臂油缸的下铰点;B:动臂油缸的上铰点;C:动臂的下铰点.