毕业设计（论文）-液压挖掘机铲斗机构设计与分析.docx

分类号单位代码密级学号XXXXX设计（XXX）题目挖掘机铲斗机构设计与分析学生姓名院（系）专业指导教师报告日期20XX年12月14日摘要国内基础设施建设蓬勃发展，挖掘机是目前应用最广泛，使用最便捷的工程机械。本次选定的课题就是全面系统分析挖掘机的工作特性，设计出一款快速准确、清洁、经济实用的挖掘机铲斗结构，真正实现安全高效便利化。本次设计重点是对挖掘机铲斗结构进行系统设计和全面掌握了解。首先对挖掘机铲斗结构的主要结构形式和目前的研究现状等进行了了解和分析。掌握了目前挖掘机铲斗结构的主要发展特点、发展趋势以及未来的发展方向。在此基础上,对挖掘机铲斗结构的主要结构、特点进行了设计。首先是总体设计，总体设计包括挖掘机铲斗结构的工作机构、挖掘机铲斗结构的主要结构组成，以及所要实现的主要功能。在此基础上，对挖掘机铲斗结构的主要组成部分进行了设计，重点是对挖掘机铲斗结构的驱动部分等的运动进行了设计，包括油缸设计选用等。然后对挖掘机铲斗结构进行了系统的三维造型设计，完成了挖掘机铲斗结构的三维模型和二维图纸绘制。本次设计的主要创新点在于采用了三维软件进行了三维造型，三维造型方便高效的实现了设计过程，同时直观展现设计成果，便捷实用。关键词：挖掘机；铲斗结构；三维造型；结构；设计；AbstractDomesticinfrastructureconstructionisbooming,andexcavatorsarecurrentlythemostwidelyusedandmostconvenientconstructionmachinery.Theselectedtopicthistimeistocomprehensivelyanalyzetheworkingcharacteristicsoftheexcavatoranddesignafast,accurate,clean,economicalandpracticalexcavatorbucketstructure,whichtrulyrealizessafety,efficiencyandconvenience.Thefocusofthisdesignistosystematicallydesignandfullyunderstandthebucketstructureoftheexcavator.First,themainstructuralformsoftheexcavatorbucketstructureandthecurrentresearchstatusareunderstoodandanalyzed.Masterthemaindevelopmentcharacteristics,developmenttrendsandfuturedevelopmentdirectionsofthecurrentexcavatorbucketstructure.Onthisbasis,themainstructureandcharacteristicsoftheexcavatorbucketstructurearedesigned.Thefirstistheoveralldesign.Theoveralldesignincludestheworkingmechanismoftheexcavatorbucketstructure,themainstructureoftheexcavatorbucketstructure,andthemainfunctionstoberealized.Onthisbasis,themaincomponentsoftheexcavatorbucketstructurearedesigned,andthefocusisonthedesignofthemovementofthedrivingpartoftheexcavatorbucketstructure,includingthedesignandselectionoftheoilcylinder.Thenasystematicthree-dimensionalmodelingdesignwascarriedoutontheexcavatorbucketstructure,andthethree-dimensionalmodelandtwo-dimensionaldrawingoftheexcavatorbucketstructureweredrawn.Themaininnovationofthisdesignistheuseofthree-dimensionalsoftwareforthree-dimensionalmodeling,whichisconvenientandefficienttorealizethedesignprocess,andatthesametimeintuitivelydisplaysthedesignresults,whichisconvenientandpractical.Keywords:excavator;bucketstructure;three-dimensionalmodeling;structure;designoIV目录1绪论11.1 设计的目的意义11.2 国内外研究概况及发展趋势21.2 .1国内状况21.3 .2国外状况2L3设计内容31. 4本章小结42总体设计方案52. 1研究方法的确定53. 2小型挖掘机铲斗结构简介54. 3设计要求和原则65. 4本章小结83挖掘机的铲斗结构设计93.1 动臂、斗杆、铲斗结构形式91. 1.1动臂的结构形式93. 1.2斗杆的结构形式104. 1.3铲斗的结构形式和斗齿安装结构105. 1.4铲斗与铲斗液压缸的连接方式113.2 动臂、斗杆、铲斗油缸的较点布置113.2.1动臂油缸的布置123.2.2斗杆油缸的布置133.2.3铲斗油缸的布置133.3动臂、斗杆、铲斗机构参数的选择143.3.1反铲装置总体方案的选择143.3.2机构自身几何参数153.3.3斗形参数的选择173.3.4动臂机构参数的选择233.3.5斗杆机构参数的选择273.3.6连杆、摇臂参数的选择294铲斗结构的强度校核计算324.1 斗杆力学分析321 .1.1位置I的计算324 .L2位置II的计算355 .1.3斗杆位置I受力计算以及内力图的绘制366 .1.4斗杆位置11受力计算以及内力图的绘制377 .L5斗杆强度校核384. 2动臂力学分析415. 3铲斗核心校核计算445油泵及油缸的设计与分析456. 1铲斗油缸的设计455. 1.1铲斗液压缸参数确定466. 1.2油缸强度计算485. 2泵的分析计算516三维模型建立545.1 铲斗结构零件绘制546. 2挖掘机铲斗结构的装配57结论58参考文献60致谢611.1 设计的目的意义液压挖掘机反铲挖掘装置大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，机器重量，传动平稳，作用效率高，结构紧凑。液压挖掘机反铲铲斗结构主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等，其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及其组合。反铲液压挖掘机的工作过程为，先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至铲斗结构开始下一次作业循环。动臂液压缸主要用于调整铲斗结构的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤，斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，但挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。由于挖掘力大且挖掘行程短,因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率。在实际工作中，熟练的液压挖掘机人员可根据实际情况，合理操纵各个液压缸，往往是各液压缸联合工作，实现最有效的挖掘作业。铲斗结构是工程机械进行生产作业的装置，该装置直接影响到整机的生产率和经济性，因此合理的设计有着重大意义，尤其是土方工程机械，作业过程中动力装置的大部分能量消耗在挖掘土壤上。由于铲斗结构的重量和成本只占整个机械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能耗，提高效率，从研究铲斗结构入手,在通常情况下，仅耗用较少的材料和费用就能明显地提高机械的性能，而机械的结构无需作重大改变。工程施工对工程机械的铲斗结构提出的高效、多能，能适应各种作业条件的要求，促使铲斗结构在结构形式和材料选用上不断提高改进，许多铲斗结构的操纵已采用液压伺服系统或自动控制，使机械的操纵力大大减小，生产效率利用显著提高，取得了良好的效果。在众多的铲斗结构中，装载机的铲斗结构的设计具有一定的典型性。1.2 国内外研究概况及发展趋势1.2.1 国内状况第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动半回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。我国的挖掘机生产起步较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为In?的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪3040年代的W501、W502、WlOOKWlO02等型机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史。从1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WYK)O型、贵阳矿山机器厂的W4-60型、合肥矿山机器厂的WY60型挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的WY160型以及杭州重型机械厂的WY250型挖掘机等。它们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。到20世纪80年代末，我国挖掘机生产厂已有30多家，生产机型达40余种。中小型液压挖掘机已经形成系列，斗容有0.10.5n?等12个等级、20多种型号，还生产0.54n?以及大型矿用Iom3、12n?机械传动单斗挖掘机，1n?隧道挖掘机等，但总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，有很大的差距。改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进掘机行业的发展。例如，中国第一拖拉机工程机械公司、广西玉柴股份有限公司、柳州工程机械厂等。这些企业经过几年的努力已达到一定的规模和水平。业内人士指出，我国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容量宜控制在0.115m3;而对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为主。应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操纵的自动化。1.2.2 国外状况工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本等是斗容量3.54011?单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50150n?的剥离用挖掘机，斗容量132n?的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊禾IJ）公司生产的斗容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机，斗容量107n?的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。工程机械的发展开始于19世纪末，是随着履带式农业机械的出现而开始的。工程机械的发展是随着美国卡特彼勒的履带式拖拉机的出现而正是开始发展的。日本是从上个世纪设计使用挖掘机最早的国家之一。在上个世纪的60年代日本首先设计出了一台挖掘机。当时的挖掘机是一种采用机械式控制的结构机器人,这种结构机器人主要应用于直线涂胶。60年代末期的日本的一家公司，正式应用了一种挖掘机，这种挖掘机被应用到了家电等大批量行业。上个学期在70年代，日本对这些研究开始更加重视，也投入巨大的人力物力，进行全面的升级提升，也是在这个时期，挖掘机在日本得到了快速的发展到了上个世纪的80年代，这种挖掘机的制造商已经大量出现，尤其是80年代末期日本的这种挖掘机的生产企业以及生产厂商已经达到了5000多，各企业同时产量也得到了迅猛的提升。产量能够达到接近5000台而到了上个世纪的90年代在在日本整个的挖掘机的总销量达到了万余台。这些挖掘机广泛应用到了当时的汽车制造，化工，制药以及机械制造的相关领域。80年代末产生的这种无线导引技术，则对于挖掘机的应用起到了一定的助推作用，这种技术的出现使得挖掘机不再受限于控制系统，必须采用有线结构形式。1.3 设计内容本课题的研究的主要内容是挖掘机铲斗结构铲斗结构的设计，选择出合理的设计方案，并通过研究平面四杆机构的运动分析规律，综合利用作图法和解析法对其进行合理的运动学分析，得出各构件的长度和位置，其次对动臂机构参数、斗杆机构参数、铲斗机构参数的基本尺寸进行计算和验证。最后对由动臂、斗杆、铲斗、四杆连杆机构组成的主要部件的结构进行最终设计，并对其进行系统的检验，以便所设计的铲斗装置适应现在的工作环境。对挖掘机的主要结构形式和目前的研究现状等进行了了解和分析，掌握了目前挖掘机的主要发展特点、发展趋势以及未来的发展方向。按照设计要求，进一步明确了本次设计的主要内容和主要所要达到的目的和意义，并简要分析了挖掘机未来的发展方向。2总体设计方案挖掘机的应用广泛，目前主流的挖掘机都采用液压驱动，同时挖掘机的铲斗结构一般为反铲结构形式。2.1 研究方法的确定本次设计挖掘机铲斗结构是要在大量查阅资料，然后对所要设计的挖掘机铲斗结构的主要功能进行明确，在此基础上挖掘机铲斗结构床的主要结构形式进行确定。这一类的设计最主要的方式和方法包括：（1）首先要对目前挖掘机铲斗结构的主要结构形式，进行全面系统的了解,就是通过查阅大量的文献资料和现有的挖掘机铲斗结构的结构，进行系统全面的掌握，同时进行系统全面的三维造型设计，力求设计出一个更为完善系统有效的挖掘机铲斗结构。（2）挖掘机铲斗结构的主要研究现状及背景以及研究的成果，了解完成之后，对挖掘机铲斗结构的结构形式进行确定，也就是通过设计计算和计算机辅助的方法，对挖掘机铲斗结构的主要支撑运动以及传动结构进行全面的设计并按照相关要求进行适当的验算。（3）设计计算完成的挖掘机铲斗结构，需要对图纸进行绘制，本次设计一般情况下采用CAD绘制二维图纸，在三维造型的基础上，对结构设计合理性进行验证。2. 2小型挖掘机铲斗结构简介反铲式挖掘机铲斗结构的结构类型如图2.1所示。3图2.1铲斗结构简图I-切臂；2-切臂液压阻3-斗材液压缸；4-斗材；5-铲斗液压缸；6-铲斗；7-连杆；8-摇杆反铲式挖掘机的工作部分主要组成包括了动臂、铲斗、斗杆、连杆、摇杆和驱动动臂的液压缸、驱动斗杆的液压缸以及驱动铲斗的液压缸。各个构件之间采用的钱接的连接方式，通过液压缸的驱动实现各个动作。从图2.1可以看出，挖掘机铲斗结构的动臂下部钱接点与液压挖掘机的回转平台较接在一起，并通过动臂油缸实现对动臂的升降驱动，从而实现对动臂倾斜角度的控制。斗杆和动臂之间采用较接连接，斗杆可以绕着钱接点自由的转动，斗杆和动臂之间的转角通过液压油缸3驱动。铲斗和斗杆之间也是通过较接方式连接，通过斗杆和动臂之间为了保证液压缸驱动，设置了连杆也油缸装置，组成平行四杆结构，通过铲斗油缸实现对铲斗转动的驱动。2.3设计要求和原则挖掘机铲斗结构的主要工作要求和设计原则包括：铲斗结构在实际设计过程中要能够满足设计使用的范围要求，在设计通用结构的时候，要在能够满足实际工作条件的基础上，与同类机型进行比较能够达到或者一定程度上提升，不是考虑的哦，相关的标准和安全等因素要避免碰撞，或者是限制碰撞的发生。挖掘机的工作输出力以及工作过程中的受力分布情况都应该在设计过程中得到全面的改善。挖掘机的输出功率应该尽量的平稳同时工作过程中的时间尽可能的短。铲斗结构在设计的过程中，尤其是结构件，对于较接点的布置，以及应该力求简单同时能够保证足够的刚度强度，尽量减轻铲斗结构的重量你可以进一步提升燃油经济性。整个挖掘机的工作部分，所处的工作环境相对复杂，所以铲斗结构的维护一定要简单方便，这样在实际的设计过程中需要更换的零部件一定要尽可能的少,而且路程结构相对简单这样可以很方便的实现维护或者更换。挖掘机需要在各个工地之间来回的转运，所以挖掘机的整个运输尺寸以及自身移动过程中的稳定性，都应该非常好，可以实现快速的转运，同时转运过程中，液压缸的载荷需要卸掉，这样可以减轻冲击。整个挖掘机的铲斗结构需要完成三化，也就是系列化标准化高效化。对于相关的零件应该能够建标准化这样可以降低生产成本，同时对于易损件也能够及时的找到更换零件。铲斗结构的拆装和结构形式的设计一定要便于后期的维护。铲斗结构的其他工作要求也一定要尽量满足。具体流程分析如下：具体结构的设计计算动臂设计-一斗杆设计一铲斗设计-一油缸设计一油泵设计二维装配图和零件图的绘制三维造型完成设计说明书，全面检查验2. 4本章小结本章重点对挖掘机铲斗结构的结构原理进行了分析，确定了挖掘机铲斗结构的总体结构形式，并分析了主要传动部分的工作特点。3挖掘机的铲斗结构设计2.1 动臂、斗杆、铲斗结构形式2.1.1 动臂的结构形式动臂是挖掘机的主要构件，动臂的结构形式决定了斗杆结构形式，本次设计的挖掘机为反铲式挖掘机，反铲式挖掘机的动臂主要结构形式分为整体式和组合式。图3.1整体式弯动臂动臂按照具体结构形式分为了直动臂和弯动臂。直动臂主要是悬挂式结构的挖掘机使用，该类型结构简单而且相对紧凑轻巧。弯动臂则是有利于增加挖掘机挖掘过程中的深度，是反铲挖掘机的主要设计结构和形式。但是整体结构的弯动臂要综合考虑动臂在弯曲处的强度，防止出现应力集中，造成损坏。整体式组合动臂则相比于整体式弯动臂来说，结构上通用性差，而且综合的工作效率较低，所以目前反铲式高效工作挖掘机采用的动臂结构一般为整体式弯动臂。具体形式如图3.1。组合式动臂也有相对的优势，那就是可以随时调整动臂的结构形式和受力方式，能够更好的改善应力不均匀的问题。综合比较集中动臂的结构形式和特点，本次设计采用的挖掘机动臂为整体式弯动臂结构。2.1.2 斗杆的结构形式挖掘机斗杆的结构形式也分为整体式和组合式，整体式的斗杆相对来说，结构更为简单同时在使用和更换的过程中更为方便，组合式的一般应用比较大的反铲挖掘机。本次设计综合考虑工作特点和使用条件，最终选择的是整体式斗杆。2.1.3 铲斗的结构形式和斗齿安装结构(1)铲斗的结构形式目前铲斗是直接与需要挖掘的土壤等接触的部件，铲斗设计的结构形式将直接影响整个挖掘过程中的阻力大小。目前传统的结构形式，具体的理论模型，或者是相关的理论系统还未完全建立，铲斗具体的模型，以及在使用过程中的所受到的阻力等都无法通过要合理的理论模型进行设计计算，所以该系统的设计还停留在通过试验或者是模拟的形式进行简单分析。整个系统的设计需要综合考虑整个挖掘机的具体使用环境，针对于不同的使用环境，挖掘机铲斗的结构形式也存在着一定的区别，这样才能设计出更为挖掘过程中阻力更小的铲斗。表3-1反、铲斗对比试验结果作业条件铲斗编号铲斗充满时间(三)生产率(10KNh)效率(%)在页岩中铲斗119.0542.6100作业铲斗240.622.6853.3在砂中铲斗14.9163.5100作业铲斗26.3152.793.3为了保证铲斗在进入所要铲运的物料过程中阻力最小，一般在铲斗上设置斗齿，斗齿的类型主要是图3-1所示的两种，这两种的主要应用范围是根据铲斗容量进行区分的，图32a主要用在斗容量qW0.6m3条件下，而图32b则主要应用在斗容量qNO.6m3情况下。本次设计采用的斗齿与铲斗之间通过螺栓连接.IIIll图3.2a螺栓连接结构斗齿图3.2b橡胶卡销结构斗齿2.1.4 铲斗与铲斗液压缸的连接方式铲斗与油缸直接的连接形式多样，主要的包括了图3.3所示的四种。第一种如图3.3a所示，这种直接连接结构。图3.3b结构形式为采用了连杆和摇杆的结构类型，采用了类似于六连杆的结构形式。这几个类型相对来说都有应用，但是目前应用最广泛的是采用摇杆和连杆的平行四边形或者六边形结构。本次设计综合考虑结构特点采用如图3.3b所示的机构形式。2.2 动臂、斗杆、铲斗油缸的钱点布置挖掘机较接点位置的确定直接影响铲斗结构的综合效率和能耗水平。对于反铲挖掘机的铲斗结构，可以按照多连杆的机构分析。在设计和确定较接点的过程中，要综合考虑挖掘机的实际挖掘能力。3. 2.1动臂油缸的布置图3.5油缸后倾布置方案挖掘机动臂油缸在动臂下方，实现对动臂绕较接点的回转角度变化，常见的动臂油缸的主要布置形式如图3.4/3.5所示。油缸前倾布置方案，如图34所示，动臂油缸与动臂较接于E点。当动臂油缸全伸出，将动臂举升至上极限位置，动臂油缸轴线向转台前方倾斜。油缸后倾布置方案，如图35所示，当动臂油缸全伸出，将动臂举升到上极限位置时，动臂油缸轴线向后方倾斜。综合分析两个类型的优缺点，两者之间都能满足使用要求，但是3.5所示结构布置更为简单，而且整个系统的紧凑型更好，而且各个构件的受力更为合理，所以本次设计选择的结构类型为图3.5所示，采用的动臂油缸前倾的布置形式。3. 2.2斗杆油缸的布置保证斗杆的摆角范围。斗杆摆角范围一般取100o-130oO在斗杆油缸和转斗油缸同时伸出最长时，铲斗前壁和动臂之间的距离应大于IOcm一般来说，斗杆越长，则其摆角范围可以取得越小一些。较点位置的确定需要反复进行。在计算中初定较点位置，如不够合理，应进行适当修改。4. 2.3铲斗油缸的布置确定铲斗油缸较点应考虑以下因素。保证转斗挖掘时产生足够大的斗齿挖掘力，即在铲斗油缸全行程中产生的斗齿挖掘力应大于正常工作情况下的挖掘阻力。当铲斗油缸作用力臂最大时，所产生的最大斗齿挖掘力应能使满载铲斗静止不动保证铲斗的摆角范围。铲斗的摆角范围一般取140o160o,在特殊作业时可以大于180。当铲斗油缸全缩时，铲斗与斗杆轴线夹角（在轴线上方）应大于10。，常取15。25。，铲斗油缸全伸、铲斗满载回转时，应使土壤不从斗中撒落。铲斗从位置I到位置11时（图36）,铲斗油缸作用力臂最大，这里能得到斗齿最大切削角度的1/2左右，即当铲斗挖掘深度最大时，正好斗齿挖掘力也最大。实际上铲斗的切削转角是可变的。在许多情况下，特别是进行复合动作挖掘时，铲斗的切削转角一般都小于100。，而且铲斗也不一定都在初始位置I开始挖掘。因此，目前一般取位置I至位置11的转角为30。50。，在这个角度范围内可以照顾到铲斗在挖掘过程中能较好地适应挖掘阻力的变化，又可以使铲斗在开始挖掘时就有一定的挖掘力。图3.6铲斗转角范围3.3动臂、斗杆、铲斗机构参数的选择3.3.1反铲装置总体方案的选择反铲方案按照此次设计的要求力求实用，同时各个构件能够实现较高的通用性和专用性。综合考虑这个装置的工作特性和主要的工作性能。反铲装置总体方案的选择包括以下方面：动臂及动臂液压缸的布置组合式动臂也有相对的优势，那就是可以随时调整动臂的结构形式和受力方式，能够更好的改善应力不均匀的问题。综合比较集中动臂的结构形式和特点，本次设计采用的挖掘机动臂为整体式弯动臂结构。动臂油缸采用下置前倾结构形式。斗杆及斗杆液压缸的布置斗杆采用固定长度的结构形式，而且不采用组合式，最终确定采用的是整体式斗杆，同时较接点固定。动臂与斗杆的长度比，即特性参数（二%。对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。一般当K12时，（有反铲取K3）称为长动臂短斗杆方案，当K<1.5时属于短动臂长斗杆方案。Kl在1.52之间称为中间比例方案。动臂斗杆长度按照分析和综合设计的经验，一般选用的是中间的比例方案形式，所以本次设计选择的是K=l.8。铲斗类型及容量调节铲斗的机构形式相对单一，主要的区别在于前面斗齿的结构形式。本次设计已经进行过分析，斗齿采用和铲斗螺栓连接的结构形式，这种结构方便安装更换。根据液压缸系统压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件和三化要求等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全缩长度之比2。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取4=L61.7,个别情况下因动臂摆角和校点布置要求可以取WL75,而取4=L6L7,23=1.6-1.7o3.3.2机构自身几何参数图3.7反铲机构自身几何参数的计算图反铲机构自身几何参数的计算图及有关符号如图3-7所示。反铲机构各部分原始参数、推导参数和部分特性参数见表3-2所示。表3-2反铲机构自身几何参数表参数分类铲斗斗杆动臂机体符号意义原始参数13=QV,112=MH113=MN,114=HN124=QK,125=KV129=KH12=FQ,19=EF110=FG,Ill=EG115=GN,116=FN121=NQ11=CF,16=CD17=CB,18=DF122=BF14=CP,15=CA117=CI,119=CT130=CS,138=JT139=JI推导参数Q9=ZNMHI0=ZKQVQ4=ZEFGa5=NGNFa6=NGFNa7=NNQFa8=NNFQa2=NBCFa3=NDFCa11=ZCAPa9=ZTCP特性参数K2=,13，3I2K2=,l/9K2=,I3/41aI=NCZFa11%备注12一斗杆长L一动臂长Q1一动臂弯角悬挂式U=NACU3.3.3斗形参数的选择(1)铲斗主要参数的选择斗容量q、平均斗宽5,转斗挖掘半径A和转斗挖掘装满转角25(这里令5=max)是铲斗的四个主要参数。R、3及25三者与q之间有以下几何关系(图3-8)。图3.8铲斗简图q=gRB(2-sin2)Ks(3-1)其中：q=0.18m3(已知)，铲斗斗容量；A一铲斗挖掘半径，单位叱B一铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围，查表33,取3=0.65m；2一铲斗挖掘装满转角，一般取25=90。100o,取25=100。=1.744rad把q、B>25代入式(31)得：0.18=0.5×2×0.75×(1.744-sinl00o)×Ks解得：H=O.7639m18类别qB0.050.10.150.20.250.40.50.60.811.62欧美120种0.30.40.70.520.720.780.880.941.181.261.51.65日本50种0.30.40.50.670.8511.061.121.271.61.77苏联6种中国12种0.540.510.750.80.90.911.18其它0.80.91.11.41.8推荐范围：低限0.50.60.70.70.81.01.21.6高限0.60.70.80.91.01.21.41.8铲斗上两个较点K与。的间距应（图39）太大将影响铲斗传动特性，太小则影响铲斗结构刚度，一般取特性心今二。3038,取3=0.34=,R，3,3=0.7639m,得出勤二。273m。当转角较大时储取较小值，一般取名°=NKQV=95°115°,取NKQV=IO5。o（2）斗形尺寸计算根据铲斗主要参数可进一步设计计算斗形其尺寸，如图3T0所示。图中三角形OG石为等腰三角形，OA段为直线，AB弧段为抛物线。，抛物线顶点高度为斗尖角c取值范围一般为20°30。，斗侧壁角为b取30°50°,包角b取108oo改变三角形OEG的形状可以获得不同的形状的斗形。斗形尺寸根据比拟法6二0.65m（已知）、T?D=0.7639m（已知）以及参考表34,得出：B=0.65；I3=0.7639；m=0.0682；R'=0.707；Xl=O.284；X2=0.516；X3=0.840；L=O.54解得方程组为y1=1.96xy2=-0.593x2+0.402x+0.491y3=3.1（x-0.707）表3-4斗形尺寸参考表参数/mm斗容量q/m30.651.0b11001400RD12501370m180230R，10701140Xl341300X2840996X312801410L855960图3.10斗形尺寸计算图(3)初选斗齿的几何形状铲斗及切削时的主要参数，如图3-11所示，图中铲斗容量q、长度L、宽度B、高度H、切削角刃角和后角丫等参数的选择都对挖掘比阻力有直接影响。斗齿在铲斗上的布置(齿宽和齿距)也是一个重要参数。为使斗侧壁不参与切削，铲斗应装有侧齿。一般齿宽8=011&=0.062%齿长/=0.26荷=0.147m;齿距为：=(2.5-3.5).二(O.160192)m,取=O.155m斗前臂与切削面的间隙取/=0.7=0.0434m又由于铲斗宽度B=O.65m,齿宽与齿距之和为0.062+0.155=0.217m-=4.01a+b因此铲斗装有5个齿。另外齿尖应保持锐利，否则挖掘阻力将急剧增加。新铸(或锻)的齿只有一个小的圆弧尖连续工作后，齿尖将逐渐磨损，并变钝。通常，挖掘11III级土壤，齿尖显著磨钝后，挖掘阻力将增加50100%o因此，为避免这种超载挖掘，应及时更换或在齿刃口上堆焊硬质合金层。斗齿做成楔入式或组合式，以便快速更换和修补。切削角。对切削阻力影响也很大。通常，挖IIII级土时，斗切削角为=20°35。（较大值适用于硬土，小值适用于一般土），常用切削角为=30。，本次设计取=30°,后角；I不应小于5。，刃角取25°。图3.11斗齿参数图3.3.4动臂机构参数的选择根据说明书知：铲斗容量9=0.18iii3最大挖掘半径一R1=4000mm;最大挖掘深度一lmax=2800mm;最大卸载高度一H3max=2800mm；据统计，最大挖掘半径RI值一般与+2+J的和很接近。因此由已知的R(3-2)1，。和Kl可按下列经验公式初选/1、Z2:1+KZ1=KJ2其中：1=4m;Kl一般取Ll至1.8,此处为加长斗杆方案，取L8。经计算得出：12=L471m；1=K12=1.2×1.471=2.648m在三角形CUF中，、/1和K3都可以根据经验初选出:其中：叫一动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但降低了卸载高度，但太小对结构的强度不利，一般取120。140。，取=140。；八一前面已算出为2.648m；降一动臂转折处的长度比一般根据结构和液压缸较点B的位置来考虑，初步设计取K3=l1L3,¾K3=1.2；因此根据公式及图312：可以算出41、，42、%9Jl+K；-2（CoS%I42=K3I41（3-3）=ZUFC=arcoos（42+）2×Z42×Z1经计算得出：UC=Z41=0.984m；UF=42=1.930m；ZUCF=%9=181°动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比L按不同情况选取，专用反铲可取V0.8；以反铲为主的通用机，TC4=0.8l.1；斗容量而左右的通用机，则可取七=Io此次最终按照分析选择为TC4=Io的取值对特性参数K4、最大挖掘深度HImaX和最大挖高度H2max有影响。加大知会增大HlnIaX，缩小82max。基本用作反铲的小型机取劭60°。此次最终按照分析选择为a”=70。斗杆液压缸全缩时NCFQ=%2一。8最大（图313）,常选（出2一。8）max二160o-180oo此次最终按照分析选择为（%2一%）max=170ooNBCZ取决于液压缸布置形式，动臂液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的钱点一般置于动臂下翼耳座上，B在Z的下面。初定NBCZ=5。，根据已知NZCF=I8.1。,解得NBCF=I3.1°由图3-13得最大卸载高度的表达式为H3max=YA+Z5Sin即+，si11(4max即一火)【2Sin(%2max+4max-41-RO。)-%(34)由图3-14得最大挖掘深度绝对值的表达式为“lmax=13+4+/I4min+¾)-/5SUlG<11-4(3-5)将这两式相加，消去4，并令A=。"+%，B=A+%-%2ma,得到：Himax+83max/1s三(lmax-Si11(6Imin一人)+2Si11(6>lma-B)-1=0(3-6)Y图3.14最大挖掘深度时动臂机构计算简图又特性参数：储=Sl114max（3-7）4sm4nn因此SineImin=7詈a4z1C°S%min=卜卓的）J<3-8）将上式代入式（3-6）则得到一元函数f（lmax）=0o式中打相和人:已根据经验公式计算法求出，经计算得出：¾in=21.42o；lmax=144.25°最后由式（3-5）求）为+1+"immTiImaX（3-9）?Sinan=0.5403m（其中：Z1=2.648m；Z2=I.471m；A=83.lo；通过参考其他机型以及经验公式取KA=0.70Im）然后，解下面的联立方程，可求。和P:%jarc°s(*了)=arc(弋ZI)(3-10)于是:4max=arcosLImin-LlmaX'1min*LImin经计算得出:=1.24；'+4'im二)=arc2弘2+p2-I2)2pp=0.65；Llmin=0.8193m；1=1.6Llmax=1.310m；Z7=I.02