单斗反铲挖掘机动臂设计计算结构设计

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1、单斗反铲挖掘机动臂设计计算结构设计第一章绪论液压挖掘机是一种重要的工程机械，它的广泛应用对于减轻劳动量，保证工程质量，加快工程进度，提高劳动生产率起了巨大的作用。传统挖掘机中以反铲单斗液压挖掘机为常见挖掘机机型。反铲挖掘机主要由机架、工作装置及液压辅助装置等组成。反铲挖掘机工作装置由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构及油缸组成。常见的反铲工作装置总体来看属于平面连杆机构，各部件之间采用铰接方式并在液压缸的作用下绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作，在此课程设计中主要介绍反铲挖掘机工作装置中动臂的结构设计。动臂是工作装置的主要部件之一，反铲动臂有整体式和组合式两类；整体式动臂又有直动臂和弯动臂两

2、种。直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式动臂结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是可以实现的挖掘曲线单一，适合于长期用于想死作业的条件下。组合式动臂可以实现同一台挖掘机不同的作业范围，但其结构复杂，制造成本高。本文采用整体式弯动臂。动臂与机架、动臂与斗杆都采用销轴连接。考虑到上述各类动臂的优缺点及结合实际工况，在这里动臂采用整体式弯动臂。25第二章反铲挖掘机的总体设计2.1挖掘机作业过程介绍液压挖掘机的作业过程是以铲斗的切削刃切削土壤并装入斗内。斗装满后提升，回转到卸土位置进行卸

3、土。卸完后铲斗再转回并下降到挖掘面进行下次挖掘。本文主要对工作装置的动臂进行分析，图1-1是组成挖掘机动臂的主要构件。图2-1挖掘机动臂的主要构件示意图动臂下铰接点铰接在转台上，通过动臂油缸4的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰接点转动。动臂上铰接点与斗杆11相连，依靠斗杆油缸1使斗杆绕上铰接点转动，再结合铲斗油缸10控制铲斗5的翻转等，最终实现挖掘作业。252.2挖掘机主要构件尺寸的确定如图2-2，动臂相关构件的尺寸符号如图所示：图2-2此挖掘机斗容参照相关机型，选取相关参数如表2-1：表2-1挖掘机最大挖掘半径r10030mm斗宽b1232mm动臂油缸行程1305mm斗杆油缸行程1

4、400mm铲斗最大挖掘力149KN转台回转制动力矩150KNm最大工作压力35MPa闭锁压力40MPa本装置动臂油缸采取两个对称布置形式，并且油缸与动臂铰接点与动臂弯点重合。下面开始计算动臂的相关尺寸(1)计算动臂长度及斗杆长度取，为动臂长度与斗杆长度的比值，其参考范围为1.5～2，又，其中：为铲斗回转半径；25为铲斗从开始接触土壤到挖掘过程结束并脱离土壤的转角，初选；为松散系数，，初选。从而得=1300mm。近似取由于，从而解得。（2）计算上动臂长度及下动臂长度初选动臂弯角，其中的参考范围为，的参考范围为1.1～1.3。在动臂组成的三角形CBF中，根据，得：。（3）动臂油缸最长尺寸，最短

5、尺寸及动臂油缸缸径及活塞杆直径的确定，取，其中的参考范围为1.6～1.8，依据上述两式得。初选=135mm=90mm。（4）铰点A与C之间的距离及AC与水平面间倾角的确定由取，由于此挖掘机为反铲装置，取。（5）斗杆油缸最长尺寸和最短尺寸的确定，初选斗杆油缸缸径及活塞杆直径25由，取=1.65，得，初选=140mm=100mm。（6）确定斗杆油缸的最大力臂，如图2-3图2-3由，，又为背压，得。（7）确定斗杆油缸在动臂上铰接点D的位置由于D点位置只是安装斗杆油缸，故只需满足有足够安装空间即可，取DF与CF的夹角为.25取，得（8）初选斗杆前厚段的夹角（9）初步确定铰点G的位置。（10）初选铲

6、斗油缸缸径=120mm及活塞杆直径=80mm（11）初选各连杆长度2.3动臂干涉及合理性检查（1）校核动臂三角形ABC是否存在干涉因为所以动臂三角形ABC不存在干涉。（2）动臂机构设计的合理性将公式中的前述各值代入得，所以动臂机构设计合理。25第三章典型工况下的受力分析对动臂的强度分析应以动臂可能承受的最大载荷的工况作为计算工况，根据经验初步可以选定如下2个：工况1：如图所示，该工况动臂油缸全缩、动臂处于最低位置，动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点、斗齿尖三点一线且垂直于停机面，即斗齿尖处于最大挖掘深度位置。工况2：动臂油缸和斗杆油缸的作用力臂最大、铲斗油缸工作、工作装置处于发挥最大挖掘力

7、姿态。3.1工况1下各铰接点的受力分析此姿态的示意图如图3-1所示：图3-13.1.1YZ平面上的受力分析取铲斗和斗杆为研究对象，受力如图3-2所示：25图3-2连杆传动比为其中：为铲斗液压缸对N点的作用力臂；为连杆HK对N点的作用力臂；为连杆HK对Q点作用力臂，此三个力臂都可由示意图3-1测出；为铲斗的回转半径，已由前面求出。故可得i=0.14。挖掘机的理论挖掘力，为铲斗油缸提供的力；根据得=389.4KN，进而得=5