小型挖掘机小臂铲斗机构设计(三维图)
小型挖掘机小臂铲斗机构设计(三维图)[20200102165927]
随着我国基础设施建设的深入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，因此发展满足我国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组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。本论文以挖掘机反铲装置为研究对象，从反铲装置的工作原理开始，介绍了小型挖掘机小臂铲斗机构的主要部件：斗杆、连杆机构和铲斗的结构。在运动学分析的基础上，对小臂铲斗机构各参数进行了分析计算。此外，本论文还对机构中的液压系统进行了初步设计，初步确定了液压油缸的尺寸及液压泵的流量等参数。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:液压挖掘机,斗杆机构,铲斗机构,设计
目 录
1 绪论 1
1.1挖掘机的分类 1
1.2国内外的研究状况 1
1.2.1国外的研究发展情况 2
1.2.2国内的研究发展情况 2
1.3当前液压挖掘机存在的主要问题 3
1.4 本设计的主要内容 3
2小臂铲斗机构方案设计 4
2.1 反铲装置的工作原理 4
2.2 工作装置结构简图 5
2.3斗杆的结构形式 6
2.4铲斗的结构形式 6
2.5铲斗与铲斗油缸的连接方式 7
3 斗杆机构参数的计算 8
3.1 斗杆机构在计算中应考虑的因素 8
3.2斗杆机构参数的计算 8
3.2.1 l8、l9的计算 8
3.2.2其他尺寸的计算 11
3.3斗杆宽度、钢板厚度、许用应力的选取 11
4 铲斗机构参数的计算 11
4.1 转角范围 11
4.2铲斗机构其它基本参数的计算 11
4.3铲斗形状尺寸 13
5强度校核 14
5.1 第一工况位置的受力分析 15
5.2 第二工况位置的受力分析 21
6 液压系统设计 22
6.1铲斗回路 23
6.1.1 先导回路 23
6.1.2 主回路 23
6.2斗杆回路 24
6.2.1斗杆复流 24
6.2.2 斗杆向里绕转 25
6.2.3 斗杆向外绕转 25
6.2.4 斗杆半流回路 25
6.2.5斗杆保持阀（手柄在中间位置时） 26
6.3 参数的选择 26
6.3.1 斗杆液压缸结构参数的选择 26
6.3.2 铲斗液压缸结构参数的选择 26
6.3.3 油泵的选择 26
7 销轴与衬套的设计 27
7.1 销轴的设计 27
7.2 销轴用螺栓的设计 27
7.3 衬套的设计 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
挖掘机是用来挖掘土方的一种施工机械，它是利用斗齿切削土壤并装入铲斗内，装满土后再提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后使转台再次回转、铲斗下降到挖掘面，进行下一次的挖掘工作。挖掘机在建设、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程等领域中被普遍利用。挖掘机大多用于基础建筑工程的开挖，筑路工程中的堑壕的开挖，水利工程中沟渠、运河的开挖及河道的疏浚，此外，在采石场、露天开采等工程中矿石的剥离和挖掘也有运用。据统计，工程施工中约有60％左右的土石方量是靠挖掘机完成的。此外，挖掘机更换工作装置后还可进行起重、浇筑、安装、打桩、拔桩、夯土、破碎等作业。
1.1挖掘机的分类
挖掘机械的类型繁多，可按照作业过程、工作原理、用途和构造特征等方面进行区分。
按挖掘机作业过程分为连续作业式和周期作业式两类。连续作业式挖掘机是指挖掘、铲运、卸载等作业连续进行的挖掘机；周期作业式挖掘机是指以上作业方式依次重复循环进行的挖掘机。
按用途分为通用型和专用型挖掘机。在建筑工程中，建筑型单斗挖掘机是运用最多、最基本的一种型式，此类挖掘机通过更换工作装置，可进行挖掘、装载、起重及打桩等作业，因此常被称为通用型挖掘机。专用型单斗挖掘机包括剥离型、采矿型和隧洞式。这类挖掘机通常只有一个工作装置，用以完成某一特定作业。
按动力装置分为电驱动、内燃机驱动和复合驱动。其中内燃机驱动较为普遍。
按传动方法分为全液压传动式、液力机械传动式、机械传动式。前两种特别是全液压传动式被越来越多地被采用。
按行走机构的构造型式分，有履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式、步行式和水陆两用式等，其中履带式挖掘机占的比例较大[6]。
1.2国内外的研究状况
挖掘机最先的雏形大多用于河道、港口的疏通工作。材料显示，第一台有准确记载的挖掘机械是1796年英国人发明的蒸汽“挖掘铲”。而1835年在美国诞生的够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动“动力铲”,其主要用于修建铁路的，被认为是现代挖掘机的先驱，距今己有170多年的历史。1950年，世界上第一台全液压挖掘机于德国被研制而成。
随着科学技术的飞速发展，各种新技术、新材料的不断涌现，尤其是电子技术和信息技术的运用，液压挖掘机在作业效率、安全性、可靠性和操作舒适性和节能环保等方面有了跨越式的提高[5]。
1.2.1国外的研究发展情况
工业发达的国家，其液压挖掘机批量生产较早，产品线齐全，技术成熟。其中，美国、德国和日本具有较高的市场占有率。20世纪后期开始，液压挖掘机的生产从产品规格上看，在巩固和完善主力机型的前提上，向大型化、微型化发展；从功能上看，在满足基本功能的基础上，向多功能化、专用化方向成长；从产品性能方面看，从原先的自动化、信息化，向高效节能化、智能化的方向发展。
国外液压挖掘机在设计方法上注重实践研究工作及计算机技术的使用。在技术方面，如今液压挖掘机的研制和改善，主要致力于发动机功率的充分利用和铲斗挖掘力有效的发挥，选用新结构和新材料。
国外的众多学者对挖掘机挖掘轨迹的控制，工作装置的运动学、动力学的的分析，自动控制系统的运用，工作装置的建模和优化设计，液压系统的优化，挖掘过程的参数化仿真及采用一些先进算法和手段，对挖掘机进行优化设计等方面，都展开过深入的研究探索[7]。
1.2.2国内的研究发展情况
近二十年来，尤其是1997年之后的十年，我国液压挖掘机行业迅速发展，它从一个弱小行业逐渐成长壮大起来，使得中国成为当今世界上最大的挖掘机市场，及世界挖掘机的制造中心。之所以称作是世界挖掘机的制造中心，是因为世界上各工业发达国家著名的挖掘机制造厂商几乎全部进驻中国。
业内人士认为，我国单斗液压挖掘机需向全液压方向发展，斗容量最好控制在0.1～15 。对于大型及多斗挖掘机，因为元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修不方便等因素的影响，依旧以机械式为主。所以，应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操作控制的自动化[6]。
在液压挖掘机的研究方面，国内的很多学者也做了大量的工作，可归纳为如下[7]:
a.工作装置铰点间隙的研究；
b.工作装置的有限元分析；
c.工作装置的运动分析；
d.工作装置的优化。
目前液压挖掘机工作装置的设计重点是:
a.提高工作装置结构件的可靠性和耐久性；
随着我国基础设施建设的深入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，因此发展满足我国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组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。本论文以挖掘机反铲装置为研究对象，从反铲装置的工作原理开始，介绍了小型挖掘机小臂铲斗机构的主要部件：斗杆、连杆机构和铲斗的结构。在运动学分析的基础上，对小臂铲斗机构各参数进行了分析计算。此外，本论文还对机构中的液压系统进行了初步设计，初步确定了液压油缸的尺寸及液压泵的流量等参数。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:液压挖掘机,斗杆机构,铲斗机构,设计
目 录
1 绪论 1
1.1挖掘机的分类 1
1.2国内外的研究状况 1
1.2.1国外的研究发展情况 2
1.2.2国内的研究发展情况 2
1.3当前液压挖掘机存在的主要问题 3
1.4 本设计的主要内容 3
2小臂铲斗机构方案设计 4
2.1 反铲装置的工作原理 4
2.2 工作装置结构简图 5
2.3斗杆的结构形式 6
2.4铲斗的结构形式 6
2.5铲斗与铲斗油缸的连接方式 7
3 斗杆机构参数的计算 8
3.1 斗杆机构在计算中应考虑的因素 8
3.2斗杆机构参数的计算 8
3.2.1 l8、l9的计算 8
3.2.2其他尺寸的计算 11
3.3斗杆宽度、钢板厚度、许用应力的选取 11
4 铲斗机构参数的计算 11
4.1 转角范围 11
4.2铲斗机构其它基本参数的计算 11
4.3铲斗形状尺寸 13
5强度校核 14
5.1 第一工况位置的受力分析 15
5.2 第二工况位置的受力分析 21
6 液压系统设计 22
6.1铲斗回路 23
6.1.1 先导回路 23
6.1.2 主回路 23
6.2斗杆回路 24
6.2.1斗杆复流 24
6.2.2 斗杆向里绕转 25
6.2.3 斗杆向外绕转 25
6.2.4 斗杆半流回路 25
6.2.5斗杆保持阀（手柄在中间位置时） 26
6.3 参数的选择 26
6.3.1 斗杆液压缸结构参数的选择 26
6.3.2 铲斗液压缸结构参数的选择 26
6.3.3 油泵的选择 26
7 销轴与衬套的设计 27
7.1 销轴的设计 27
7.2 销轴用螺栓的设计 27
7.3 衬套的设计 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
挖掘机是用来挖掘土方的一种施工机械，它是利用斗齿切削土壤并装入铲斗内，装满土后再提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后使转台再次回转、铲斗下降到挖掘面，进行下一次的挖掘工作。挖掘机在建设、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程等领域中被普遍利用。挖掘机大多用于基础建筑工程的开挖，筑路工程中的堑壕的开挖，水利工程中沟渠、运河的开挖及河道的疏浚，此外，在采石场、露天开采等工程中矿石的剥离和挖掘也有运用。据统计，工程施工中约有60％左右的土石方量是靠挖掘机完成的。此外，挖掘机更换工作装置后还可进行起重、浇筑、安装、打桩、拔桩、夯土、破碎等作业。
1.1挖掘机的分类
挖掘机械的类型繁多，可按照作业过程、工作原理、用途和构造特征等方面进行区分。
按挖掘机作业过程分为连续作业式和周期作业式两类。连续作业式挖掘机是指挖掘、铲运、卸载等作业连续进行的挖掘机；周期作业式挖掘机是指以上作业方式依次重复循环进行的挖掘机。
按用途分为通用型和专用型挖掘机。在建筑工程中，建筑型单斗挖掘机是运用最多、最基本的一种型式，此类挖掘机通过更换工作装置，可进行挖掘、装载、起重及打桩等作业，因此常被称为通用型挖掘机。专用型单斗挖掘机包括剥离型、采矿型和隧洞式。这类挖掘机通常只有一个工作装置，用以完成某一特定作业。
按动力装置分为电驱动、内燃机驱动和复合驱动。其中内燃机驱动较为普遍。
按传动方法分为全液压传动式、液力机械传动式、机械传动式。前两种特别是全液压传动式被越来越多地被采用。
按行走机构的构造型式分，有履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式、步行式和水陆两用式等，其中履带式挖掘机占的比例较大[6]。
1.2国内外的研究状况
挖掘机最先的雏形大多用于河道、港口的疏通工作。材料显示，第一台有准确记载的挖掘机械是1796年英国人发明的蒸汽“挖掘铲”。而1835年在美国诞生的够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动“动力铲”,其主要用于修建铁路的，被认为是现代挖掘机的先驱，距今己有170多年的历史。1950年，世界上第一台全液压挖掘机于德国被研制而成。
随着科学技术的飞速发展，各种新技术、新材料的不断涌现，尤其是电子技术和信息技术的运用，液压挖掘机在作业效率、安全性、可靠性和操作舒适性和节能环保等方面有了跨越式的提高[5]。
1.2.1国外的研究发展情况
工业发达的国家，其液压挖掘机批量生产较早，产品线齐全，技术成熟。其中，美国、德国和日本具有较高的市场占有率。20世纪后期开始，液压挖掘机的生产从产品规格上看，在巩固和完善主力机型的前提上，向大型化、微型化发展；从功能上看，在满足基本功能的基础上，向多功能化、专用化方向成长；从产品性能方面看，从原先的自动化、信息化，向高效节能化、智能化的方向发展。
国外液压挖掘机在设计方法上注重实践研究工作及计算机技术的使用。在技术方面，如今液压挖掘机的研制和改善，主要致力于发动机功率的充分利用和铲斗挖掘力有效的发挥，选用新结构和新材料。
国外的众多学者对挖掘机挖掘轨迹的控制，工作装置的运动学、动力学的的分析，自动控制系统的运用，工作装置的建模和优化设计，液压系统的优化，挖掘过程的参数化仿真及采用一些先进算法和手段，对挖掘机进行优化设计等方面，都展开过深入的研究探索[7]。
1.2.2国内的研究发展情况
近二十年来，尤其是1997年之后的十年，我国液压挖掘机行业迅速发展，它从一个弱小行业逐渐成长壮大起来，使得中国成为当今世界上最大的挖掘机市场，及世界挖掘机的制造中心。之所以称作是世界挖掘机的制造中心，是因为世界上各工业发达国家著名的挖掘机制造厂商几乎全部进驻中国。
业内人士认为，我国单斗液压挖掘机需向全液压方向发展，斗容量最好控制在0.1～15 。对于大型及多斗挖掘机，因为元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修不方便等因素的影响，依旧以机械式为主。所以，应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操作控制的自动化[6]。
在液压挖掘机的研究方面，国内的很多学者也做了大量的工作，可归纳为如下[7]:
a.工作装置铰点间隙的研究；
b.工作装置的有限元分析；
c.工作装置的运动分析；
d.工作装置的优化。
目前液压挖掘机工作装置的设计重点是:
a.提高工作装置结构件的可靠性和耐久性；
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