1、 1 1 1 绪论绪论 1.1 课题背景及目的 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 运输、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。据统计，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成的。 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 作装置和回转机构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。 反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动 分析、机构和结
2、构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中 型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多， 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 只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大 体的认识，巩固所学的知识和提高设计能力。 1.2 国内外研究状况 当前，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。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准 化、系列化、通用化发展的步伐。我国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，引进了国外的一些先进的生产
3、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进以达到高效节能;应用范围不断扩大，成本不断降低，向标 准化、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，降低噪音，减少停机维 修时间，提高适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势: （1）向大型化发展的同时向微型化发展。 （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）工作装置结构不断改进，工作范
4、围不断扩大。 2 （5）由内燃机驱动向电力驱动发展。 （6）液压系统不断改进，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分利用。 1.3 论文构成及研究内容 本论文主要对液压回转机构设计和由动臂、斗杆、铲斗组成挖掘机工作装置 进行计算，运动分析。具体内容包括以下五部分: (1) 液压挖掘机工作装置的总体设计。 (2) 液压挖掘机挖掘机的工作装置的机构运动学分析。 (3) 液压挖掘机工作装置各部分的基本尺寸的计算。 (4) 回转机构的设计 (5) 液压系统原理的设计。 3 2 工作装置总体设计 2
5、.1 工作装置构成 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 工作装置组成图 图 2-1 为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，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 等组成。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。依靠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
6、掘位置，同时操 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，随即接通回转马达，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。 在实际挖掘作业中，由于土质情况、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 仅为一般的理想过程。 挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢 4 板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，可以对工作 装置进行适当简化处理3。则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂、 斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的 六杆机构，处理的具体简图如 2-2 所示。进一步简化得图如 2-3 所示。 图 2-2 工作装置结构简图 1-铲斗；2-连杆；3-斗杆；4-动臂；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸 图 2-
