履帶式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)三維建模與仿真設(shè)計(jì)

1、<p>　　履帶式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)是一種利用單個(gè)鏟斗挖掘或裝載土壤石塊的機(jī)械,廣泛應(yīng)用于建筑施工、筑路工程、水電工程建設(shè)、港口工程、農(nóng)田改造、國(guó)防工事的土石方施工和露天礦場(chǎng)的采掘作業(yè)，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)土方工程機(jī)械化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了很重要作用。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)的出現(xiàn)雖然只有40多年的歷史，但是其發(fā)展非常迅速。近年來(lái)，在國(guó)外市場(chǎng)上，挖掘機(jī)行情普遍看漲，特別是液壓挖掘機(jī)。因此這就更

2、需要設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品并改進(jìn)舊產(chǎn)品，以適應(yīng)新的形勢(shì)來(lái)增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　發(fā)展新產(chǎn)品和改進(jìn)舊產(chǎn)品都需要進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括從明確設(shè)計(jì)任務(wù)到確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)這一系列復(fù)雜的工作。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在李嵐老師的指導(dǎo)下，結(jié)合公司實(shí)習(xí)認(rèn)識(shí)及大學(xué)期間的基本理論學(xué)習(xí)進(jìn)行“單一的產(chǎn)品仿型設(shè)計(jì)”。這類設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：在機(jī)器的工作原理與基本結(jié)構(gòu)形式不變的條件下，對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)

3、行仿真造型設(shè)計(jì)，也就是通過(guò)計(jì)算改變已有產(chǎn)品的零部件尺寸及其不合理的某些結(jié)構(gòu)，使其符合新的設(shè)計(jì)功能參數(shù)與使用環(huán)境等要求。這類設(shè)計(jì)目的明確，機(jī)器主要性能參數(shù)準(zhǔn)確，主要結(jié)構(gòu)形式基本不變，有同類機(jī)型但某些參數(shù)及尺寸不同的設(shè)計(jì)資料可以借鑒。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，考慮的一般因素有：強(qiáng)度、剛度、可靠性、磨損與潤(rùn)滑、振動(dòng)與噪聲、效率、加工工藝、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、腐蝕、起動(dòng)與控制、裝配工藝、尺寸及重量、外觀、安全保護(hù)、管

4、理與維修、運(yùn)輸與安裝等。本人根據(jù)自己選取的較為滿意的設(shè)計(jì)方案、分析所設(shè)計(jì)機(jī)械的特點(diǎn)、使用功能及應(yīng)滿足的主要設(shè)計(jì)等因素，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算、零件設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，決定各個(gè)部件的相對(duì)位置及連接方法，確定主要零部件的形狀尺寸、材料、制造安裝等一系列問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，繪出機(jī)械的總裝圖、部件裝配圖、部分零件圖、部件爆炸圖及運(yùn)動(dòng)仿真工作。本次設(shè)計(jì)所繪制的挖掘機(jī)工作裝置總裝圖是先造型動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及液壓油缸的部件裝

5、配圖而后繪制成，之后再進(jìn)行機(jī)器底盤、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置及駕駛室的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)零件工作圖時(shí)，是從機(jī)器的總體要求出發(fā)，綜合考慮零部件的強(qiáng)度、剛度、工藝性及經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計(jì)因素而繪制成零件工作圖。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及目的</p><p>　　履帶式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一

6、種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。工程施工中絕大部分的土方工程是由挖掘機(jī)來(lái)完成的。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)挖掘、平整、裝載等施工作業(yè)。液壓挖掘機(jī)利用液壓傳動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、元件布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)；2、可實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)級(jí)調(diào)速；3、傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向；4、操作控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過(guò)載保護(hù)；5、能自行潤(rùn)滑

7、，元件壽命長(zhǎng)等。6、功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕等等。因此，液壓挖掘機(jī)對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)包括上、下車兩大部分，上車部分由轉(zhuǎn)臺(tái)、司機(jī)室、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置組成，下車部分由回轉(zhuǎn)支承、底架和行走裝置構(gòu)成。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是對(duì)

8、所需設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)作初步的全面規(guī)劃、提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料及總體草圖，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、分析計(jì)算提供依據(jù)，同時(shí)前期的參數(shù)規(guī)范化及部件尺寸的完善化也為后期的仿真工作作下鋪墊。 1.2 研究意義</p><p>　　和其它挖掘機(jī)一樣,此履帶式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)將給人類帶來(lái)諸多方便，能廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，還能在農(nóng)業(yè)中得到使用。能適應(yīng)惡劣的野外工作環(huán)境，它在減輕繁重的體力

9、勞動(dòng)的同時(shí)，保證工程質(zhì)量的前提下，在加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的方面也起著相當(dāng)重要的作用，而且還就具有節(jié)約能源的特點(diǎn)，從而使系統(tǒng)發(fā)熱減少、燃油消耗降低、公害噪聲減小、系統(tǒng)設(shè)備可靠性提高、液壓元件的壽命增長(zhǎng)等好處，也可大大節(jié)約作業(yè)成本和設(shè)備維修費(fèi)用，它必定會(huì)受到廣大施工作業(yè)單位的青睞。</p><p>　　通過(guò)對(duì)履帶式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)三維建模與仿真，以solidworks2012、AutoCAD2007等軟件來(lái)進(jìn)

10、行挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部分部件受力分析及整體機(jī)構(gòu)外部運(yùn)動(dòng)仿真。在對(duì)挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前通過(guò)查閱、整理資料、實(shí)地考察、綜合運(yùn)用軟件分析等一系列研究方法進(jìn)行整合，結(jié)合實(shí)際情況制定實(shí)適用且實(shí)用的設(shè)計(jì)方案。掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真的方法和過(guò)程，任務(wù)執(zhí)行者必須根據(jù)任務(wù)要求嚴(yán)格執(zhí)行，同時(shí)鼓勵(lì)提出異議、有所創(chuàng)新。綜合所學(xué)知識(shí)，查閱相關(guān)資料及產(chǎn)品樣本，掌握最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，更重要的是設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)符合目前技術(shù)發(fā)展水平，鼓勵(lì)采用新技術(shù)、新思想。</p>

11、;<p>　　通過(guò)本設(shè)計(jì)能達(dá)到以綜合訓(xùn)練為目的，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固和提高所學(xué)知識(shí)。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)部分學(xué)者在挖掘機(jī)設(shè)計(jì)方面的工作</p><p>　　1994年，劉東升在《0.8m³輪式液壓挖掘機(jī)》對(duì)洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院和工程兵科研一所于1994年10月聯(lián)合研制成功的0.8m³輪胎式全液壓挖掘機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、主要結(jié)構(gòu)

12、特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。</p><p>　　1997年，西北建筑工程學(xué)院王進(jìn)在《全回轉(zhuǎn)步履式液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)》提出了步履式液壓挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)的基本要求、主要參數(shù)的選擇與確定方法，及整機(jī)主要參數(shù)的選擇流程框圖。</p><p>　　1997年，賈發(fā)熔在《小型液壓挖掘機(jī)的選型》中對(duì)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、分類方法進(jìn)行了闡述。并提出確定設(shè)備型號(hào)和供貨單位的基本程序是首先從市場(chǎng)信息中選出能滿足施工要求

13、的若干型號(hào)及設(shè)備選型應(yīng)考慮的問(wèn)題。</p><p>　　羅建炎在《液壓挖掘機(jī)總體參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算》一文中根據(jù)國(guó)內(nèi)外百余種液壓挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)分析，以機(jī)重作為主參數(shù)，提出了液壓挖掘機(jī)各種參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，可作為液壓挖掘機(jī)初步設(shè)計(jì)的參考。</p><p>　　西南交通大學(xué)新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)中心的李闖、陳鈺塵等在《小型液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系》中通過(guò)對(duì)目前整機(jī)質(zhì)量為3至8噸的液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分

14、析和整理，將整機(jī)質(zhì)量與對(duì)應(yīng)參數(shù)值繪制成圖表，結(jié)果顯示基本參數(shù)與整機(jī)質(zhì)量存在一定關(guān)系。對(duì)其進(jìn)行擬合，其結(jié)果可為小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)基本參數(shù)確定提供參考。</p><p>　　貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠的呂韶文在《WYL161輪式液壓挖掘機(jī)主參數(shù)的確定》中就WYL161輪式液壓挖掘機(jī)的系統(tǒng)功率、主泵排量、主泵及行走馬達(dá)的起調(diào)壓力的選擇、計(jì)算、確定進(jìn)行論述。</p><p>　　江蘇悅達(dá)鹽城拖拉機(jī)制造有限公

15、司張鳳在《與輪式拖拉機(jī)相配套的液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)分析》一文對(duì)液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)液壓系統(tǒng)的安全可靠設(shè)計(jì)和整機(jī)穩(wěn)定性的驗(yàn)證,從而確保挖掘機(jī)的使用可靠性,以增加拖拉機(jī)的使用功能。</p><p>　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院岳睿、丁為民和江蘇清江施拉機(jī)有限公司潘祖軍、張丙寅在《以四輪拖拉機(jī)為行走裝置的液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)分析》中進(jìn)行了主要參數(shù)的選擇與計(jì)算、挖掘工作裝置參數(shù)的確定、挖掘裝置與拖拉機(jī)連接方式

16、的分析與介紹。</p><p>　　2 履帶式液壓挖掘機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的基本組成部分</p><p>　　圖2.1 履帶式液壓挖掘機(jī)基本組成</p><p>　　1、挖掘手（鏟斗） 2、鏟斗與斗桿連桿機(jī)構(gòu) 3、斗桿 4、鏟斗液壓油缸 5、斗桿液壓油缸 6、動(dòng)臂 7、動(dòng)臂液壓缸 8、駕駛室

17、9、尾部機(jī)座 10、底盤回轉(zhuǎn)裝置 11、行走裝置</p><p>　　液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。如上圖2.1所示為該設(shè)計(jì)的基本組成部分。</p><p>　　履帶式液壓挖掘機(jī)的基本組成部分一般還包括柴油機(jī)、機(jī)罩、油箱、多路閥、回轉(zhuǎn)減速器、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、回轉(zhuǎn)接頭、操縱臺(tái)、行走減速器、行走馬達(dá)、平衡重等。</p><p>

18、　　2.2 液壓挖掘機(jī)基本工作原理</p><p>　　工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂的起落、斗桿的伸縮和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)都是由往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同環(huán)境施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、推土、沖擊等多種機(jī)械作業(yè)工具。 </p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的主體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)

19、力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大部分采用柴油機(jī)， 也可改用電動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行元件，推動(dòng)工作裝置動(dòng)作，從而完成各種施工作業(yè)。</p><p>　　3 液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 該設(shè)計(jì)基本參數(shù)（已知）</p><p>　　履帶

20、式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)的基本技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　整機(jī)質(zhì)量： 6000kg ；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)斗容量： 0.25m3 ；</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 60kW ；</p><p>　　鏟斗寬度： 800mm ；</p>&l

21、t;p>　　最小挖掘深度： 3500mm ；</p><p>　　最大挖掘深度： 5800mm ；</p><p>　　最大挖掘半徑： 6000mm ；</p><p>　　最大卸載高度： 3600mm ；</p><p>　　液壓系統(tǒng)工作壓力：28Mpa ；</p

22、><p>　　最大流量： 63x2L/min ；</p><p>　　爬坡度： 27.8 ；</p><p>　　最大牽引力： 48kN ；</p><p>　　最大行走速度： 5km/h ；</p><p>　　最低行走速度： 3k

23、m/h ；</p><p>　　外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高）：7800 mm x 2100 mm x 2500 mm。</p><p>　　3.2 液壓挖掘機(jī)工作裝置的工作原理</p><p>　　液壓挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)作主要分三個(gè)階段完成：</p><p>　　（1）動(dòng)臂借助其支承液壓缸活塞桿在工作行程范圍內(nèi)的伸縮，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂圍繞轉(zhuǎn)臺(tái)上的

24、鉸接點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂升降和俯仰變位等運(yùn)動(dòng)；</p><p>　?。?）斗桿與動(dòng)臂的端部以鉸接的形式連接，借助其支承液壓油缸（缸的一端支點(diǎn)固定在動(dòng)臂上）活塞桿在工作行程范圍內(nèi)的伸縮，實(shí)現(xiàn)斗桿圍繞動(dòng)臂端部的鉸接點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變和確定挖掘方位；</p><p>　　（3）控制鏟斗鏟挖動(dòng)作的液壓油缸的端部支點(diǎn)設(shè)在斗桿尾部，通過(guò)鏟斗液壓油缸活塞桿的伸縮及連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏟斗圍繞斗

25、桿端部鉸接點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成整個(gè)挖土過(guò)程。鏟斗的挖掘力和挖掘深度均可通過(guò)鏟斗液壓油缸活塞桿的伸縮動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　3.3 液壓挖掘機(jī)工作裝置主要參數(shù)的確定</p><p>　　3.3.1 鏟斗容量</p><p>　　鏟斗容量的計(jì)算一般有兩種方法：即平裝斗容和堆尖斗容。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)用于挖掘機(jī)鏟斗容量標(biāo)定的

26、標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 21941—2008 土方機(jī)械 液壓挖掘機(jī)和挖掘裝載機(jī)的反鏟斗和抓鏟斗容量標(biāo)定。其中對(duì)液壓挖掘機(jī)反鏟斗平裝容量的確定方法如下。</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　各尺寸確定如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 時(shí)各尺寸的確定</p><p><b>

27、　　1—標(biāo)定面</b></p><p><b>　　2—表面積</b></p><p><b>　　3—的質(zhì)心</b></p><p>　　—以標(biāo)定面為邊界的反鏟斗側(cè)向的內(nèi)表面積。</p><p>　　—在鏟斗質(zhì)心處的鏟斗截面內(nèi)部寬度。</p><p>　　—反鏟

28、斗前緣的切削刃（或切削面）與背板上緣標(biāo)定面相連的距離。</p><p>　　—反鏟斗側(cè)板上緣最低點(diǎn)到標(biāo)定面的最大垂直深度。</p><p>　　堆尖斗容的確定方法如下</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　各尺寸確定如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 尺寸

29、的確定</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　—背板的寬度；</b></p><p><b>　　—板的內(nèi)部寬度；</b></p><p><b>　　—側(cè)板的厚度</b></p><p>　　初取

30、==0.80m，=0.02m，=0.6m各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入式（3.2）后得到=0.05645m³ 。由于本次設(shè)計(jì)取鏟斗容量為0.25m³的鏟斗，在預(yù)先確定最大挖掘半徑為0.60m，鏟斗寬度為0.80m的情況下，在Solidworks中對(duì)鏟斗進(jìn)行三維實(shí)體造型，通過(guò)改變鏟斗深度，并利用Solidworks中的體積和質(zhì)量計(jì)算功能最終確定出鏟斗的合適的幾何尺寸。</p><p><b>　　3.3

31、.2 挖掘力</b></p><p>　　如圖3.3的計(jì)算簡(jiǎn)圖：</p><p>　　圖3.3 挖掘力計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力的計(jì)算公式分別為：</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b&g

32、t;</p><p><b>　　式中： </b></p><p><b>　　( )</b></p><p><b>　　3.4 動(dòng)臂</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂有兩種形式：即整體動(dòng)臂和組合動(dòng)臂。整體動(dòng)臂又分為彎臂和直臂兩種，反鏟一般多用彎臂，以保證其挖掘深

33、度。</p><p>　　小型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂為單節(jié)式，又有直臂和V形彎臂之分。常見(jiàn)的以V形彎臂為主如圖3.4所示。單節(jié)V形彎臂主要用在美國(guó)，所以又有美國(guó)型動(dòng)臂之稱。在這些機(jī)型上，動(dòng)臂支點(diǎn)向平臺(tái)中心布置，增加整機(jī)穩(wěn)定性，改善工作裝置對(duì)平臺(tái)載荷的不均勻性。采用彎臂是通過(guò)增大動(dòng)臂轉(zhuǎn)角，進(jìn)而增大挖掘深度。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)通過(guò)與同類機(jī)型類比初定長(zhǎng)度為3600mm（左右）的V形彎臂。&

34、lt;/p><p>　　圖3.4 整體彎動(dòng)臂</p><p><b>　　3.5 斗桿</b></p><p>　　斗桿有三種形式：即單節(jié)、多節(jié)和可伸縮斗桿。大多數(shù)液壓挖掘機(jī)的斗桿為單節(jié)，如圖3.5所示，其斷面形狀多為箱形斷面。當(dāng)全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂支點(diǎn)位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)中心線后方時(shí)，為了增大挖掘深度，采用伸長(zhǎng)斗桿。如法國(guó)YNMBO公司產(chǎn)品。該公司與美國(guó)

35、萬(wàn)國(guó)公司合并，Y系列改為3944、3945等系列產(chǎn)品后，仍保留這一結(jié)構(gòu)。斗桿若伸長(zhǎng)1米左右，挖深可由4.5米增至5.5米，挖掘半徑和卸載高度可增加1.2米。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)初定斗桿長(zhǎng)度為1600mm（左右）。</p><p><b>　　圖3.5 斗桿</b></p><p><b>　　3.6 鏟斗</b>

36、</p><p>　　小型液壓挖掘機(jī)反鏟斗與大中型液壓挖掘機(jī)反鏟斗結(jié)構(gòu)相似，普遍采用的反鏟斗結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。</p><p><b>　　圖3.6鏟斗</b></p><p>　　挖掘機(jī)鏟斗前面的斗齒是由合金鋼中的特殊性能鋼里的耐磨鋼制作的，最常用的牌號(hào)是ZGMn13，這種鋼含碳量約為1%，含錳量約為13%，鑄造成形后水韌處理后使用。斗齒的

37、安裝應(yīng)易于更換，其安裝的方式很多，最普遍的是螺栓連接和楔連接。斗齒與鏟斗的連接也可采用焊接結(jié)構(gòu)。</p><p>　　小型反鏟一般都備有幾種容量的鏟斗(不同的鏟斗寬度)，適應(yīng)不同土質(zhì)的需要。挖掘粘性土壤時(shí)，鏟斗要具有良好的傾泄性，在鏟斗內(nèi)可加裝排土板。</p><p>　　3.7 動(dòng)臂液壓油缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓油缸的使用在工程中極度頻繁，它的工作性能和

38、可靠性直接影響工程的質(zhì)量和效率；</p><p>　　利用數(shù)控電液伺服閥來(lái)控制液壓油缸，可以實(shí)現(xiàn)輸出線性和實(shí)時(shí)控制，在很大程度上改善工程油缸的使用性能；</p><p>　　實(shí)施控制的器件為可編程邏輯控制器（Programmable Logical Controller），選用德國(guó)西門子STEP7-200進(jìn)行編程，接口簡(jiǎn)單易懂。</p><p>　　3.7.1動(dòng)臂液

39、壓缸有關(guān)基本參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)同類液壓挖掘機(jī)的比較并聯(lián)系上述挖掘機(jī)的基本參數(shù)查閱相關(guān)液壓元件手冊(cè)確定油缸的內(nèi)徑與外徑、活塞桿直徑及行程等參數(shù):</p><p>　　油缸內(nèi)徑：D=125 mm ；</p><p>　　油缸外徑：=152 mm ；</p><p>　　缸筒壁厚：=13.5 mm ；</p><

40、;p>　　極限推力：=48000 N ；</p><p><b>　　速比：=2；</b></p><p>　　活塞桿直徑：=90 mm ；</p><p>　　油缸工作行程： S=800 mm ；</p><p>　　3.7.2 相關(guān)零部件的選用</p><p><b>　　①密

41、封裝置的選用</b></p><p>　　選用密封檔圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料聯(lián)合使用，達(dá)到良好的密封效果。</p><p><b>　　②工作介質(zhì)的選用</b></p><p>　　因?yàn)楣ぷ髟诔叵拢赃x用普通的液壓油（l-hm46）即可。</p><p>　　3.7.3 動(dòng)臂油缸的布

42、置</p><p>　　動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下端，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，常見(jiàn)的有兩種具體布置方式：油缸前傾布置和油缸后傾布置方式。</p><p>　　圖3.7 動(dòng)臂油缸前傾布置</p><p>　　油缸前傾布置方案，如圖3.7所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。</p><p

43、>　　3.7.4 液壓缸的裝配</p><p>　　裝配前必須對(duì)各零件仔細(xì)清洗；</p><p>　　要正確安裝各處的密封裝置：安裝形密封圈時(shí)，要注意其安裝方向，避免因裝反而漏油，其唇邊應(yīng)正對(duì)著有壓力的油腔。此外，因?yàn)槭敲芊鈸跞Γ赃€要注意區(qū)別是軸用與孔用，避免安裝錯(cuò)誤；</p><p>　　由于密封裝置與滑動(dòng)表面配合，裝配時(shí)應(yīng)涂以適量的液壓油； </

44、p><p>　　螺紋聯(lián)接件擰緊時(shí)應(yīng)使用專用扳手，扭轉(zhuǎn)力矩應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求；</p><p>　　活塞與活塞桿裝配后，必須測(cè)量其同軸度和在全長(zhǎng)上的直線度是否超差；</p><p>　　裝配完畢后活塞組件移動(dòng)時(shí)應(yīng)無(wú)阻滯感和阻力大小不勻等現(xiàn)象。</p><p><b>　　缸筒的要求：</b></p><p>

45、;　　有足夠強(qiáng)度，能夠承受動(dòng)態(tài)工作壓力，長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)變形；</p><p>　　有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時(shí)不會(huì)彎曲；</p><p>　　內(nèi)表面和導(dǎo)向套與密封件之間的摩擦小，保證長(zhǎng)時(shí)間使用；</p><p>　　缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　3.8 斗桿液壓油缸的設(shè)計(jì)</p><

46、p>　　3.8.1 斗桿油缸基本參數(shù)的確定</p><p>　　同上根據(jù)同類液壓挖掘機(jī)的類比得到斗桿油缸的基本參數(shù)：</p><p>　　油缸內(nèi)徑：D=100 mm ；</p><p>　　油缸外徑：=121 mm ；</p><p>　　缸筒壁厚：=10.5 mm ；</p><p><b>　　速比

47、：=2；</b></p><p>　　活塞桿直徑：=70 mm ；</p><p>　　油缸工作行程： S=800 mm ；</p><p>　　3.8.2 斗桿油缸的布置</p><p>　?、?保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力：即油缸從最短長(zhǎng)度開(kāi)始伸展時(shí)和油缸最大伸展時(shí)產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時(shí)的作用力矩

48、應(yīng)該足以支撐滿載鏟斗且保證斗桿靜止不動(dòng)。油缸作用力臂最大時(shí)產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘阻力。</p><p>　?、?確保斗桿的擺角范圍：斗桿擺角范圍一般取100°- 130°。在斗桿油缸和鏟斗油缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前壁和動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于10cm。一般情況下，斗桿越長(zhǎng)，則其擺角范圍可以取得越小。</p><p>　　3.9 鏟斗液壓油缸的設(shè)計(jì)<

49、;/p><p>　　3.9.1 鏟斗油缸的基本參數(shù)</p><p>　　油缸內(nèi)徑：D=80 mm ；</p><p>　　油缸外徑：=102 mm ；</p><p>　　缸筒壁厚：=11 mm ；</p><p><b>　　速比：=2；</b></p><p>　　活塞桿直

50、徑：=50 mm ；</p><p>　　油缸工作行程： S=600 mm ；</p><p>　　3.9.2 鏟斗油缸的布置</p><p>　　確定鏟斗油缸鉸點(diǎn)、行程及連桿機(jī)構(gòu)力臂比時(shí)應(yīng)考慮以下因素。</p><p>　?、?保證鏟斗挖掘時(shí)產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘阻力。當(dāng)鏟斗油

51、缸作用力臂最大時(shí)，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)基本上等于最大挖掘阻力。當(dāng)油缸全伸時(shí)，應(yīng)能保證鏟斗滿載靜止不動(dòng)。</p><p>　?、?保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°- 160°。在特殊作業(yè)時(shí)可以大于180°。當(dāng)鏟斗油缸全縮時(shí)，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10°，常取15°- 25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)保證斗桿與鏟斗

52、平穩(wěn)使土壤不從斗中撒落。</p><p>　　3.10 液壓挖掘機(jī)挖掘范圍</p><p>　　圖3.8 挖掘軌跡包絡(luò)圖</p><p>　　反鏟工作裝置的挖掘軌跡包絡(luò)圖如圖3.8所示，就即反鏟液壓挖掘機(jī)在機(jī)體不移動(dòng)的任一固定位置時(shí)所能達(dá)到的作業(yè)范圍。由圖3.8可知，液壓挖掘機(jī)挖掘時(shí)各個(gè)方向的工作尺寸中，最能反映反鏟液壓挖掘機(jī)工作特性的是最大挖掘深度J和水平面上最大

53、挖掘半徑M。停機(jī)位置的下方(圖3.8包絡(luò)線內(nèi)的陰影部分)是不允許工作的，這是為了確保挖掘機(jī)的安全與穩(wěn)定。挖掘機(jī)的最大挖掘力及其發(fā)揮情況決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸和各油缸力的匹配，同時(shí)也受整機(jī)穩(wěn)定和地面附著條件的影響。</p><p>　　斗齒的挖掘軌跡取決于各油缸的運(yùn)動(dòng)及其相互配合的情況。若僅以動(dòng)臂油缸工作(斗桿油缸與鏟斗油缸呈零行程狀態(tài)時(shí))，則可得到最大的挖掘半徑R和最長(zhǎng)的挖掘行程。此時(shí)，挖掘軌跡是以動(dòng)

54、臂下面的鉸點(diǎn)為圓心、斗齒至該鉸點(diǎn)的距離為半徑而劃成的圓弧線，如圖3.8中的弧 和弧 。其中最大挖掘高度I和挖掘深度J分別決定于動(dòng)臂的最大上傾角和最大下傾角(動(dòng)臂對(duì)水平線的夾角)，而最大傾角則由動(dòng)臂油缸的行程和鉸點(diǎn)位置的匹配關(guān)系決定。這種挖掘方式在實(shí)際中是很少采用的，因?yàn)楹苌儆杏脛?dòng)臂挖掘的適當(dāng)面，也很少有單獨(dú)使用動(dòng)臂挖掘的情況。</p><p>　　若僅使斗桿油缸工作進(jìn)行挖掘，則斗齒挖掘軌跡是以斗桿支承鉸點(diǎn)(即

55、動(dòng)臂上鉸點(diǎn))為圓心，斗齒至該鉸點(diǎn)的距離為半徑所劃的圓弧線，如圖3.8中弧 和弧 。圓弧線的長(zhǎng)度與包角決定于斗桿油缸的行程。當(dāng)動(dòng)臂位于最大下傾角、鏟斗最大張開(kāi)并且僅使斗桿油缸進(jìn)行挖掘工作時(shí)，可以得到最大的挖掘深度J，而且有較大的挖掘行程。這在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時(shí)，雖然切削深度不大，但在轉(zhuǎn)斗動(dòng)作的配合下，亦能保證鏟滿全斗。因此，單斗液壓挖掘機(jī)在挖掘過(guò)程中一般以斗桿的動(dòng)作為主。</p><p>　　當(dāng)調(diào)整好動(dòng)臂油

56、缸和斗桿油缸的挖掘位置而以鏟斗油缸進(jìn)行挖掘時(shí)，斗齒的挖掘軌跡則是以鏟斗的支承鉸點(diǎn)(即斗桿前端鉸點(diǎn))為圓心，以該鉸點(diǎn)至斗齒的距離為半徑所劃的圓弧線，如圖3.8中弧 、 、 、 。圓弧線的長(zhǎng)度與包角決定于鏟斗油缸的行程。用鏟斗油缸挖掘時(shí)的挖掘行程較短，為使鏟斗在較短行程內(nèi)裝滿物料，則加大切削深度，亦需要較大的挖掘力。一般液壓挖掘機(jī)的斗齒最大挖掘力均在鏟斗油缸工作時(shí)出現(xiàn)。這種挖掘方式稱為轉(zhuǎn)斗挖掘，適宜于挖掘松軟土壤(多為III級(jí)以下土壤)。

57、實(shí)際工作中，為了隨時(shí)改變切削角，一般也不單獨(dú)使用，大多情況下采用動(dòng)臂與斗桿配合工作。液壓挖掘機(jī)的實(shí)際挖掘工作是采用各油缸的聯(lián)合動(dòng)作來(lái)完成的。</p><p>　　3.11 工作裝置的仿真工作 </p><p>　　通過(guò)以上對(duì)工作裝置各零件的介紹及參數(shù)的確定，利用三維繪圖軟件Solidworks將各零部件造型完畢并按照實(shí)際要求裝配。各零部件的造型過(guò)程同時(shí)也是對(duì)參數(shù)的進(jìn)一步檢驗(yàn)。在造型完成后需

58、要完成的則是對(duì)受力頻繁或運(yùn)動(dòng)頻繁的零件的受力分析，利用Solidworks中的Simulation模塊可有效的完成這一過(guò)程。</p><p>　　這一裝置最后需完成的就是整體的運(yùn)動(dòng)模擬或是動(dòng)畫(huà)仿真。利用Solidworks中的Motion分析模塊可以有效的完成這一部分的工作以實(shí)現(xiàn)此裝置的仿真。</p><p>　　圖3.9 斗桿的Simulation分析</p><p&

59、gt;　　圖3.10 工作裝置的建模</p><p>　　4 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承和回起機(jī)構(gòu)等組成，回轉(zhuǎn)支承的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)結(jié)，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓銜接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動(dòng)體，挖掘機(jī)裝置作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直載荷、水準(zhǔn)載荷和傾覆力矩穿過(guò)回轉(zhuǎn)支承的外座圈、滾動(dòng)體和內(nèi)座圈傳給底架?；仄饳C(jī)構(gòu)的殼體穩(wěn)定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)座圈上

60、的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺(tái)中央線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回起機(jī)構(gòu)作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)就相對(duì)底架舉行回轉(zhuǎn)。</p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置的作用是將回轉(zhuǎn)部分支承在固定部分上。要求機(jī)器不傾翻，回轉(zhuǎn)輕便靈活。為此，挖掘機(jī)設(shè)置了回轉(zhuǎn)支承裝置及回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。在單斗液壓挖掘機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間約占50%-70%，能量消耗占25% - 40%，回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)發(fā)熱量占總發(fā)熱量的30% - 40%，所以應(yīng)

61、合理確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)方案，正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)，這對(duì)提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力和功能利用具有很大的意義。</p><p>　　圖4.1 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1回轉(zhuǎn)支承裝置</b></p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承裝置有兩大類：轉(zhuǎn)盤式與轉(zhuǎn)柱式。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承采納的是轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承，小松液壓挖掘機(jī)

62、采納的是轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)局部的轉(zhuǎn)角平常等于或小于180°。它由焊接在回轉(zhuǎn)體上的上、下支承軸及上、下軸承座等形成。軸承利用螺栓穩(wěn)定在機(jī)架上，穿過(guò)插裝在撐持軸上的液壓馬達(dá)使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承用于全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)，分為三種類型：少支點(diǎn)支承滾輪式、多支點(diǎn)支承滾子夾圈式和滾動(dòng)軸承式。以前挖掘機(jī)和起重機(jī)都采用滾輪式或滾子夾圈式支承，但此兩種方式有共同的缺點(diǎn)：回轉(zhuǎn)阻力大、尺寸大、機(jī)械重心

63、偏高、滾動(dòng)部分露在外面、易污染、磨損快，從而使軌道與滾子間的間隙增加，工作時(shí)容易產(chǎn)生沖擊載荷，目前采用這兩種方式的較少。現(xiàn)在，液壓挖掘機(jī)已普遍采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承。因此此次設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承。</p><p>　　下面對(duì)滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐作以下介紹：</p><p>　　滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承（滾盤）是一個(gè)大直徑的滾動(dòng)軸承，它能承受更大的軸向載荷和傾覆力矩。這種滾盤與普通的滾動(dòng)軸承有

64、所不同，其轉(zhuǎn)速很慢(挖掘機(jī)為7~10r/min)。一般軸承滾道中心直徑與高度之比為4~5，而滾盤則為10~15。這種支承的剛度較差，工作中靠支承連接結(jié)構(gòu)來(lái)保證。</p><p>　　圖4.2 滾動(dòng)軸承式支承</p><p>　　1—下座圈；2—調(diào)整墊片；3—上圈座；4、5—螺栓；6—內(nèi)齒圈；7—隔離體；8—滾動(dòng)體； 9—油嘴；10—密封裝置</p><p>

65、;　　滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的典型構(gòu)造如圖4.2所示。內(nèi)座圈或外座圈可加工成內(nèi)齒圈或外齒圈。帶有齒圈的座圈為固定座圈，用沿圓周分布的螺栓4、5固定在底座上。不帶有齒圈的座圈為回轉(zhuǎn)圈，用螺栓與挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)連接。裝配時(shí)，可先將座圈1、3和滾動(dòng)體8裝好，形成一個(gè)完整的部件，然后再與挖掘機(jī)組裝。為保證轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，防止受熱膨脹后產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，滾盤要留有一定的軸向間隙。此間隙因加工誤差和滾道與滾動(dòng)體的磨損而變化。故在兩座圈間設(shè)調(diào)整墊片2(裝配和修理時(shí)可以調(diào)

66、整間隙)。隔離體7用來(lái)防止相鄰滾動(dòng)體8間的擠壓，減少滾動(dòng)體的磨損，并起導(dǎo)向作用。 </p><p>　　滾動(dòng)體可以是滾珠或滾柱，它與滾道接觸點(diǎn)的法線同軸承水平軸線間夾角稱為接觸角 (圖4.3)。滾道半徑R與滾珠直徑d(d=2r)的關(guān)系一般為:R=0.52d。</p><p>　　圖4.3 接觸角示意圖</p><p>　　小齒輪與齒圈的嚙合有內(nèi)、外嚙合兩種方式。&

67、lt;/p><p>　　內(nèi)嚙合時(shí)，齒根強(qiáng)度較大、防塵能力好、機(jī)體高度可降低、支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；缺點(diǎn)是保養(yǎng)困難、造價(jià)高、減速比小(即節(jié)圓直徑小)，由于受支承直徑的限制，多用在中小型挖掘機(jī)上。</p><p>　　外嚙合齒圈的節(jié)圓直徑大，減速比也大，因而可用于體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減速比小的回轉(zhuǎn)減速箱；但齒輪外露，易污染磨損，需加防護(hù)罩。</p><p>　　根據(jù)滾動(dòng)體的型式與排數(shù)

68、，滾動(dòng)軸承式支承主要有以下幾種型式。</p><p><b>　　①排滾珠式</b></p><p>　　單排滾珠式回轉(zhuǎn)支承的滾道一般為圓弧曲面，如圖4.4所示。</p><p>　　滾珠與內(nèi)、外座圈的滾道為四點(diǎn)接觸，接觸角一般為45°。</p><p>　　在承受載荷時(shí)，座圈會(huì)產(chǎn)生偏移。內(nèi)圈向左偏移，使右面滾

69、珠受到數(shù)值更大的下壓力；右面滾珠受向上的擠壓力。若同時(shí)有水平力作用，也由滾珠承受。因此，它可傳遞不同方向的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩。</p><p>　　圖4.4 單排滾珠式回轉(zhuǎn)支承</p><p>　　a 外嚙合 b 內(nèi)嚙合</p><p>　　1—固定到底架上的下座圈；2—滾珠；3—固定到轉(zhuǎn)臺(tái)上的上座圈</p><p>　　由圖4

70、.5看出，滾珠受力大小與接觸角在接觸點(diǎn)上成正弦函數(shù)比例關(guān)系。外載荷增加，座圈偏移，增大，從而減少對(duì)滾珠的法向作用力。</p><p>　　圖4.5 滾珠受力示意圖</p><p>　　單排滾珠式支承的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、安裝中允許有適度的誤差，但滾道加工較復(fù)雜，承載能力小，屬于輕型回轉(zhuǎn)支承。若與其連接的構(gòu)件剛度較低，則在Q、M作用下，會(huì)引起滾道分離，影響嚙合。</p>

71、<p>　　滾珠的安裝方法有兩種：一、將座圈之一制成剖分式；二、內(nèi)、外座圈分別為兩個(gè)整體，滾珠和隔離體從內(nèi)圈或外圈的徑向裝填孔裝進(jìn)滾道。這種安裝方法成本低，且座圈為整體、剛性好，應(yīng)用廣泛，因此此次設(shè)計(jì)采用后者方案，如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 滾珠填充式安裝</p><p>　　1—外座圈；2—滾珠；3—內(nèi)座圈；4—裝填塞</p><p>

72、;<b>　?、陔p排滾珠式</b></p><p>　　雙排滾珠支承如圖4-7所示，由上、下兩排滾珠、內(nèi)外座圈、隔離體、密封和潤(rùn)滑裝置等組成，內(nèi)外座圈中的一個(gè)可制成上下分片式。上排滾珠承受載荷較大，故滾珠直徑較小。在較大的軸向力和傾覆力矩作用下，可將其接觸角設(shè)計(jì)成能白由地移動(dòng)到接近90°。因此，它的優(yōu)點(diǎn)是比同樣大小，同樣數(shù)目單排滾珠支承的承載能力大得多，且在承受載荷時(shí)，不會(huì)引起滾道

73、分離，保證齒輪正常嚙合，但它的缺點(diǎn)是成本較高。</p><p>　　圖4.7 a雙排同徑式滾珠支承 b雙排異徑式滾珠支承</p><p><b>　?、劢徊鏉L柱式</b></p><p>　　交叉滾柱支承結(jié)構(gòu)與單排滾珠支承類似，負(fù)荷通過(guò)圓柱形滾柱傳遞。滾珠以45°傾角交叉排列如圖4.8，可用隔離體亦可不用隔離體。某方向的一圈滾柱

74、承受一個(gè)方向的作用力，與之成90°方向交叉排列的滾柱則承受另一方向的作用力(可同時(shí)承受Q、M和H的作用)。根據(jù)載荷情況(Q、M的大小)，可將滾柱總數(shù)的2/3或3/4朝一個(gè)方向傾斜，以提高承受軸向力Q的能力，但此時(shí)要加隔離體。滾柱長(zhǎng)度較其直徑小，以保證只與一對(duì)滾道表面接觸，承受一個(gè)方向的載荷。由于滾柱與滾道是線接觸，接觸應(yīng)力分布在整個(gè)滾道面上，延長(zhǎng)了使用壽命并具有承載能力高、加工工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度小(降低重心，提高

75、穩(wěn)定性)等優(yōu)點(diǎn)，所以單斗液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用較多。但它對(duì)相鄰結(jié)構(gòu)的剛度和安裝精度要求較高，以防止出現(xiàn)邊緣載荷，形成點(diǎn)接觸。</p><p>　　圖4.8交叉滾柱支承</p><p>　　a—外嚙合 b—內(nèi)嚙合</p><p>　　液壓挖掘機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部受力和載荷的合力位子是時(shí)常變動(dòng)的，并偏向載荷方向。為均衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺(tái)上的各個(gè)裝置必須合理安排，并在尾部設(shè)置安裝配

76、重，以改進(jìn)轉(zhuǎn)臺(tái)下部構(gòu)造的受力，減少回轉(zhuǎn)支承的損耗，保障整機(jī)的安定性。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置主要包括回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速器和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)小齒輪及固定齒圈。</p><p>　　4.2 回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置</p><p>　　4.2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)</p><p>　　回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)如圖4.9所示，一般采用斜軸式或斜盤式柱塞馬達(dá)，內(nèi)

77、部帶有液壓制動(dòng)器及摩擦片式制動(dòng)器。馬達(dá)的主要零件有固定式斜盤、缸體、柱塞、配流盤、馬達(dá)外殼和停車制動(dòng)器。停車制動(dòng)器是濕式多片制動(dòng)器，由中心板和摩擦片組成?；デ度朊扛麅?nèi)。而缸體內(nèi)共有根帶滑靴的柱塞。缸體通過(guò)花鍵裝在軸上。</p><p>　　回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的變化取決于由泵輸送來(lái)的油量大小。油泵來(lái)的油從馬達(dá)進(jìn)油口流入，使柱塞從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)移動(dòng)。然后，滑靴沿著斜盤滑動(dòng)，使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。</p&

78、gt;<p>　　當(dāng)高壓油從進(jìn)油口進(jìn)入時(shí)，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸出軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩通過(guò)軸傳遞到回轉(zhuǎn)減速箱，帶動(dòng)上部轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)?；赜蛷鸟R達(dá)出口流出，然后返回到液壓油箱中。當(dāng)高壓油以上述情況相反的方向進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)時(shí)，馬達(dá)反方向旋轉(zhuǎn)，同理上部轉(zhuǎn)臺(tái)也反向回轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖4.9 回轉(zhuǎn)馬達(dá)</b></p><p>　　1—中心板；2—摩擦片；3—配流盤；4—

79、滑靴；5—固定式斜盤；</p><p>　　6—馬達(dá)外殼；7—軸；8—柱塞；9—缸體</p><p>　　為把回轉(zhuǎn)液壓回路的壓力限制在過(guò)載溢流閥的調(diào)定值內(nèi)，并在轉(zhuǎn)臺(tái)啟動(dòng)和停止時(shí)起緩沖作用，回轉(zhuǎn)馬達(dá)上設(shè)有防過(guò)載及補(bǔ)油閥組件。在執(zhí)行回轉(zhuǎn)平臺(tái)停止操作時(shí)，回轉(zhuǎn)操縱手柄回位，回轉(zhuǎn)馬達(dá)的進(jìn)油口和出油口均被關(guān)閉，而此時(shí)上部平臺(tái)結(jié)構(gòu)在慣性力作用下會(huì)帶動(dòng)馬達(dá)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使馬達(dá)出油道中的壓力升高，進(jìn)油口壓力

80、降低至產(chǎn)生真空。防過(guò)載閥的作用就是在這種情況下釋放馬達(dá)內(nèi)部高壓，并吸收上部平臺(tái)結(jié)構(gòu)的慣性力，而補(bǔ)油閥組件為防止出現(xiàn)真空，將回油管中的油通過(guò)補(bǔ)油管和單向閥向馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)組件補(bǔ)充油液。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)供油不足時(shí)，補(bǔ)油閥組件通過(guò)回油管背壓也可增加對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)組件的供油量。</p><p>　　4.2.2 回轉(zhuǎn)減速器</p><p>　　圖4.10 回轉(zhuǎn)減速器</p><p><

81、b>　　①低速傳動(dòng)方案。</b></p><p>　　其優(yōu)點(diǎn)是零件少、結(jié)構(gòu)緊湊、能產(chǎn)生較大扭矩、扭矩與轉(zhuǎn)速均勻、低速穩(wěn)定性和制動(dòng)性能好；缺點(diǎn)是馬達(dá)本身體積大、效率低。</p><p><b>　?、诟咚賯鲃?dòng)方案。</b></p><p>　　用高速定量軸向柱塞式液壓馬達(dá)通過(guò)齒輪減速箱驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪。高速馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上與同類型泵相

82、同，零件可通用，與低速馬達(dá)相比，其有優(yōu)點(diǎn)是體積小、效率高、不需背壓補(bǔ)油、便于設(shè)置小制動(dòng)器、發(fā)熱及功率損失小、工作可靠。</p><p>　　4.3 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　4.3.1 滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)平臺(tái)加速</p><p>　　加速階段平臺(tái)總轉(zhuǎn)角為 （4.1）</p><p>　　

83、加速階段平臺(tái)總加速時(shí)間為 （4.2）</p><p><b>　　式中 —；</b></p><p><b>　　—；</b></p><p><b>　　—。</b></p><p>　　鑒于本設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)是對(duì)整機(jī)的造型建模及運(yùn)動(dòng)仿真，因此建模

84、時(shí)在不影響整體仿真的情況下對(duì)此部分進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。</p><p>　　4.3.2 滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)平臺(tái)減速</p><p>　　挖掘機(jī)平臺(tái)制動(dòng)力矩為常數(shù)，一般。設(shè)，則平臺(tái)滿</p><p><b>　　斗回轉(zhuǎn)減速時(shí)間為</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p>&l

85、t;p>　　平臺(tái)減速時(shí)轉(zhuǎn)角為 （4.4）</p><p>　　5 液壓挖掘機(jī)行走裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　行走裝置是挖掘機(jī)的支承部分，它承受機(jī)械自重及作業(yè)時(shí)的其它作用力，來(lái)保證挖掘機(jī)穩(wěn)定支承在地面上工作。</p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)廣泛采用履帶式和輪胎式行走裝置，此設(shè)計(jì)采

86、用履帶行走裝置。</p><p>　　5.1 行走裝置的介紹</p><p>　　履帶行走裝置的典型結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架4通過(guò)支重輪7、履帶5將載荷傳至地面。履帶呈封閉狀環(huán)繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪1和導(dǎo)向輪2，為了減少履帶上分支撓度，履帶由1~2個(gè)托鏈輪2支持。行走裝置的動(dòng)力由行走液壓馬達(dá)經(jīng)過(guò)行走減速機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪9，使整個(gè)行走裝置運(yùn)行。當(dāng)履帶由于磨損而伸長(zhǎng)時(shí)，可由張緊裝置6調(diào)整

87、其松緊度。</p><p>　　圖5.1 履帶行走機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　1—驅(qū)動(dòng)輪；2—托鏈輪；3—支重輪；4—行走架；5—履帶；6—張緊裝置；7—導(dǎo)向輪</p><p><b>　　5.1.1 驅(qū)動(dòng)輪</b></p><p>　　圖5.2組合式履帶驅(qū)動(dòng)輪</p><p>　　驅(qū)動(dòng)輪常位于行

88、走裝置的后部，縮短履帶驅(qū)動(dòng)段的長(zhǎng)度并提高履帶的使用壽命，其形狀如上圖5.2</p><p><b>　　5.1.2 托鏈輪</b></p><p>　　托鏈輪的作用是托起上部履帶，防止其過(guò)度下垂。</p><p><b>　　5.1.3 支重輪</b></p><p>　　挖掘機(jī)行走時(shí)支重輪受到?jīng)_擊

89、，承受載荷較大，是挖掘機(jī)重力傳遞還給地面履帶的紐帶。由于其采用滑動(dòng)軸承較多，因此采用油封防塵。</p><p><b>　　5.1.4 行走架</b></p><p>　　行走架按結(jié)構(gòu)的不同分為：箱式、組合式和整體式。</p><p><b>　?、傧涫叫凶呒?lt;/b></p><p>　　箱式結(jié)構(gòu)的

90、行走架，一般用在少支點(diǎn)支承的挖掘機(jī)上。底架為封閉的格式結(jié)構(gòu)，以保證其強(qiáng)度和剛度，底架一般直接和履帶架相連。為了方便運(yùn)輸，這種機(jī)構(gòu)往往做成將履帶架用高強(qiáng)度螺栓連接于行走架。箱式行走架剛度大、承載能力高，可保證挖掘機(jī)就地轉(zhuǎn)彎時(shí)有較好的剛性。缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)輪采用懸臂安裝方式，承受附加的彎矩，同時(shí)底架和履帶架的連接處受力也較大。</p><p><b>　　②組合式行走架</b></p>

91、<p>　　組合式行走架的底架為框架結(jié)構(gòu)，橫梁是工字鋼或焊接的箱形梁，插入履帶架孔中。履帶架通常采用下部敞開(kāi)的“門”形截面，以方便安裝驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支重輪。組合式行走結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是不需改變底架結(jié)構(gòu)就能換裝加寬的橫梁或加長(zhǎng)的履帶架，就能改善挖掘機(jī)的穩(wěn)定性并降低接地比壓。缺點(diǎn)是履帶架截面削弱較多，剛性較差，在截面削弱處很容易產(chǎn)生裂縫。</p><p><b>　?、壅w式行走架</b>

92、</p><p>　　整體式行走架是在組合式行走架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，適用于大批量生產(chǎn)以降低成本，現(xiàn)在中小型液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用極為廣泛。將底架、橫梁和履帶架焊為一體，使其具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、布置緊湊、質(zhì)量輕、剛性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于此結(jié)構(gòu)可使支重輪直徑做的較小，使得支重輪數(shù)量每邊可裝5至9個(gè),因此機(jī)器重力和挖掘力產(chǎn)生的壓力，可以均勻的傳給地面，從而利于在承載能力較低的地面使用。</p><p>　

93、　結(jié)合上面分析，本次設(shè)計(jì)采用整體式行走架。如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 整體式行走架</p><p><b>　　5.1.5 履帶</b></p><p>　　考慮到機(jī)器的穩(wěn)定性、足夠的牽引力并適應(yīng)更困難的工況施工，此設(shè)計(jì)采用組合式履帶結(jié)構(gòu)。</p><p>　　5.1.6 履帶張緊裝置</p&

94、gt;<p>　　圖5.4 履帶張緊裝置</p><p>　　1—張緊輪；2—叉架；3—防塵油封；4—Y型油封；5—缸筒；6—O形圈；</p><p>　　7—緩沖彈簧；8—機(jī)架；9—彈簧座；10—彈簧桿；11—柱塞</p><p>　　履帶張裝置的作用是保證履帶行走裝置的正常工作，減小行走的沖擊載荷和額外的功率損耗，并保證履帶具有一定的張緊度。履帶的

95、張緊裝置借助于導(dǎo)向輪來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶的張緊。</p><p><b>　　5.1.7 導(dǎo)向輪</b></p><p>　　導(dǎo)向輪的作用是引導(dǎo)履帶正確旋轉(zhuǎn)以及防止其跑偏等。</p><p>　　5.2 行走裝置的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　圖5.5 行走裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　導(dǎo)向輪與張緊油

96、缸、張緊彈簧相連接，式履帶張緊度適當(dāng)；在履帶前端受到外力沖擊時(shí)，通過(guò)導(dǎo)向輪將沖擊力傳到張緊彈簧起緩沖作用，防止履帶損傷。</p><p>　　終傳動(dòng)包括行走馬達(dá)和行走減速機(jī)構(gòu)，作為驅(qū)動(dòng)輪為機(jī)器行走提供動(dòng)力，將液壓能通過(guò)行走馬達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，經(jīng)過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)減速，轉(zhuǎn)矩增加，由鏈輪帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器行走。</p><p>　　6 液壓挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)</p><p>

97、;　　6.1 駕駛室的總體設(shè)計(jì)要求</p><p>　?、亳{駛室要視野開(kāi)闊、美觀大方，具有一定的審美價(jià)值。比例、尺寸符合人機(jī)工程學(xué)及審美學(xué)要求。</p><p>　?、诰哂斜Ｕ像{駛員人身安全的結(jié)構(gòu)形式或措施，主要指防傾翻裝置。</p><p>　?、凼覂?nèi)應(yīng)空氣暢通，溫度可以調(diào)節(jié)。</p><p>　?、芫哂懈魺?、減振及降噪功能。</p&

98、gt;<p>　?、菥邆渥銐虻膭傂院蛷?qiáng)度。</p><p>　　圖6.1 駕駛室造型外觀圖</p><p>　　6.2 駕駛室座椅的設(shè)計(jì)要求</p><p>　?、僮蔚男问胶统叨扰c駕駛者坐的目的有關(guān)；</p><p>　?、谧蔚某叨缺仨毰c相對(duì)應(yīng)的駕駛員測(cè)量值配合，人體坐姿時(shí)各關(guān)節(jié)舒適角度；</p><p&

99、gt;　?、圩蔚脑O(shè)計(jì)必須能提供駕駛者足夠的支撐與穩(wěn)定作用；</p><p>　?、茏蔚脑O(shè)計(jì)必須能使駕駛者改變其姿勢(shì)，但其椅墊必須足以防止坐姿行為中的滑脫現(xiàn)象；</p><p>　?、菘勘程貏e是在腰部的支撐，可降低脊柱所產(chǎn)生的緊張壓力；</p><p>　　⑥座墊必須有充分的襯墊和適當(dāng)?shù)挠捕仁怪兄趯⑷梭w的壓力分布于坐骨結(jié)節(jié)附近。</p><

100、p>　　6.3 操作裝置的布置要求</p><p>　　挖掘機(jī)駕駛員通過(guò)控制各種操作裝置來(lái)完成挖掘機(jī)的行走、運(yùn)轉(zhuǎn)以及鏟斗的挖掘、卸料等動(dòng)作。挖掘機(jī)的主要操作裝置分為以下幾類，操縱桿、腳踏板、扶手和各種電氣按鈕。</p><p>　　操縱桿、腳踏板和扶手受自身形狀和體積的制約布置時(shí)必須綜合考慮各方面的因素，特別是人體生理學(xué)方面的要求。</p><p>　　液壓挖

101、掘機(jī)的駕駛室是操作人員的工作場(chǎng)所，由于挖掘機(jī)工作環(huán)境惡劣，噪聲大，操作人員極易產(chǎn)生疲勞，所以一個(gè)好的駕駛室的設(shè)計(jì)不僅要將各操作裝置布置合理，還應(yīng)使駕駛室有一定隔音效果和一個(gè)舒適的座椅。因此挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)應(yīng)采用人機(jī)工程學(xué)原理來(lái)設(shè)計(jì)。同時(shí)駕駛室應(yīng)具有一定的剛度，在翻車時(shí)能對(duì)操作人員起到一定安全保護(hù)作用。</p><p>　　7 液壓挖掘機(jī)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真分析</p><p>　　此設(shè)計(jì)的最終

102、目的是通過(guò)建模實(shí)現(xiàn)利用軟件對(duì)整機(jī)運(yùn)動(dòng)的Motion分析，進(jìn)一步體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)各主要部件的基礎(chǔ)上達(dá)到整機(jī)節(jié)能的目的。</p><p>　　達(dá)到節(jié)能目的的原理基礎(chǔ)是液壓二次調(diào)節(jié)技術(shù)。在恒壓力源網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)液壓馬達(dá)（或液壓泵）進(jìn)行控制稱為二次調(diào)節(jié)。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由恒壓力源、變量馬達(dá)和蓄能器組成的控制系統(tǒng)。由于它沒(méi)有節(jié)流損失和溢流損失的缺陷，因此它的發(fā)展前景非常廣泛。</p><p>　　如下圖7.

103、1為整機(jī)的效果圖</p><p>　　綜上，履帶式液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，包括機(jī)器基本參數(shù)確定，各基本零部件的造型及整機(jī)的運(yùn)動(dòng)模擬等，限于本人的能力，此設(shè)計(jì)可能仍有較多的漏洞，進(jìn)一步優(yōu)化的空間仍然很大，希望老師予以輔導(dǎo)從而使本設(shè)計(jì)不斷完善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黎志勒，黎蘇.汽車排氣系統(tǒng)

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106、;<p>　　[9] 劉宏軍,趙紅,翟斌;機(jī)械產(chǎn)品的CAD/CAM應(yīng)用及三維造型技術(shù)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2004年01期</p><p>　　[10] 何存興,等.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng).武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000</p><p>　　[11] 席瓊,楊勝?gòu)?qiáng);基于Pro/E的機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真研究[J];機(jī)械管理開(kāi)發(fā);2005年02期</p><p>

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110、rror correction,US Patent Application Publication No.20010168100,2006</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　走的最快的總是時(shí)間，在完成終稿的今天，經(jīng)過(guò)了幾個(gè)月的努力，此刻感受到有喜有悲。喜是因?yàn)榻?jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，查閱資料、閱讀文獻(xiàn)、原理分析、部件設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真，終于通過(guò)畢

111、業(yè)設(shè)計(jì)的形式有效的將大學(xué)期間所學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合；悲是因?yàn)榇丝痰慕K點(diǎn)即為下一刻的起點(diǎn)，下一刻我們將自己闖蕩卻少了各位老師、各位同學(xué)、各位好友的陪伴。</p><p>　　此畢業(yè)設(shè)計(jì)是在李嵐老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從課題選擇到具體設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)整理無(wú)不凝聚著李嵐老師的創(chuàng)造性建議，若沒(méi)有老師的悉心指導(dǎo)也許我的設(shè)計(jì)并不會(huì)如此的順利，在此學(xué)生向李嵐老師表示深深的感謝和最崇高的敬意。</p><p

112、>　　同時(shí)，設(shè)計(jì)的順利完成也離不開(kāi)其他老師的指導(dǎo)與同學(xué)的幫助。在此，感謝周榮安老師在軟件使用方面的指導(dǎo)，感謝李嵐老師在液壓只是方面對(duì)學(xué)生的補(bǔ)充與深化，感謝各位老師的幫助，幫助我完成大學(xué)期間知識(shí)的整合；感謝我親愛(ài)的同學(xué)們，是他們?cè)谖覠佬?wèn)題時(shí)予以有效的解答，是他們給予我時(shí)刻的安慰。你們的幫助將成為我人生成長(zhǎng)路上的寶貴回憶！</p><p><b>　　附 錄</b></p>

113、;<p><b>　　1 英文原文</b></p><p>　　Hydraulic Station and the development of hydraulic components Profiles Hydraulic Pump Station also known as the stations are independent h- ydraulic device. I

114、t requested by the oil gradually. And controlling the hydraulic oil flow direction, pressure and flow rate, applied to the mainframe and hy- draulic devices separability of hydraulic machinery. Users will be provided aft