噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 裝置的幾何位置由動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度 L斗桿油缸長(zhǎng)度 L鏟斗油缸長(zhǎng)度 L3決定，當(dāng)LL L 3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定。 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式的初選動(dòng)臂采用整體式彎動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)形式在中型挖掘機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕，且有利于得到較大的挖掘深度。缺點(diǎn)是可更換工裝少，通用性較差。使用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件近似的反鏟，以采用整體臂較好。斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)采用整體式斗桿。 動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸的布置動(dòng)臂油缸裝在動(dòng)臂的前下方，動(dòng)臂的下支承點(diǎn)（即動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)）設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。油缸活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響動(dòng)谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)8臂的下降幅度。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。具體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 Arm oil cylinder hinged schemes 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式本方案中采用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。該布置中 1 桿與 2 桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。如圖 所示。1斗桿； 2連桿機(jī)構(gòu)； 3鏟斗圖 鏟斗連接布置示意圖 Connect the bucket decorate schemes 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求：（1）有利于物料的自由流動(dòng)。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）要使物料易于卸盡。（3）于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于 4，大于 50 時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。1動(dòng)臂； 2動(dòng)臂油缸圖 動(dòng)臂油缸鉸接示意圖山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 鏟斗Fig. bucket 原始幾何參數(shù)的初定（1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比 K1由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，K 1 取在 ～ 之間，初步選取 K1=，即 l1/l2=。—?jiǎng)颖巯裸q點(diǎn)到動(dòng)臂與連桿連接的鉸點(diǎn)的距離1l—斗桿與動(dòng)臂連接的鉸點(diǎn)到斗桿與鏟斗連接的鉸點(diǎn)的距離2（2）鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇斗容：q = 3按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選：l 3 =1550mm（3）工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力和“三化“要求以及初步估取的液壓缸受力。初選動(dòng)臂油缸內(nèi)徑 D1=120mm，活塞桿的直徑 d1=90mm。斗桿油缸的內(nèi)徑 D2=120mm，活塞桿的直徑 d2=90mm。鏟斗油缸的內(nèi)徑 D3=90mm，活塞桿的直徑 d3=63mm。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程 L1=1375mm，斗桿油缸行程 L2=1450mm，鏟斗油缸行程 L3=1250mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比：λ 1=λ2=λ3=。表 挖掘機(jī)參數(shù) Excavator parameters整機(jī)工作質(zhì)量 20220kg標(biāo)準(zhǔn)斗容 谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)10動(dòng)臂長(zhǎng)度 5400mm斗桿長(zhǎng)度 3000mm最大挖掘半徑 R9885mm最大挖掘深度 1maxH7150mm最大挖掘高度 2 7260mm行走速度 回轉(zhuǎn)速度 11rad/min回轉(zhuǎn)角度 ?360動(dòng)臂轉(zhuǎn)角 4斗桿轉(zhuǎn)角 1鏟斗轉(zhuǎn)角 ?爬坡能力 35山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）113 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析：動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度； ：動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；min1Lmax1LA：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。圖 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖 Moving arm angular range calculation diagram是 的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是 的函數(shù)。如圖 所示，圖1?L 1L中 ：動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度； ：動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度； ：動(dòng)臂油缸min max1Lmin1?兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值； ：動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸max1?點(diǎn)連線夾角的最大值。則在 ABC 中：?1572721cosllL??? (31)12275()Ll?????在 BCF 中： 217272cos?llL??? (32)??2 71Ll?????由圖 所示的幾何關(guān)系，可得到 的表達(dá)式：1 (33)122????谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)12當(dāng) F 點(diǎn)在水平線 CU 之下時(shí) 為負(fù)，否則為正。21?F 點(diǎn)的坐標(biāo)為 2130cos?lXF?? (34)YC 點(diǎn)的坐標(biāo)為 51cosCAl (35)in???動(dòng)臂油缸的力臂 1e (36)Ble?si51顯然，動(dòng)臂油缸的最大作用力臂 ，又令 , 。這時(shí)：max?15minl?75l??25271??llL (37)1cos? 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析如下圖 所示，D 點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)， F 點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)是 l2，這里只討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，即只考慮 L2 的影響。D斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)；E斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； θ 斗桿擺角。圖 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖 Measures stem institutions put the Angle calculation diagram在 DEF 中，?228982cosLll???? (38)1989[()]Ll?山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13由上圖的幾何關(guān)系知 (39)2maxa2min????則斗桿的作用力臂 (310)29sielDEF?顯然，斗桿的最大作用力臂 ,此時(shí) 。max1229889cos(),lLl??? 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析鏟斗相對(duì)于 XOY 坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是 LL L 3 的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖 所示，G 點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)， F 點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) Q 點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，V 點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K 點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N 點(diǎn)為搖桿與斗桿的鉸點(diǎn)，M 點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)， H 點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)。（1）鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 i 和鏟斗缸的當(dāng)量作用力臂 3e利用圖 ，可以知道求得以下的參數(shù)：在 MNG 中?122253153cos[()]MNGlLl?????3032 230MNG???????? (311)在 HNQ 中：? 227131323cosLll??? (312)214714[()]NHQlLl???在 QHK 中 (313)12227974927csKll???在□KHQN 中 (314)28 217????鏟斗油缸對(duì) N 點(diǎn)的作用力臂 r1 (315)132sinl?連桿 HK 對(duì) N 點(diǎn)的作用力臂 r2 (316)13ilNHK?連桿 HK 對(duì) Q 點(diǎn)的作用力臂 r3r3 = l24鏟斗對(duì) Q 點(diǎn)的作用力臂 r4r4 = l3谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)14連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 (317)1324()ii??顯然 317 式中可知，i 是鏟斗油缸長(zhǎng)度 L2 的函數(shù)，用 代入可得初傳動(dòng)比 ，2minL0i代入可得終傳動(dòng)比 iz。2maxL (318)QVlie3顯然 i 、 、 、 和 都是 的一元函數(shù)。3e1r23r（2）鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角 ?鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 (319)3724610???其中，在 NFQ 中? (320)127216cos[()]NQFlll??暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。10?當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度 L3 分別取 L3max 和 L3min 時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角和 ，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:3max?in (321)3max3in????鏟斗的擺角范圍 3maxin 圖 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 Loader transmission linkage mechanism calculation diagram（3）斗齒尖運(yùn)動(dòng)分析見(jiàn)圖 所示，斗齒尖 V 點(diǎn)的坐標(biāo)值 XV 和 YV，是 L1 、L L 3 的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV 和 YV 的函數(shù)表達(dá)式，即 = ( ), = ( )。那么整機(jī)作業(yè)范圍Xxf123,Lyf,就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下:山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15由 F 點(diǎn)知： (323)323462CFQ???????在 CDF 中： 由后面的設(shè)計(jì)確定，在 確定后則有：?DFD3C??? (324) 228616cosll?813l??? (325)223681s[()]l?在 DEF 中? 298282cos?llL?圖 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 Tooth is pointed coordinates equation diagram則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角 2? (326)1228989cos[()]lLl???、 在設(shè)計(jì)中確定。4?6由 CFN 知?