1m3单斗液压挖掘机总体及工作装置设计说明书Word文档下载推荐.docx
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当今计算机广泛应用于机械设计中,挖掘机工作装置设计得到了很快的发展。
针对液压挖掘机工作装置的CAD软件也已经有了不少的研究。
1.2.1国外液压挖掘机发展动态和研究现状
国外挖掘机生产历史较长,液压挖掘技术的不断成熟使挖掘机得到全面的发展。
德国是世界上较早开发研究挖掘机的国家,1954年和1955年德国的徳马克和利渤海尔公司分别开发了全液压挖掘机;
美国是继德国以后声场挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家;
日本挖掘机制造业是在二次大战后发展上起来的,其主要特点在引进、消化先进技术的基础上,通过大胆创新发展起来的;
韩国式液压挖掘机生产的后起之秀。
从20世纪后期开始,国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展:
(1)、开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。
(2)、迅速发展全液压挖掘机,不断改进和革新控制方式,使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气操纵,利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合,实现挖掘机作业操纵的完全自动化。
(3)、采用新技术、新工艺、新结构、加快标准化、系列化、通用化发展速度。
(4)、更新设计理论,提高可靠性,延长使用寿命。
美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论,以替代传统的无限寿命设计理论和方法,并将疲劳损伤积累论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面,促进了产品的优质高效和竞争力。
(5)、加强对驾驶员的劳动保护,改善驾驶员的劳动条件。
液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室,安装可调节的弹性座椅,用隔音措施降低噪声干扰。
(6)、进一步改进液压系统。
(7)、迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。
随着对液压挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高,促使了机电液一体化在挖掘机的应用,并使其各种性能有了质的飞跃。
1.2.2国液压挖掘机的发展动态和研究现状
早在1985年我国便开始了液压挖掘机的研制开发工作,随后开发出一系列比较成熟的产品,如Wy100、WY60、WY250等。
当时由于受配件如发动机、液压件及企业自身条件的影响,其质量和产量远未达到应有的水平,与国外同类产品相比也存在较大差距。
自改革开放以来,国产液压挖掘机行业进入了一个快速发展的重要阶段。
出现了一批实力比较雄厚的生产企业如中国一拖、工程机械厂、黄河工程机械厂、广西玉柴股份等。
它们生产的部分产品已出口,打破了多年来主要由少数几家国外挖掘机制造企业垄断国市场的局面,使国产液压挖掘机的产量和质量都上了一个新台阶。
90年代以来,随着迅速发展的微电子技术、计算机技术、控制技术、通信技术等新技术日益渗透到液压挖掘机技术中,世界各工业发达国家的液压挖掘机技术水平得以迅速提高,使一度与国外技术水平缩小的国产液压挖掘机再次与国外液压挖掘机差距拉大了。
因此,国液压挖掘机市场大部分被国外产品所占据的局面长期得不到改善。
随着我国改革开放的进一步深入,国家对基础建设和基础设施投资的规模日益扩大,国用户对高质量、高水平、高效率的液压挖掘机的需求愈来愈迫切。
据权威部门估计,到2005年我国用于购置工程机械的费用约为800多亿元(含国产和进口),其中液压挖掘机的年需求量为12000-14000台,这无疑对国产液压挖掘机的发展既是机遇,又是挑战。
积极发展高性能国产液压挖掘机已迫在眉睫。
目前,液压挖掘机的研究与发展应致力解决三个基本问题:
(1)着眼于动力、传动系统的改进以达到高效节能,提高机器的生产率和降低工作损耗,减少对环境的污染;
(2)局部操作控制自动化到整机完全自动化甚至智能化发展;
(3)改善操作者的劳动条件和操作安全性。
1.3当前液压挖掘机存在的主要问题
虽然液压挖掘机的发展很快,但是液压挖掘机仍然存在着各种问题:
(1)控制精度的要求并不高,多数在100mm之,并不像其它领域机器人运动控制要求到10mm之,或者更高。
首先,挖掘机本身的机构尺寸通常都比较大;
其次,挖掘机进行土木施工的精度与一些工业加工比较起来要低得多,相对较低的精度仍然能够满足挖掘机在实际工作中的需要。
多数研究者在实现以上控制精度时,铲斗末端速度比较低,最快的也在150mm/s之,而这个重要参数直接影响挖掘机的工作效率,所以,保证精度的情况下,提高铲斗末端速度是本文需要解决的问题之一。
(2)虽然世界各国的研究水平参差不齐,但是多数处在实验室阶段,或从成本的角度考虑采用伺服阀进行控制,与工程实际差距较大;
对挖掘机工作装置的研究是在静态下进行的,忽略惯性的影响,所以在实际工程中也是不是用的;
多数研究中都没有考虑到系统的节能问题,很难将研究结果在实际中进行推广。
(3)挖掘机工作装置作为一种典型的工程机械复杂机电液系统,由于其自身的特点,该项研究是比较困难的工作。
主要在于:
在机构运动过程中,惯性力负载的多变性;
电液比例系统数学模型中的参数多与机构的状态有关,属于时变参数,准备地得到每个参数的值非常困难;
整个系统存在大量不确定量(不确定参数及不确定的非线性模型),例如在不同温度下液压油的弹性模量和粘性等,均属于不确定参数;
工作过程中,由于与地面接触而禅城的扰动等不能准确建立数学模型的量,均属于不确定的非线性模型。
以上各类不确定量都将对系统控制的稳定性和动态特性产生极大的影响。
1.4本设计的主要容及目标
1.4.1设计的主要容
(1)分析和拟定设计任务书,确定设计思想和原则,并提出设计结构方案的初步思想。
(2)挖掘机主要参数的确定。
(3)挖掘机工作装置各主要机构的结构方案的确定。
(4)挖掘机工作装置各主要结构力的分析与计算。
(5)挖掘机工作装置各主要机构的强度校核。
1.4.2设计的关键问题
(1)关于挖掘机总体设计,就是各种整体参数和局部参数的计算,这中间就包括动臂,斗杆及挖斗的主要参数的计算。
(2)液压挖掘机工作装置各主要机构方案的确定,这包括几方面的容,首先就是关于动臂和斗杆的选型。
其次就是动臂,斗杆和挖斗的油缸的布置如何确定。
第三就是各个铰链点如何确定。
(3)作用力的计算,这其中包括油缸作用力,还有斗杆的强度校核。
1.4.3设计过程中的已知参数
铲斗容量:
1立方米
最大挖掘力:
130KN
整体质量:
23T
工作装置液压回路最大压力:
40Mpa
停机面最大挖掘半径:
9800mm
最大挖掘深度:
6600mm
最大卸载高度:
6700mm
动力装置功率:
113.5Kw
工作装置液压系统主要参数的初步选择:
各工作装置的缸径选择要考虑到液压系统的工作压力和“三化”要求以及初步估取的液压缸受力,初选动臂油缸径=120mm,活塞缸的直径=85mm。
斗杆油缸的径=140mm,活塞的径=120mm。
铲斗油缸的径=120mm,活塞杆的直径=85mm,又由按经验公式选各缸全伸长度与全缩长度之比。
参照任务书要求,选择工作装置液压系统的工作压力为,闭锁压力。
2工作装置总体方案设计
2.1机型选择及特点分析
本设计中,我选的是单斗液压挖掘机,其工作装置采用反铲装置。
单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘工作的机械,它是机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的,是目前挖掘机中重要的品种。
2.1.1所用机型的适用围
在建筑工程,交通工程,露天工程,水利设施及现代军事工程中都广泛采用,是各种土方施工中重要的机械设备。
由液压挖掘机在构造和性能上有较多的优越性,因此近年来发展迅速,在中小型单斗挖掘机中,以取代了机械传动单斗挖掘机,成为工程机械的主要机种。
2.2工作装置构成
铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构形式,动臂、斗杆和铲斗等重要部件彼此铰接,在液压挖掘机的作用下各部件饶铰点摆动,完成挖掘,提升和卸土等动作,图2.1为挖掘机最常用的反铲工作装置。
图2.1挖掘机反铲工装装置
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。
则可知但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,铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六杆机构,处理具体见图2.2所示。
图2.2工作装置的结构简图
图2.3工作装置结构简化图
挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是一组平面连杆机构,自由度是3,即工作装置的几何位置由动臂油缸长度L1、斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定,当L1、L2、L3为某一确定值的时,工作装置也就能够确定。
2.3动臂及斗杆的结构形式的初选
2.3.1动臂结构形式的初选
动臂分为整体式和组合式,因整体式动臂结构简单,价廉,刚度相同时结构重量轻,所以大多数挖掘机采用整体式动臂。
整体式动臂分为直动臂和弯动臂。
整体式直动臂构造简单轻巧、布置紧凑,主要用于悬挂式挖掘机。
所以动臂采用整体式弯动臂,这种结构目前应用最广泛,其主要特点是制造方面,成本低,质量轻,能有较大的动臂弯角,装载作效率高,挖掘深度较大,配用加长可调斗杆,可以很好地完成垂直壁面的挖掘作业,而且所挖掘的壁面平直整洁。
2.3.2斗杆结构形式的初选
斗杆也有整体式和组合式两种,大多数挖掘机采用整体式斗杆。
本设计中由于不需要调节斗杆的长度,故也采用整体式直斗杆。
2.4动臂与动臂油缸的布置
动臂油缸一般布置在动臂的前下方,下端与回转平台铰接,支承点设在回转台回转中心之前并稍高于转台平面,这样的布置有利于反铲的挖掘深度。
由自由式活塞杆端部与动臂的铰点设在动臂箱体的中间,这样虽然削弱了动臂的结构强度,但不影响以、动臂的下降幅度。
并且布置中,油缸在动臂的两侧各装一只,这样的双动臂在结构上起到加强盘作用,以弥补前面的不足,具体结构如图2.4所示。
图2.4动臂与动臂油缸布置图
2.5铲斗与铲斗油缸的连接方式
本方案中采用六连杆的布置方式,相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角,改善了机构的传动特性。
该布置1杆与2杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够的铲斗平均挖掘力。
3动臂机构参数的计算及校核
3.1动臂机构参数的确定
根据图2.2,即工作装置的结构简图来计算出动臂,斗杆,连杆及铲斗的基本参数。
3.1.1和A点坐标的选取
动臂的弯角,如图2.2所示,一般可取为=120~140。
弯角太小会对结构强度不利。
一般取。
由
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