反铲挖掘机工作装置设计.docx
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反铲挖掘机工作装置设计.docx
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反铲挖掘机工作装置设计
机械设计说明书
设计题目:
反铲单斗液压挖掘机工作装置设计
学号:
20097588指导老师:
冯鉴
09工程机械2班
一.机械原理设计任务书2
§1」设计题目简介2
§1.2设计任务2
二・单斗液压挖掘机结构简图3
3.设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图)5
§3」单斗液压挖掘机结构儿何参数详表5
§3.2斗容量为0.25m3的小型单斗液压挖掘机结构详细参数6
4.确定下列所给满足要求的结构参数8
§4.1确定长度与角度结构参数8
§4.2斗形参数的选择11
§4.3最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘高度
§431最大挖掘深度11
§4.3.2最大挖掘半径12
§433最大卸载高度13
动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定14
§5.1动臂液压缸15
§5.2斗杆液压缸15
§5.3铲斗液压缸16
六七
机构自由度分析17
仿真18
机构搭建图
19
20
参考文献:
般新资料推移
完成日期:
—年—月—R指导教师
1.机械原理设计任务书
学生姓名舒康班级09工机2班学号
设计题目:
反铲液压挖掘机工作装置设计
§1」设计题目简介
反铲式是我们见过最常见的,向后向下,强制切土。
可以用于停机作业面以下的挖掘,基本作业方式有:
沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘.保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。
反铲装置是液圧挖掘机重要的工作装置,是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备,它可用于操作环境恶劣,劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。
设计数据与要求
题号
铲斗容
量
挖掘深度
挖掘髙度
挖掘半径
卸载高度
铲斗挖掘力
B
0.38m3
4.Im
7.35m
6.77m
4.95m
54.86KN
§1.2设计任务
1、绘制挖掘机工作机构的运动简图,确定机构的自山度,对其驱动油缸在儿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SOLIDWORKS对执行机构进行运动仿真,并画岀输出机构的位移、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。
2.单斗液压挖掘机结构简图
•来仁
3.设计中小型液压挖掘机结构参数一览表(参照下图)
§3」单斗液压挖掘机结构几何参数详表
序铲机枚自身几何務数表«24
构粗成
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铲斗
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符号您义
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1
参数分类
机沟tfl成
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样号宏文
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各工作液压缸运动空数的意义见表2・5。
反铲工作港压缸运动參融表«25
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铲斗液压缸
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§3.2斗容量为0.25m3的小型单斗液压挖掘机结构详细参数
1・动臂液压缸厶min=1109mm,厶max=1774ITUn,行程665mm
斗杆液压缸Limin-1116.8mm,Lamax-1787mm,行程670mm铲斗液丿I'.缸Limin~850mm,Lsmax二136Omm,仃程51Omm
2.选择主参数:
标准斗容量(mJ为0.25m\机器重量(t)为6t。
发动机功率(kw)取为59kwo
3.主要参数:
反铲最大挖掘深度(m)5.8mo最大挖掘半径(m)6m。
最大挖掘力不少于(KN)160KNo工作次数(s)4-7次/min。
名称
代号
值/mm
动臂长度CF
h
3400
斗杆长度FQ
12
1700
铲斗长度QV
900
动臂一底盘钱点C与动臂油缸一底盘狡点P间垂直距离
462.7
动臂一底盘钱点C与动臂油缸一底盘狡点P间距离
1,
534.3
动臂一底盘钱点C与斗杆油缸一斗杆油缸下狡点D间距离
2163
动臂一底盘钱点C与动臂油缸一动臂油缸上狡点B间距离
1459
动臂一斗杆油缸狡点D与动臂一斗杆狡点F间距离
1470.6
斗杆一斗杆油缸狡点E与动臂一斗杆狡点F间距离
£
409
斗杆一铲斗油缸狡点G与动臂一斗杆狡点F间距离
Ao
871
斗杆一斗杆油缸钱点E斗杆一铲斗油缸狡点G与动臂间距离
608 结构差异,实为同一点 缺省 摇杆一铲斗油缸较点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离 407 摇杆一铲斗油缸较点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离 407 斗杆一铲斗油缸狡点G与摇杆一斗杆狡点N间距离 £ 1249 动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆狡点N间距离 1400 动臂一底盘铁点C与左履带中心I点间距离 缺省 结构上无此尺寸 缺省 动臂一底盘狡点C与右履带中心T点间距离 缺省 动臂一斗杆狡点F与铲斗一斗杆较点Q间距离 ◎ 1700 铲斗一斗杆狡点Q与摇杆一斗杆较点N间距离 bi 300 动臂油缸一动臂钱点B与动臂一斗杆狡点F间距离 /22 2148 结构上无此尺寸 缺省 连杆一铲斗狡点K与铲斗一斗杆狡点Q间距离 • 270 连杆一铲斗狡点K与铲斗齿尖V间距离 1206 结构上无‘26、‘27、‘28 缺省 摇杆一铲斗油缸狡点M/H与连杆一铲斗较点K间距离 /西 352 动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆较点N间距离 350 结构上无131-137尺寸 缺省 C点X坐标投影J与右履带中心T点间距离 缺省 C点X坐标投影J与左履带中心I点间距离 缺省 结构上无此尺寸 缺省 下动臂长CZ 1407 上动臂长ZF 2321 动臂弯角&CZF二? =130° ai 130° NBCF=a2=20。 ZDFC=a3=29.3。 ZEFG二勺“00。 ZGNF二乙=15° ZGFN二&§=60° ZNQF=a7=3° ZNFQ=«8=T 结构上无色尺寸 ZKQV=a10=110° NCAP=an=60° ZACP=an=309 4.确定下列所给满足要求的结构参数 题号 铲斗容量 挖掘深度 挖掘高度 挖掘半径 卸载高度 铲斗挖掘力 B 0.38m3 4.1m 7.35m 6.77m 4.95m 54.86KN §4」确定长度与角度结构参数 整机质量计算公式: m=2179+20147q=2179+20147*0.38=9834.86kg=9.835t 以液压挖掘机的机重为指标,用以下公式近似确定: 线尺寸参: L严也施, 根据设计中小型液压挖掘机结构参数,利用上述公式通过matlab可解得以下结构参数: 名称 代号 值/m 动臂长度CF 4.009 斗杆长度FQ 12 2.0045 铲斗长度QV 1.0612 动臂一底盘狡点C与动臂油缸一底盘狡点P间垂直距离 厶 0.5456 动臂一底盘铁点C与动臂油缸一底盘狡点P间距离 /、 0.63 动臂一底盘狡点C与斗杆油缸一斗杆油缸下狡点D间距离 2.5504 动臂一底盘铁点C与动臂油缸一动臂油缸上狡点B间距离 1.7203 动臂一斗杆油缸狡点D与动臂一斗杆狡点F间距离 1.734 斗杆一斗杆油缸狡点E与动臂一斗杆狡点F间距离 £ 0.4823 斗杆一铲斗油缸狡点G与动臂一斗杆狡点F间距离 Ao 1.027 斗杆一斗杆油缸较点E斗杆一铲斗油缸铁点G与动臂间距离 0.7169 结构差异,实为同一点 In 缺省 摇杆一铲斗油缸狡点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离 0.4799 摇杆一铲斗油缸狡点M/H与摇杆一斗杆狡点N间距离 0.4799 斗杆一铲斗油缸狡点G与摇杆一斗杆狡点N间距离 1.4727 动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆狡点N间距离 1.6507 动臂一底盘狡点C与左履带中心I点间距离 * 缺省 结构上无此尺寸 缺省 动臂一底盘狡点C与右履带中心T点间距离 ,】9 缺省 动臂一斗杆狡点F与铲斗一斗杆较点Q间距离 <20 2.0045 铲斗一斗杆狡点Q与摇杆一斗杆狡点N间距离 1. 0.3537 动臂油缸一动臂狡点B与动臂一斗杆狡点F间距离 * «■«■ 2.5327 结构上无此尺寸 缺省 连杆一铲斗铁点K与铲斗一斗杆狡点Q间距离 • 0.3184 连杆一铲斗狡点K与铲斗齿尖V间距离 1.422 结构上无‘26、‘27、^28 缺省 摇杆一铲斗油缸钱点M/H与连杆一铲斗狡点K间距离 0.415 动臂一斗杆狡点F与摇杆一斗杆狡点N间距离 0.4127 结构上无‘31~‘37尺寸 缺省 C点X坐标投影J与右履带中心T点间距离 缺省 C点X坐标投影J与左履带中心I点间距离 ◎ 缺省 结构上无此尺寸 缺省 下动臂长CZ g 1.659 上动臂长ZF 2.7367 动臂弯角NCZF=«,=130° ai 130° ZBCF二①=209 NDFC=a3=29.3。 ZEFG二勺=100。 ZGNF= ZGFN=条=60° ZNQF=a7=3° ZNFQ=tz8=T 结构上无5尺寸 ZKQV二如=110。 NCAP=a}l=60° ^ACP=a12=30° §4.2斗形参数的选择 斗容量q、平均斗宽B、转斗挖掘半径R和转斗挖掘装满转角20(取为95°) 四者之间有以下儿何关系: q=0.5xR2B(2(p-sin2(p)Ks 取土壤松散系数Ks=1.25,R=0.95,得B=1.018米。 转斗挖掘时挖掘米容积的土所耗的能量称为转斗挖掘能容量,用符号E表示。 取心=1.5,心=0.07。 得: 吓-以叱+他0-1.5血20+20曲卩587K B-2卩-sin2©32卩-sin2© 式中,K——挖掘过程中考虑其它因素影响的系数。 §4.3最大挖掘深度、停机面最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘 高度的计算 §4.3.1最大挖掘深度 当下置动臂油缸全缩,FQV三点同一直线并处于垂直状态时得到最大挖掘深度,如图2-49: ®2-49最大挖掘棵度时动秤机 构计算简图 最大挖掘深度: Hlmax=/3+/2+/Ising】-q丽+色)一人sina】i-YA 解得: q„iin=43° §432最大挖掘半径 当斗杆油缸全缩,FQV三点同一直线,而且乙.=0时可以得到停机面最大挖掘半 径,如图2・7: 图2-30最大挖掘半径及停机面最大挖掘半径计算简图 ^omax=Xy=、临—Yc+厶o=6.77m Yc=h=1.3498m,/^=CV=^//,2+(/2+/3)2-2xl{x(/2+/3)xcos(a32max-a8) 得到: Smf133.6° §4.3.3最大卸载高度 当下置动臂油缸全伸,斗杆油缸全缩,QV连线处于垂直状态时,可得到最大卸载高度,如图2-48: 图2-48城大卸载高度时动 臂机构计算简图 臂较离地高度系数kno范围0.6-0.7取kno=0.63,所以根据线尺寸参数: L,-kn\/G得: 臂较离地高度h=1.3498m, Ya=h-Z4=1.3498-0.5456=0.8402m 最大卸载高度: ^smax=ri+/5sinaI1+/1Sin(<9lmax-«n-«2)+/2sin(a32max+^lmax-a„-a2-180°)-/3 解得: 九『1516° 最大挖掘高度 ^max=+4sinaw+人SilUGmsix__色)+(,2+)Sin(Qf32max+Oimiix_Qg_务]_色一) =6.4lm 5.动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸运动参数确定 §5」动臂液压缸 计算厶W摆角范围叽 0 171mm■ ■/^? +/5Isofa ="C氏=arccos(— mai: 动臂的摆角范围为 /+/2-7a… =^^C52=arcc0s(2x/tX/$ max=icai■°imm 山上面公式解得: 厶max二2.294m,厶niin=l・33m,®max=l°&6° §5.2斗杆液压缸 (三)斗杆的运动 斗杆的位置参数是厶和乙的函数。 这丄暂先 图2・25斗杆机袴整角计第简图 I寸论斗杆相对于动臂的运动,也即只考虑£的影响。 斗杆机构与动臂机构性质类似,它们都&四逹杆机构,但连杆优不同。 任动臂机构中一用4AG,在斗杆机构中一叙,<儿。 1•斗杆相对于动臂的摆角范出血“小 由图2・25得 ^min=360<)-Q,4-«6-Q,S-«32max-^=36-r,&2nuu=120°由上面公式可计算出: Limin=L374m,厶maxP.OWm,05^=83.9° §5.3铲斗液压缸 综合以往经验并对铲斗机构加以估算,因此给出妙'135°,在AGIVIN中,由余弦定理可计算得到: 厶min=1.183m,厶max=1.844m 6.机构自由度分析 计算机构自由度: F=3n-2PL-PH 活动构件数h=11,单狡数13个,复狡1个,所以,巴=15,匕=0,由上面公式 可得自由度F=3X11—2X15=3 .^-2K3彥”二翼叫•金&玄Avi«y"1KJ^y占…養APE集-•)彥•皐川叫=好吕邑好nsBV£・工果? 审: 番二£&-・$-<«<-wi3步“•±粉氏*£: 丢;7專生方星域£鶴孑邑A-V§W*M滲;T^3>.r・m»・§£【K一.不•翼叫左早*◎.'I: B1・.: --.<・-s«w8IW3少"M^v2w>«A7@»r滂冷•一呆風c.,1a》;! »匕爲【衣2滲; -pi^r、占: r电二・*-£3莎»- 谡」 S5.^ 置弓■ 可 S%& X *n ■ » 卜 — *A ■ r> 爭 s £ A) 2 a H I §s s i $a § '1 «|s <•嘩・唯,磁訊 朋宏h曉・須[ 諡 *担•甲 s$s^ 22 xrny 宿矗蠢护”Sr ■•I•••J•I 三一▼•00氨3|吹,.匕A«: 0M;TN2E^・咅;fi、SA京32“怡叫舟弓: 資: 7一・醫5>.*: $二・02予弘为•2^mAsvviA-V2丄不您2-・*,二办=•・*-査3&•(±^£叫上・V2»-AVST7谬• AMVOi3^-• -^§1^、-用^SJgvx盒*70—34-$・^: >M;T常*借3彥-T林一^F、誉: 舀AAnE3为-取: ・&: 卞笆AEIe*帘3彥.-(匕来gjwr: 一«4=$0-WB.*A-*«ww«-- 巔」 H晶厉0-BSK孙•• ^•3*<-SSF X®I;Fd医一^6X•冈乜CD1-saw3—Rss.iis-oss-o^x 八.机构搭建图 九.心得和体会 一开始拿到题□后,脑袋一片空口,由于图书馆此书藏量有限,很多书已被借完,然后我在网上找到有关单斗液圧挖掘机的教材和一些相关论文,然后详细研究,再加以总结,不断改进,终究在很多努力下,得以解出具体参数,接下来运用solidworks进行仿真,我在仿真上耗费了大量时间,终于能够实现其运动,但是最终遇到了一个大难题,运用solidworks中的motion插件进行运动分析时,始终出现错误,软件所列出的错误,而运动模型中根本不具有,因为模型的仿真运动并没有出现任何问题,我尝试过很多次,向很多同学请教过,但是还是没结果,因此未能画岀输岀机构的位移、速度、和加速度线图,请冯老师多多指教! 十.参考文献: 1.同济大学,太原重型机械学院等编著.单斗液压挖掘机.北京: 中国建筑工业出版社.1983: P59-111 2.唐金松主编.简明机械设计•手册.上海: 上海科学技术出版社.2000: P41-73 3•冯鉴,何俊,雷智翔主编.机械原理.四川: 西南交通大学出版社. 200&P11-18 4.何挺继,朝勇主编.现代公路施工机械.北京: 人民交通出版社.1999: P66-74
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