正铲单斗液压挖掘机工作装置设计.doc

机械设计(机械设计基础) ---- 课程设计说明书设计题目: 正铲单斗液压挖掘机工作装置设计学院: 机械工程系专业: 机械制造工艺与设备班级: 学号: 姓名: 指导老师: 完成日期: 机械原理设计任务书设计题目: 正铲单斗液压挖掘机工作装置设计一、设计题目简介正铲挖掘机的铲土动作形式。其特点是“前进向上, 强制切土”。正铲挖掘力大, 能开挖停机面以上的土,宜用于开挖高度大于 2m 的干燥基坑, 正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些, 其工作装置直接决定其工作范围和工作能力。二、设计数据与要求题号铲斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半径卸载高度 三、设计任务 1、绘制挖掘机工作机构的运动简图,确定机构的自由度,对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图; 2、根据所提供的工作参数,对挖掘机工作机构进行尺度综合,确定工作机构各个杆件的长度; 3、用软件( VB、MATLAB 、ADAMS 或SOLIDWORKS 等均可)对执行机构进行运动仿真,并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。 4、编写设计计算说明书,其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。 5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。摘要正铲挖掘机的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种, 前者生产率较高。正铲的生产率主要决定于每斗作业的循环延续时间。为了提高其生产率,除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外,还要考虑开挖方式和与运土机械配合。尽量减少回转角度, 缩短每个循环的延续时间。反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法, 即反铲停于沟端,后退挖土,向沟一侧弃土或装汽车运走,也可采用沟侧开挖法,即反铲停于沟侧,沿沟边开挖,它可将土弃于距离沟较远的地方,如装车则回转角度较小, 但边坡不易控制. 单斗液压挖掘机主要由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等组成。铲斗的斗底利用液压缸来开启,斗杆是铰接在动臂的顶端,由双作用的斗杆油缸使其转动。斗杆油缸的一端铰接在动臂上,另一端铰接在斗杆上。其铰接形式有两种:一种是铰接在斗杆的前端;另一种是铰接在斗杆的尾端。动臂均为单杆式,顶端呈叉形,以便与斗杆铰接。动臂有单节的和双节的两种。单节的动臂有长短两种备品,可根据需要更换。双节的动臂则由上、下两节拼装而成, 根据拼装点的不同,动臂的工作长度也不同。一、正铲挖掘机自由度计算根据下图所示的挖掘机结构简图,我们可以对其自由度进行计算。通过对机构简图的分析,可以看出该工作装置有 11 根杆件组成, 其中包含 15 个运动副, 即 12 个转动副, 3 移动副,共包含 15 个低副,没有高副。自由度计算: n=11,PH=0,PL=15 则: F=3n-2PL-PH=3*11-2*15-0=3 二、挖掘机参数计算 、液压挖掘机基本参数液压挖掘机基本参数主要包括: 标准斗容量:指挖掘Ⅲ级或密度为的土壤时,代表该挖掘机登记的一种铲斗堆积容量。最大挖掘高度:指工作装置处于最大举升高度时,铲斗齿尖到停机地面的距离。最大挖掘半径:在挖掘机纵向中心平面上铲斗齿尖离机器回转中心的最大距离。最大挖掘深度:指动臂处在最低位置,且斗齿尖,铲斗与斗杆铰点,斗杆与动臂铰点三点在同一条垂直停机面的直线上,斗齿尖与停机面的最大距离。最大卸载高度:指动臂、斗杆处于最大举升高度,翻转卸土,斗齿尖处在最低位置时,斗齿尖到停机面的距离。 、液压正铲挖掘机工作装置机构运动学分析 动臂运动分析动臂 AD 的位置由动臂油缸 MC 的长度 1L 决定。 1L 和动臂水平倾角 1?之间的关系可用下式表示?? 11 2175 27 25 21 cos 2aallllL???????( 2-1 ) 11 257 21 25 27 112 cosaall Lll????????????????( 2-2 ) 从上式看出,a 11-a 2对 1?的影响很大,当动臂和油缸的参数不变时,a 11-a 2愈大动臂提升高度愈小。设动臂油缸全缩时动臂倾角为 min 1?;动臂油缸全伸时动臂倾角为 max 1?, 那么在动臂油缸由全缩到全伸,动臂总的转角为: min 1 max 11?????( 2-3 ) 为了便于运算和比较,仍用无因次比例系数???、、表示,即 min 1 max 1LL ??;5 min 1l L??;5 7l l??( 2-4 ) 代入式(2—2)可以得到动臂油缸全缩和全伸时相应的动臂倾角值 11 2 221 min2 1 cosaa??????????????????( 2-5 ) 11 2 2221 max2 1 cosaa??????????????