小型挖掘机工作装置设计(附件)
本文主要的设计工作主要有以下几个方面：参考有关资料的基础上了解小型液压挖掘机的工作方式及工作环境。确定动杆、斗杆、铲斗的结构形式，再确定动杆、斗杆、铲斗油缸的绞点布置，最终选择挖掘装置总体方案。查找相关资料并结合经验公式对挖掘机工作装置进行设计，并结合画图法和经验公式计算出工作装置各部分的基本尺寸，并参照类似机型选取选用材质等。然后绘制出相关部件的二维CAD图纸。并对液压系统的选择进行了分析，并且用作图法计算确定其作用力以及缸径等简单的数据。
关键词 小型挖掘机，工作装置，液压系统，CAD
目录
1绪论 1
1.1液压挖掘机的工作特点和基本类型 1
1.1.1液压挖掘机的主要优点 1
1.1.2液压挖掘机的基本类型及主要特点 3
1.2液压挖掘机的发展概况 4
1.2.1国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 4
1.2.2国内液压挖掘机的发展概况 5
1.3本次设计内容 6
2挖掘机的工作装置设计 6
2.1确定动臂、斗杆、铲斗的结构形式 6
2.1.1确定动臂的结构形式 6
2.1.2确定斗杆的结构形式 7
2.1.3确定铲斗的结构形式 7
2.2确定动臂、斗杆、铲斗油缸的布置 8
2.2.1动臂油缸的布置 8
2.2.2斗杆油缸的布置 8
2.2.3铲斗油缸的布置 8
2.3挖掘装置总体方案的选择 9
2.3.1铲斗的参数选择10
2.3.2动臂机构参数的选择11
2.3.3斗杆机构参数的选择16
2.3.4连杆、摇臂参数的选择18
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3.5销轴与衬套的选择19
3挖掘机液压系统设计19
3.1确定液压系统类型19
3.2液压系统的参数选择与计算20
3.2.1系统主参数的确定20
3.2.2挖掘机液压缸作用力的确定20
3.2.3各液压缸缸径D的取值27
4挖掘机尺寸汇总及工况展示27
4.1对挖掘机已经算出的各主要参数的汇总27
4.2挖掘机各工况的示意29
总结 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
小型挖掘机的定义: 国标 GB/T8498- 1999《土方机械基本类型术语》中规定, 整机质量≤6 t 的挖掘机为小型挖掘机。而国际标准中也规定整机质量≤6t 的为小型挖掘机( Compact Excavator), 有的标准将4 t 以下的称为微型挖掘机( Mini Excavator)。
小型挖掘机属于单斗挖掘机，是铲土运输工程机械中的一种，因其重量轻，挖掘力大，操纵简单，灵活，安全，转移方便，被广泛于用于小型建筑施工、公路养护、地铁隧道等工程。在工业发达国家中，因基础设施完善，已进入维护保养阶段，小型机械销量远远超过了中大型机械，小型挖掘机更是其它机械无法相比的[1]。
液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。
在建筑工程中，可用来挖掘苦坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。
在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。
在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。
在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。
在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。
在军事工程中，或用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。
所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量1.3立方米的液压挖掘机挖掘I～IV级土壤埋，每班生产率大约相当于300～400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。
1.1 液压挖掘机的工作特点和基本类型
1.1.1 液压挖掘机的主要优点
液压挖掘机在动力装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力能进行工 作。液压传动与机械传动相比有许多优点。
①能无级调速且调速范围大，例如液压马达的最高转速与最低转速之比可达1000∶1。
②能得到较低的稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可低达1r/min。
③快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作调整反转。例如电动机在启动时的惯性力矩比其平稳盍时的驱动力矩大50%，而液压马达则不大于5%，加速中等功率电动机需1s到数秒，而加速液压马达只需0.1s。
④传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制。
⑤易于实现标准化、系列化、通用化。
基于液压传动的上述优点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有下列主要特点：
①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。液压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力约高30%，例如1.0m液压挖掘机铲斗挖掘力120～150KN，而同级机械传动挖掘机只有100KN左右。
挖掘机在工作时的主要动作包括行走、转台回转和工作装置的作业动作，其中动作最频繁的是回转和工作装置的循环往复运动。这种入选运动一般速度不高，而所需作用力却很大，要求在短时间内通过变速或换向来完成各种复杂动作。机械传动挖掘机完成上述运动需通过磨擦离合器、减速器、制动器、逆转机构、提升和推压机构等配合来完成。因此，机械传动挖掘力不仅结构复杂，而且还要产生很大的惯性力和冲击载荷。而液压挖掘机则不需要庞大和复杂的蹭传动，大大简化了结构，也减少了易损件。由于结构简化，液压挖掘机的质量大约比相同斗容量的机械传动挖掘机轻30%，不仅节省了钢材，而且降低了接地比压。液压挖掘机上的各种液压元件可相对独立布置，使整机结构紧凑、外形美观，同时也易于改进或变型。
②液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。由于可采用液压先导控制，无论驱动功率多大，操纵均很灵活、省力，司机的工作条件得到改善。更换工作装置时，由于不牵连转台上部的其他机构，因此更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制。
③由于液压传动易于实现自动控制，因此现代液压挖掘机普遍采用了以微处理器国核心的电子控制单元（ECU），使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态下工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可实现整机状态参数的电子监控和故障诊断。
由于铲斗容量＝0.2m3，根据国内外液压挖掘机有关设计标准，通过类比法，选出参数机重＝5吨。
又根据经验公式计算，线尺寸参数:=m
1绪论 1
1.1液压挖掘机的工作特点和基本类型 1
1.1.1液压挖掘机的主要优点 1
1.1.2液压挖掘机的基本类型及主要特点 3
1.2液压挖掘机的发展概况 4
1.2.1国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 4
1.2.2国内液压挖掘机的发展概况 5
1.3本次设计内容 6
2挖掘机的工作装置设计 6
2.1确定动臂、斗杆、铲斗的结构形式 6
2.1.1确定动臂的结构形式 6
2.1.2确定斗杆的结构形式 7
2.1.3确定铲斗的结构形式 7
2.2确定动臂、斗杆、铲斗油缸的布置 8
2.2.1动臂油缸的布置 8
2.2.2斗杆油缸的布置 8
2.2.3铲斗油缸的布置 8
2.3挖掘装置总体方案的选择 9
2.3.1铲斗的参数选择10
2.3.2动臂机构参数的选择11
2.3.3斗杆机构参数的选择16
2.3.4连杆、摇臂参数的选择18
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3.5销轴与衬套的选择19
3挖掘机液压系统设计19
3.1确定液压系统类型19
3.2液压系统的参数选择与计算20
3.2.1系统主参数的确定20
3.2.2挖掘机液压缸作用力的确定20
3.2.3各液压缸缸径D的取值27
4挖掘机尺寸汇总及工况展示27
4.1对挖掘机已经算出的各主要参数的汇总27
4.2挖掘机各工况的示意29
总结 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
小型挖掘机的定义: 国标 GB/T8498- 1999《土方机械基本类型术语》中规定, 整机质量≤6 t 的挖掘机为小型挖掘机。而国际标准中也规定整机质量≤6t 的为小型挖掘机( Compact Excavator), 有的标准将4 t 以下的称为微型挖掘机( Mini Excavator)。
小型挖掘机属于单斗挖掘机，是铲土运输工程机械中的一种，因其重量轻，挖掘力大，操纵简单，灵活，安全，转移方便，被广泛于用于小型建筑施工、公路养护、地铁隧道等工程。在工业发达国家中，因基础设施完善，已进入维护保养阶段，小型机械销量远远超过了中大型机械，小型挖掘机更是其它机械无法相比的[1]。
液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。
在建筑工程中，可用来挖掘苦坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。
在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。
在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。
在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。
在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。
在军事工程中，或用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。
所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量1.3立方米的液压挖掘机挖掘I～IV级土壤埋，每班生产率大约相当于300～400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。
1.1 液压挖掘机的工作特点和基本类型
1.1.1 液压挖掘机的主要优点
液压挖掘机在动力装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力能进行工 作。液压传动与机械传动相比有许多优点。
①能无级调速且调速范围大，例如液压马达的最高转速与最低转速之比可达1000∶1。
②能得到较低的稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可低达1r/min。
③快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作调整反转。例如电动机在启动时的惯性力矩比其平稳盍时的驱动力矩大50%，而液压马达则不大于5%，加速中等功率电动机需1s到数秒，而加速液压马达只需0.1s。
④传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制。
⑤易于实现标准化、系列化、通用化。
基于液压传动的上述优点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有下列主要特点：
①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。液压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力约高30%，例如1.0m液压挖掘机铲斗挖掘力120～150KN，而同级机械传动挖掘机只有100KN左右。
挖掘机在工作时的主要动作包括行走、转台回转和工作装置的作业动作，其中动作最频繁的是回转和工作装置的循环往复运动。这种入选运动一般速度不高，而所需作用力却很大，要求在短时间内通过变速或换向来完成各种复杂动作。机械传动挖掘机完成上述运动需通过磨擦离合器、减速器、制动器、逆转机构、提升和推压机构等配合来完成。因此，机械传动挖掘力不仅结构复杂，而且还要产生很大的惯性力和冲击载荷。而液压挖掘机则不需要庞大和复杂的蹭传动，大大简化了结构，也减少了易损件。由于结构简化，液压挖掘机的质量大约比相同斗容量的机械传动挖掘机轻30%，不仅节省了钢材，而且降低了接地比压。液压挖掘机上的各种液压元件可相对独立布置，使整机结构紧凑、外形美观，同时也易于改进或变型。
②液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。由于可采用液压先导控制，无论驱动功率多大，操纵均很灵活、省力，司机的工作条件得到改善。更换工作装置时，由于不牵连转台上部的其他机构，因此更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制。
③由于液压传动易于实现自动控制，因此现代液压挖掘机普遍采用了以微处理器国核心的电子控制单元（ECU），使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态下工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可实现整机状态参数的电子监控和故障诊断。
由于铲斗容量＝0.2m3，根据国内外液压挖掘机有关设计标准，通过类比法，选出参数机重＝5吨。
又根据经验公式计算，线尺寸参数:=m
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