设计简介
液压挖掘机工作装置结构设计及运动分析
引 言
挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。据统计，一般工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。
随着我国基础设施建设的深入和在建设中挖掘机的广泛应用，挖掘机市场有着广阔的发展空间，因此发展满足我国国情所需要的挖掘机是十分必要的。而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。
反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而笔者的设计知识和水平还只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，掌握实际工程设计的流程、方法，巩固所学的知识和提高设计能力。
目 录
前言……………………………………………………………………………………… 1
一、绪论…………………………………………………………………………………2
（一）国内外研究状况………………………………………………………………2
（二）论文构成及研究内容…………………………………………………………2
二、总体方案设计……………………………………………………………………3
（一）工作装置构成…………………………………………………………………3
（二）动臂及斗杆的结构形式………………………………………………………5
（三）动臂油缸与铲斗油缸的布置…………………………………………………5
（四）铲斗与铲斗油缸的连接方式…………………………………………………5
（五）铲斗的结构选择………………………………………………………………6
（六）原始几何参数的确定…………………………………………………………7
三、工作装置运动学分析…………………………………………………………8
（一）动臂运动分析…………………………………………………………………8
（二）斗杆的运动分析………………………………………………………………10
（三）铲斗的运动分析………………………………………………………………11
（四）特殊工作位置计算……………………………………………………………15
四、挖掘阻力分析……………………………………………………………………18
（一）转斗挖掘阻力计算……………………………………………………………18
（二）斗杆挖掘阻力计算……………………………………………………………18
五、基本尺寸的确定……………………………………………………………… 20
（一）斗形参数的确定………………………………………………………………20
（二）动臂机构参数的选择…………………………………………………………20
1、 α1与A点坐标的选取……………………………………………………20
2、 l1与l2的选择……………………………………………………………20
3、 l41与l42的计算…………………………………………………………21
4、 l5的计算………………………………………………………………… 21
（三）动臂机构基本参数的校核………………………………………………… 23
1、 动臂机构闭锁力的校核……………………………………………………23
2、 满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核……………………25
3、 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩的校核…………………………… 26
（四）斗杆机构基本参数的选择……………………………………………………27
（五）铲斗机构基本参数的选择……………………………………………………28
1、 转角范围……………………………………………………………………28
2、 铲斗机构其它基本参数的计算……………………………………………28
六、工作装置结构设计…………………………………………………………… 30
（一）斗杆的结构设计………………………………………………………………30
1、斗杆的受力分析…………………………………………………………… 30
2、斗杆内力图的绘制………………………………………………………… 35
3、 结构尺寸的计算……………………………………………………………37
（二）动臂结构设计…………………………………………………………………39
1、危险工况受力分析………………………………………………………… 42
2、内力图和弯矩图的求解…………………………………………………… 43
3、 结构尺寸的计算……………………………………………………………45
（三）铲斗的设计……………………………………………………………………47
1、铲斗斗形尺寸的设计……………………………………………………… 47
2、铲斗斗齿的结构计算……………………………………………………… 47
3、 铲斗的绘制…………………………………………………………………48
七、销轴与衬套的设计…………………………………………………………… 49
（一）销轴的设计……………………………………………………………………49
（二）销轴用螺栓的设计……………………………………………………………49
（三）衬套的设计……………………………………………………………………49
八、总结…………………………………………………………………………………50
九、参考文献………………………………………………………………………… 51
十、致谢…………………………………………………………………………………52
引 言
挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。据统计，一般工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。
随着我国基础设施建设的深入和在建设中挖掘机的广泛应用，挖掘机市场有着广阔的发展空间，因此发展满足我国国情所需要的挖掘机是十分必要的。而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。
反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。而笔者的设计知识和水平还只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，掌握实际工程设计的流程、方法，巩固所学的知识和提高设计能力。
目 录
前言……………………………………………………………………………………… 1
一、绪论…………………………………………………………………………………2
（一）国内外研究状况………………………………………………………………2
（二）论文构成及研究内容…………………………………………………………2
二、总体方案设计……………………………………………………………………3
（一）工作装置构成…………………………………………………………………3
（二）动臂及斗杆的结构形式………………………………………………………5
（三）动臂油缸与铲斗油缸的布置…………………………………………………5
（四）铲斗与铲斗油缸的连接方式…………………………………………………5
（五）铲斗的结构选择………………………………………………………………6
（六）原始几何参数的确定…………………………………………………………7
三、工作装置运动学分析…………………………………………………………8
（一）动臂运动分析…………………………………………………………………8
（二）斗杆的运动分析………………………………………………………………10
（三）铲斗的运动分析………………………………………………………………11
（四）特殊工作位置计算……………………………………………………………15
四、挖掘阻力分析……………………………………………………………………18
（一）转斗挖掘阻力计算……………………………………………………………18
（二）斗杆挖掘阻力计算……………………………………………………………18
五、基本尺寸的确定……………………………………………………………… 20
（一）斗形参数的确定………………………………………………………………20
（二）动臂机构参数的选择…………………………………………………………20
1、 α1与A点坐标的选取……………………………………………………20
2、 l1与l2的选择……………………………………………………………20
3、 l41与l42的计算…………………………………………………………21
4、 l5的计算………………………………………………………………… 21
（三）动臂机构基本参数的校核………………………………………………… 23
1、 动臂机构闭锁力的校核……………………………………………………23
2、 满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核……………………25
3、 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩的校核…………………………… 26
（四）斗杆机构基本参数的选择……………………………………………………27
（五）铲斗机构基本参数的选择……………………………………………………28
1、 转角范围……………………………………………………………………28
2、 铲斗机构其它基本参数的计算……………………………………………28
六、工作装置结构设计…………………………………………………………… 30
（一）斗杆的结构设计………………………………………………………………30
1、斗杆的受力分析…………………………………………………………… 30
2、斗杆内力图的绘制………………………………………………………… 35
3、 结构尺寸的计算……………………………………………………………37
（二）动臂结构设计…………………………………………………………………39
1、危险工况受力分析………………………………………………………… 42
2、内力图和弯矩图的求解…………………………………………………… 43
3、 结构尺寸的计算……………………………………………………………45
（三）铲斗的设计……………………………………………………………………47
1、铲斗斗形尺寸的设计……………………………………………………… 47
2、铲斗斗齿的结构计算……………………………………………………… 47
3、 铲斗的绘制…………………………………………………………………48
七、销轴与衬套的设计…………………………………………………………… 49
（一）销轴的设计……………………………………………………………………49
（二）销轴用螺栓的设计……………………………………………………………49
（三）衬套的设计……………………………………………………………………49
八、总结…………………………………………………………………………………50
九、参考文献………………………………………………………………………… 51
十、致谢…………………………………………………………………………………52
