基于UG的挖掘机设计说明书.doc

太原科技大学课程设计说明书
目录
1.总体设计方案…………………………………………………………………1
2. 整机结构设计……………………………………………………………….。1
2.1机身参数设计……………………………………………………….2
2.2斗形参数设计……………………………………………………….3
2.3斗杆机构参数设计…………………………………………………。6
2.4动臂机构设计……………………………………………………….8
2。5连杆机构参数设计…………………………………………………10
3油缸设计 …………………………………………………………………..。11
3.1油缸参数设计………………………………………………………11
3.2油缸闭锁力确定……………………………………………………11
4。 挖掘包络图…………………………………………………………………。14
5. 理论挖掘力计算……………………………………………………………。16
6. 作业稳定性分析……………………………………………………………。18
7. 整机参数表…………………………………………………………………。20
8. 参考文献…………………………………………………………………….21
设计说明书
一．总体设计内容和步骤
1。反铲工作装置总体设计方案的内容
（1）动臂及动臂液压缸的布置
★动臂得结构形式-——整体式
★动臂油缸得布置形式-—下置式
（2)斗杆及斗杆液压缸得布置
★斗杆的结构形式—--—整体式
★斗杆油缸的布置形式—— 上置式
（3）动臂于斗杆的长度比
（4）确定配套铲斗的种类、结构形式、斗容量和铲斗连杆机构得结构形式
斗容量——-—1
铲斗种类———普通铲斗
铲斗连杆机构-共点六连杆机构
（5）根据作业要求（范围和挖掘力)、结构布置条件和稳定性条件确定
A.各组液压缸的缸数
动臂———-—2
斗杆—————1
转斗———-—1
B.油缸伸缩比
———-—1。6-1.7
—————1。6—1.7
—-——— 〈=1.65
图1-1 整机外型机构示意图
1. 机身设计
表2-1 机身结构参数表
履带接地长度(m）
4.40
履带中心距（m）
3。432
平台高度(m）
1。17
上车平台宽度（m）
3.90
履带下车宽(m）
4。032
司机室总高（m)
3.430
后端回转半径（m）
3。620
履带宽度(m）
0.60
履带高度（m）
0.90
图2-1 机身平面结构
图2—2 机身实体模型
2.斗形参数设计
(1) 对铲斗机构设计要求:
a)★保证铲斗液压缸有在铲斗转角的特定长范围有足够的挖掘力；
★保证铲斗液压缸有足够的闭锁力矩；
★保证铲斗油缸有足够的回摆力矩；
★保证铲斗的摆角范围；
★保证铲斗机构在铲斗的整个转角范围内不发生干涉现象、不出现死点和连杆机构几何特征被破坏等几何不相容现象.
★铲杆油缸的伸缩比不宜过大
b）铲斗机构的载荷分析与对应转角：
按理论分析将铲斗挖掘切削形状有四种，按此规律，对铲斗在相应转角处所应发挥的挖掘力大致应符合以下规律：
★当、、三点一线时，其能发挥的挖掘力不低于最大挖掘力的70％-80%；
★当铲斗从、、三点一线继续转动在25°—35°范围时应能发挥最大挖掘力。
c）铲斗的主要参数：
斗容量、平均斗寛、转斗挖掘半径和转都挖掘装满转角
（2） 铲斗设计：
表2—2 铲斗参数表
斗容量（）
1.0
转斗挖掘装满转角
90°
转斗挖掘半径（m）
1。57
平均斗寛（m）
参考样机选取

107°
松散系数
1.25
由公式
可得：=1.57m 取
图2—3 铲斗平面结构参数图
图2-4 铲斗实体模型
3. 斗杆机构参数设计
a）对斗杆机构的要求：
★保证斗杆液压缸有足够的挖掘力；
★保证斗杆液压缸有足够的闭锁力矩；
★保证斗杆液压缸有足够的回摆力矩；
★保证斗杆的摆角范围（105°—125°）；
★斗杆油缸的伸缩比不宜过大(一般在1。6—1。7范围内)。
b)斗杆机构的选择步骤
第一步：= 105°和= 1.6；
第二步：考虑油缸的伸缩速度并参考同类机型定斗杆油缸缸径和活塞杆直径；
第三步：按以下公式初步确定;
=0。74
式中 —--—-斗杆挖掘力
—-—---—斗杆油缸推力
第四步：求斗杆油缸最短长度和、之间的距离：
初步假定得：
第五步:参考同类机型并根据结构情况初选斗杆结构角度和
表2—3 斗杆参数表
（m）
3。377
（m)
0.74

158°
(m）
1。70
图2—5 斗杆结构参数
图2—6 斗杆实体模型
4。 动臂机构参数设计
(1）动臂机构的铰点位置选择依据和范围
动臂弯角=140°
动臂转折处得长度比 =1.2
=45° =1。6 =1.3
（2）动臂机构参数选择步骤
已知条件：作业尺寸要求即最大挖掘高度，最大挖掘半径和最大卸料高度等；
第一步： 根据底盘和转台结构初步确定动臂油缸得下铰点A的位置坐标;
第二步： 参考样机根据比拟法初选铲斗结构参数、动臂与斗杆得长度比和
动臂油缸的伸缩比；
初选动臂弯角和 动臂转折处的长度比
初选角度和力臂比,其范围参照前述或样机;
根据机构运动特性初选与动臂与斗杆的最大夹角即参数
根据结构情况初选 (参考样机）.
第三步： 按近似计算公式计算动臂和都干长度；
斗杆长度：
动臂长度:
第四步: 由三角形中的几何关系求、和
第五步： 根据最大挖掘高度和最大挖掘深度时的几何关系求的最大、最小值、和；并进一步求得长度比和
第六步： 计算, 和。
第七步：考虑油缸的伸缩速度参考同类机型初选动臂油缸的缸径和活塞杆直。
图2—7 动臂结构参数
图2-8 动臂膀实体模型
5．连杆机构设计
图2—9 连杆结构
图2-10 连杆实体模型
图2—11 摇杆结构 图2-12 摇杆实体模型
三．油缸设计
1） 油缸参数
表3-1 油缸参数
油缸
（m）
（m）
缸径（m）
杆径（m）
伸缩比
动臂油缸
1.800
2。840
0。140
0.070
1.6
斗杠油缸
1。700
2。720
0.140
0.070
1.6
转斗油缸
2。200
3.300
0.140
0。070
1.53
2） 液压缸闭锁力计算
表3-2
构件名
质量（t）
构件名
质量（t）
动臂
1.7
斗杆缸
0.15
斗杠
1。45
铲斗缸
0。17
铲斗
0.95
动臂缸
0.15
连杆机构
0。08
机身重
18。8
转斗液压缸挖掘力可通过对点的力矩平衡方程求得：
各力对点取矩，可得到斗杆液压缸所受的被动作用力
为了防止液压缸回缩，限压阀的调定压力应高于液压缸工作压力，超出的百分比为：
同样对动臂在平台上的支承点取矩，求得动臂液压缸所受的被动作用力
为了防止其伸长，限压阀的调定压力应高于其工作压力,超出的百分比为：
表3—3
液压缸
种类
液压缸参数
液压缸闭锁压力（kPa）
只数
缸径
杆径
行程
大腔推力
第I工况
第二II工况
第III工况
mm
N
闭锁压力
超压
闭锁压力
超压
闭锁压力
超压
动臂缸
2
140
70
1000
2x492000
47991
16.3％
47991
16.3％
42569
7%
斗杆缸
1
140
70
1000
492000
30923
—31。6％
46184
11。8％
--——-
—-—--
铲斗缸
1
140
70
1000
492000
—----
-—--—
—---—
————
33534
—18.7％
图3-1 第I工况 最大挖掘深度斗杆挖掘
图3-2 第II工况
图3-3 第III工况
图4—1 挖掘包络图
图4-2 最大挖掘半径实体示意模型
图4-3 最大挖掘高度实体示意模型
图4-4 最大挖掘半径实体示意模型
包络图分析:
1. 铲斗转角为178铲°斗转角范围影响到物料卸载高度，转角范围过大可能导致连杆机构与铲斗之间干涉，转角过小,卸载高度受到限制,卸载过程中物料洒落严重.故应考虑到连杆机构与卸载高度确定合适转角范围。
2. 在各铰点位置已定情况下，斗杆转角大小直接影响到挖掘范围，转角大,包络图向机身方向靠近挖掘区域扩大。
3. 动臂转角与挖掘深度与高度与关，并且受到动臂油缸的伸缩比影响,动臂油缸全缩时，应保证CAB不在一条线上，否则出现死点.
五．理论挖掘力计算
表5-1 参数表

图5-1 转斗油缸理论挖掘力计算
图5-2 斗杆油缸理论挖掘力计算
六:整机稳定性分析
表6-1 质量表

18.8

2。17

1.6

2.83
第I工况
第II工况

164。96

128。01

32.99

25。60
（m)
0.547
(m)
0.476
(m)
0.450
(m)
0。353
（m）
0.361
（m)
0。435
（m）
1。6
(m）
1.503
1)第一工况分析：
稳定力矩:
倾覆力矩:
整机稳定
2）第二工况分析：
稳定力矩:
倾覆力矩：
整机稳定
图6—1 挖掘状态稳定性分析
图6-2 挖掘状态稳定分析
七．整机参数表
表7-1
项目
履带式
整机重(t)
23.6
斗容量（）
1。00
机身重（t）
18。80
机身重心水平位置（m）
-0。70
发动机功率(Kw）
112。0
系统压力（Mpa）
32。0
履带接地长度（m）
4.40
履带中心距(m）
3.432
土壤容重（Kg/）
1800
附着系数
0.75
最大挖掘力（）
120。00
平台高度（m)
1.17
最大挖掘深度（m)
6.00
最大挖掘半径（m）
9。35
最大挖掘高度（m）
9。15
最大卸载高度不低于（m）
6。50
行走速度（1档2档)（Km/h）
3.2/5。3
最大牵引力（）
260
上车平台宽度（m）
3.90
履带下车宽(m)
4。032
司机室总高(m）
3。43
后端回转半径（m)
3。62
后段长度（m）
3。62
履带宽度（m）
0。60
履带高度（m）
0。90
总宽度（m）
4。032
铲斗最大挖掘力（）
197
斗杠最大挖掘力(）
153
八:参考文献
【1】曹善华 张瑞棠 主编.《单斗液压挖掘机》. 冶金工业出版社,1985
【2】天津工程机械研究所主编。 《单斗液压挖掘机》。中国建筑工业出版社,1996
【3】林慕义 张福生 主编.《车辆底盘构造与设计》.冶金工业出版社,2006
【4】张洪 贾志绚 主编。《工程机械概论》.冶金工业出版社，2006
【5】西南交通大学 主编.《工程机械》.中国铁道出版社，1981

第 10 页 共 10 页