山東英才學院山東英才學院題目WY50挖掘機工作裝置系統設計專業學生姓名班級學號指導教師二〇年月日畢業設計（論文）原創性聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業設計（論文），是本人在導師指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內容外，本畢業設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果。對本研究做出過重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明并表示了謝意。論文作者簽名：日期：年月日摘要WY50液壓挖掘機采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現有限的平面轉動，加上液壓馬達驅動回轉運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達驅動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖掘作業的要求。液壓挖掘機由柴油機驅動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執行元件(液壓缸或液壓馬達)驅動相應的機構進行工作。本論文主要對由動臂、斗桿、鏟斗、銷軸組成挖掘機工作裝置進行設計。具體內容包括以下五部分:(1)挖掘機工作裝置的總體設計。(2)挖掘機的工作裝置詳細的機構運動學分析。(3)工作裝置各部分的基本尺寸的計算和驗證。(4)工作裝置主要部件的結構設計。關鍵詞：WY50挖掘機,工作裝置,動臂，斗桿

ABSTRACTWY50hydraulicexcavatorsusedthreegroupsoftheworkingcylindermeanshavingthreedegreesoffreedom,thebucketcanbeachievedwithlimitedrotationoftheplane,withhydraulicmotordriverotarymovement,thebucketmovementextendedtolimitedspace,andthroughthetravelmotorwalking(shift),theexcavatingspaceavailableintermittentlyexpandedinthehorizontaldirection,tomeettherequirementsofexcavationwork.Hydraulicexcavatorbyadieselenginedrivenhydraulicpump,operateddispensingvalve,thehighpressureoiltotherespectivehydraulicactuators(hydrauliccylindersorhydraulicmotor)drivesacorrespondingmechanismtowork.

Thispapermainlybytheboom,arm,bucket,excavatorequipmentconsistingofpindesign.Specificcontentsincludethefollowingfiveparts:(1)Overalldesignexcavatorworkingdevice.(2)kinematicanalysisapparatusexcavatordetailedmechanism.Thebasicdimensionsoftheparts(3)meansforcalculatingandverificationwork.Designstructure(4)oftheapparatusmainassemblywork.Keywords:WY50excavator,workingdevice,theboom,thearm目錄TOC\o"1-3"\u第1章緒論 11.1液壓挖掘機整機性能 11.2液壓挖掘機結構 21.2.1液壓挖掘機組成 21.2.2單斗反鏟液壓挖掘機 21.2.3液壓挖掘機工作循環過程 31.3液壓挖掘機傳動原理 31.4挖掘機的發展概況 41.5液壓挖掘機的發展趨勢 51.6本文研究的主要內容 8第2章WY50液壓挖掘機總體方案 92.1主要技術性能參數 92.2主要結構及特點 9第3章工作裝置主要結構設計 123.1工作裝置結構介紹 123.2動臂結構簡介 133.3斗桿結構簡介 14第4章工作裝置的力學分析 154.1動臂的力學分析 154.2標準斗桿的力學分析 224.3變型斗桿的力學分析 28總結 36參考文獻 37致謝 38山東英才學院2016屆本科生畢業設計（論文）PAGE39第1章緒論1.1液壓挖掘機整機性能液壓挖掘機可分為:動力系統、機械系統、液壓系統、控制系統。液壓挖掘機作為一個有機整體，其性能的優劣不僅與工作裝置機械零部件性能有關，還與液壓系統、控制系統性能有關。(1)動力系統挖掘機工作的主要特點是環境溫度變化大，灰塵污物較多，負荷變化大，經常傾斜工作，維護條件差。因此液壓挖掘機原動力一般由柴油機提供，柴油機具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經濟等特點，符號挖掘機工作條件惡劣，負荷多變的要求。挖掘機的額定負荷與汽車。拖拉機不同，汽車和拖拉機指在最高轉速下、連同機油泵、發電機等必要附件，分鐘內的最大功率;挖掘機是指在額定轉速下一小時以上的額定功率。挖掘機采用車用柴油機時，最大功率指數降低。(2)機械系統液壓挖掘機的機械系統部分是完成挖掘機各項基本動作的直接執行者，主要包括:行走裝置是整個機器的支撐部分，承受機器的全部重量和工作裝置的反力，同時能使挖掘機作短途行駛.按照結構的不同，分履帶式和輪胎式。回轉機構使挖掘機上車圍繞中央回轉軸作360度的回轉的機構，包括驅動裝置和回轉支撐。工作裝置是挖掘機完成實際作業的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以有多種結構形式，前面所述的反鏟裝置應用最為廣泛。(3)液壓系統液壓挖掘機的回轉、行走和工作裝置的動作都由液壓傳動系統實現，原動機驅動雙聯液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機的操縱，將壓力油單獨或同時送往液壓執行元件(液壓馬達和液壓油缸)驅動執行機構工作。液壓挖掘機的主要運動有整機行走、轉臺回轉、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉動等。這些運動都靠液壓傳動。根據以上工作要求，把各液壓元件用油管有機地連接起來地組合體既是液壓挖掘機地液壓系統。該系統地功能是把發動機地機械能以油液為介質，利用油泵轉變為液壓能，傳送給油缸、油馬達等轉變為機械能，再傳動各執行機構，實現各種運動和工作過程。液壓系統設計得合理與否，對挖掘機的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統設計不同，則挖掘機性能差異很大。液壓系統習慣上按主油泵的數量、功率調節方式和回路的數量來分類。(4)控制系統液壓挖掘機控制系統是對發動機、液壓泵、多路換向閥和執行元件(液壓缸、液壓馬達)等進行控制的系統。電子技術和計算機技術的飛速進步，使挖掘機有了越來越先進的控制系統，使液壓挖掘機向高性能、自動化和智能化發展。目前挖掘機研究重點正逐步向智能化機電液控制系統方向轉移。1.2液壓挖掘機結構1.2.1液壓挖掘機組成為了實現液壓挖掘機的各項功能，單斗液壓挖掘機需要兩個基本組成部分，即機體(或稱主機)和工作裝置。機體是完成挖掘機基本動作并作為驅動和操縱挖掘機進行工作的基礎，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛。可細分為行走裝置、回轉裝置、液壓系統、氣壓系統、電氣系統和動力裝置。其中動力裝置、操縱機構、回轉機構和輔助設備均可在回轉平臺上，總稱上車部分，它與行走機構(又稱下車部分)用回轉支撐相連，平臺可以圍繞中央回轉軸作360°的全回轉。工作裝置根據工作性質的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機的基本性能決定于各部分的構造、性能及其綜合的效果。1.2.2單斗反鏟液壓挖掘機反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤。斗容量小于1.6的中小型液壓挖掘機通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。其中長期作業條件相似的挖掘機反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結構。采用這種動臂有利于加大挖掘深度，且結構簡單、價格低廉。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應用最廣泛的液壓挖掘機工作裝置結構形式。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機最常用的結構型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。裝置各運動部件之間全部采用銷軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下。鉸點轉動實現動臂的升降。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂相對角度。當斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點轉動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉動。為增大鏟斗的轉角，通常采用搖臂連桿機構來和鏟斗聯。1.2.3液壓挖掘機工作循環過程首先液壓挖掘機驅動行走馬達和配套土方運輸車輛一起進入作業面，運輸車輛倒車、調停，停靠在挖掘機的側方或后方。挖掘機司機扳動操縱手柄，使回轉馬達控制閥接通，于是回轉馬達轉動并帶動上部平臺回轉，使工作裝置轉向挖掘地點，在執行上述過程的同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進油，配合動作以加快作業進度，進行復合動作的挖掘和裝載:鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進油，將動臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉換向閥手柄，使上部平臺回轉，帶動鏟斗轉至運輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當的高度操縱鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉并降低動臂，直到鏟斗回到作業點上方，以便進行下一工作循環。1.3液壓挖掘機傳動原理液壓挖掘機采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現有限的平面轉動，加上液壓馬達驅動回轉運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達驅動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖掘作業的要求。液壓挖掘機由柴油機驅動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執行元件(液壓缸或液壓馬達)驅動相應的機構進行工作。液壓挖掘機的工作裝置采用連桿機構原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現。反鏟工作裝置由鏟斗5、斗桿11、動臂2、連桿8及相應的三組液壓缸1、4、10組成。動臂下鉸點鉸接在轉臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉動;而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉動。挖掘作業時，接通回轉馬達，轉動轉臺，使工作裝置轉到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液壓缸回縮;動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉馬達，使工作裝置轉到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉進行卸土。卸完后，工作裝置再轉至挖掘位置進行第二次挖掘循環。在實際挖掘作業中，由于土質情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環中的動作配合隨機的。1、斗桿油缸2、動臂3、油管4、動臂油缸5、鏟斗6、斗齒7、側齒8、連桿9、搖桿10、鏟斗油缸11、斗桿圖1-1反鏟挖掘機工作裝置總之，液壓挖掘機是由多學科、多系統組成的有機整體，只有在系統層面上的各系統、各學科協同優化才能獲取挖掘機整機的最佳性能。1.4挖掘機的發展概況挖掘機械的最早雛形，遠在十六世紀于意大利威尼斯用于運河的疏浚工作。隨著工業發展，科學技術的進步，單斗挖掘機也由于新技術、新工藝的采用而不斷地發展改進,但它的基本工作原理至今未變。動力裝置以及控制方式的不斷革新，基本上反映了挖掘機發展的以下幾個階段：1.蒸汽機驅動的挖掘機，從發明到廣泛應用，大約經歷了100年。當時主要用于開挖運河和修建鐵路。結構型式由軌道行走的半回轉式，發展到履帶行走的全回轉式。2.挖掘機傳動型式的液壓化，是挖掘機由機械傳動型式的傳統結構發展到現代結構的一次躍進。隨著液壓傳動技術的迅速發展，四十年代至五十年代初挖掘機開始應用于液壓傳動，并且由半液壓發展到全液壓傳動。產量日益增長，六十年代初期液壓挖掘機產量占挖掘機總產量的15%，發展到七十年代初期占總產量90%左右，近年來，西歐市場出售的挖掘機幾乎己全部采用液壓傳動。與此同時，斗輪挖掘機、輪斗挖溝機等工作裝置和臂架升降等部分也采用了液壓傳動。大型礦用挖掘機在基本傳動型式不變的情況下，其工作裝置也改為液壓驅動。3.控制方式的不斷革新，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控。最近又出現了電子計算機綜合程序控制，控制人員可在遠離施工現場的集中控制室內通過工業電視監視數臺挖掘機工作。1.5液壓挖掘機的發展趨勢液壓挖掘機在工業與民用建筑、道路建設、水力、礦山、市政工程等土石施工中均占有重要位置。并反映了這些部門的施工機械化水平。是交通運輸、能源開發、城鎮建設以及國防施工等各項工程建設的重要施工設備，是國民經濟建設迫切需要的裝備。重視和加速挖掘機改進創新，穩定提高產品質量，滿足用戶需求，對加速現代化工程建設有著重大的意義。一.液壓挖掘機國外發展現狀液壓挖掘機的生產水平反映機械化施工的水平和能力。國外，特別是西歐幾個國家從50年代開始研制液壓挖掘機，到60年代中小型液壓挖掘機已成批生產;70年代初液壓挖掘機斗容己發展到8，開始進入礦山開采;80年代大型液壓挖掘機技術已成熟，生產斗容16-35，機重達650t。目前國外已停止斗容在8以下機械挖掘機的生產，斗容大于16的液壓挖掘機是機械挖掘機的強大競爭對手。國外各制造公司正在研制微機控制的智能化液壓挖掘機，并有所突破。建筑和礦用液壓挖掘機的銷售量在機械設備市場上占有顯著的地位。據不完全統計，1990年建筑和礦用設備在全球銷售額約為450億美元，而液壓挖掘機的銷售額以100億美元高居榜首。據推測，大型和微型液壓挖掘機年增長率分別為24%和35%。1990年全世界建筑和礦用液壓挖掘機(履帶式)的產量已達9.23萬臺，其中76%是日本生產的，歐洲產量占有17%。近年來，大型液壓挖掘機越來越多地占領了機械挖掘機的市場。液壓挖掘機逐步取代機械式挖掘機是必然的趨勢。二.液壓挖掘機國內發展概況我國從1958年開始研制液壓挖掘機，逐步形成了1-2.5小型液壓挖掘機系列，具有一定生產規模，斗容1-7.5，的液壓挖掘機年產量超過1000臺。1983年以后采用引進技術方式進行生產，加快了液壓挖掘機的發展，上海建筑機械廠按德國利伯赫爾公司許可證生產了R942，相繼又生產了R962、R972、R982等液壓挖掘機。杭州重機廠與德國德馬克公司合作生產H55和H85等液壓挖掘機。太原重型機器廠與德馬克公司合作生產H121型液壓挖掘機。北京建筑機械廠引進德國0&K公司制造技術生產HR6型液壓挖掘機。所有這些與國外合作生產德液壓挖掘機比國內現用的液壓挖掘機生產效率高25%、機重輕10%。國產化率逐年提高，設備利用率為90%。長江挖掘機廠在引進國外技術的基礎上生產斗容1.62.5的WY160型液壓挖掘機，采用Deutz公司柴油機、Mannemsnan公司減速機和液壓元件。裝有正鏟、反鏟、梅花抓斗等多種工作裝置。天津工程機械研究所與泰安工程機械廠生產的腳32型液壓挖掘機，機重32t于1993年8月通過鑒定。該機結構緊湊、機動靈活、生產效率高。能充分利用發動機功率、節能效果好。但目前國產液壓挖掘機數量少，多為斗容2.5以下的小型設備，中型設備較少，大型設備在我國尚屬空白。從品種、規格、數量上滿足不了國內市場需要。從產品技術水平、可靠性、制造質量與國外液壓挖掘有較大差距。對于大中型液壓挖掘機尚處于經驗設計階段。試驗研究工作薄弱，短期內難以完成設計開發工作。柴油機、液壓和密封元件等配套件的質量和可靠性差，使用壽命短。高強度的原材料缺乏，制造技術落后，裝備水平低。計算機技術在液壓挖掘機上應用正在研制過程中。需要解決的關鍵技術較多:如履帶行走裝置中履帶板和鏈軌節的軋制和模鍛技術;支重輪、托輪均采用浮動密封，其制造技術、耐磨技術和密封技術;鏟斗設計合理性、耐磨性以及高強度鋼板焊接技術;液壓系統和元件的設計技術、大尺寸高壓油缸的制造技術;電子監控與檢測技術;整機性能參數的測試技術，大型結構件加工質量控制與制造技術等基礎技術和關鍵技術靠自行研制和測繪仿制勢必曠日持久，滿足不了國民經濟重點工程發展的需要。縱觀我國液壓挖掘機30余年的發展歷史，大致可以分成以下幾個階段:1．開發階段(1967年1977年)。以測繪仿制為主的開發，通過多年堅持不懈的努力，克服一個一個的困難，有少量幾種規格的液壓挖掘機終于獲得初步成功，為我國挖掘機行業的形成和發展邁出了重要的一步。2.液壓挖掘機發展、提高并全面替代機械挖掘機階段(19781986年)。這個階段通過各主機生產廠引進技術(主要是德國挖掘機制造技術)的消化、吸收和移植，使我國液壓挖掘機產品的性能指標全面提高到國際70年代末80年代初期的水平。全國液壓挖掘機平均年產量達到1230臺。3.液壓挖掘機生產企業數量增加，新加入挖掘機行業的國有大、中型企業以技貿結合，合作生產方式聯合引進日本挖掘機制造技術(1987年1993年)。由于國內對挖掘機需求量的不斷提高，新加入挖掘機行業的企業通過開發和引進挖掘機制造技術，其產品批量或小批量的投放國內市場或出口，打破了多年來主要由六大家挖掘機生產企業壟斷國內挖掘機市場的局面，引進了有益于提高產品質量、性能和產量的良性競爭。這個期間國內液壓挖掘機的年均產量提高到2000余臺。4.國內液壓挖掘機供需矛盾日益擴大，廣大用戶為了提高施工質量和按期完成施工任務，對使用高質量、高水平、高效率挖掘機的興趣日趨濃厚。國外各著名挖掘機制造廠商紛紛前來中國創辦合資、獨資挖掘機生產企業(1994至今)。從1994年開始，特別到1995年在我國挖掘機行業掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國卡特彼勒公司率先在徐州金山橋開發區建立了生產液壓挖掘機的合資企業，隨后日本小松制作所、日立建機株式會社、神戶制鋼所、韓國大宇重工業、現代重工業以及德國利勃海爾公司等都相繼在中國建立了合資、獨資挖掘機生產企業，生產具有世界先進水平的多種型號和規格的液壓挖掘機。三.挖掘機開發重點方向當前液壓挖掘機的研制和改進，主要著眼于：1．發動機功率的充分有效利用，通過各種途徑使機械多做有效的功，其中包括動力裝置與液壓系統的最佳匹配，傳動效率的提高，回轉機構功率的回收，高效液壓系統(如恒壓恒功率調節等)的研究等。2．鏟斗挖掘力的充分發揮，挖掘力大小和有效作用范圍是衡量各種液壓挖掘機工作能力的重要指標，大型礦用反鏟挖掘機更為重要，目前是通過工作裝置鉸點最佳位置，采用高壓與超高壓技術，提高整機穩定性和采用隨動機構使鏟斗隨動做恒角切削等方面進行研究。根據上述發展要求，新研制的液壓挖掘機在整機、工作裝置、液壓系統與元件、行走裝置、操縱系統和材料作用等方面有很多發展動向，下面主要談一下前兩個方面的內容:(1)整機液壓挖掘機的整機發展，趨向于大型化、微型化、多能化和專用化。大型礦用全液壓挖掘機在短短幾年內已由100噸發展到420噸級，功率提高到2352馬力，斗容達30米，目前發展仍是方興未艾。大型機的特征是動力源采用兩臺或多臺柴油機聯合驅動，采用了節省能源、回收功率和積蓄能等功率有效利用的措施。結合城市建設和農村建筑的需要，國外發展了微型挖掘機，斗容量一般在0.25米以下，最小的達0.01米。微型機的特點是結構簡單，輕便靈活，零部件盡量提高標準化程度。數量最龐大的中型機和小型機趨于一機多能的途徑，有的國家統計，非建筑用的中、小型機已占30%左右，主要是在冶金工業和林業中作物料裝卸和其他用途。中型機和小型機的特點是發展多種專業裝置進行不同的作業(也有通過液壓接頭，帶動裝在工作裝置旁的油馬達，驅動另一輸送設備)，不斷提高性能，貫徹三化和提高單位機重的功率等。發展專門用途的特種挖掘機，可以提高工作效率，解決特殊施工困難，例如，目前發展有步履式、履帶低壓式、低噪音、水下專用、水陸兩用等品種。配合水下資源的開發，對水下專用挖掘機更較重視，開展了無線電遙控、電液遙控和同步顯示控制技術在水下挖掘機中應用的研究。(2)工作裝置液壓工作裝置的型式進一步擴大，除了常用的正鏟、反鏟以外，發展了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊工具、集裝叉、高空作業架、絞盤與拉鏟等幾十種品種。工作裝置的更換快速而簡便，甚至在司機室內按動電鈕，幾秒鐘即可換好，并且通過挖掘過程的研究，來控制工作裝置的挖掘軌跡。目前正在研究連桿式、仿形式、套筒伸縮式、斗桿追隨式和具有運算輸入裝置的軌跡控制裝置。展望未來，液壓挖掘機的進一步發展，可以設想為:1.提高功率與機重的比率，這是最關鍵的內容。采用特種高強度鋼材，設計重量輕、強度高的挖掘機，并用優化設計方法達到機械各項指標的均衡。2.鏟斗和斗齒引用振動技術，不用強力而增大貫入性，加大斗容量。礦用挖掘機具有特種裝置，可以直接開挖一般礦石，而毋需爆破。采用功率可調的激光裝置進行挖掘。3.用燃氣輪機取代活塞式柴油機，燃氣輪機直接與高壓油泵相連。然而，由于環境保護的原因，燃氣輪機最后將被燃料電池所取代，由燃料電池發電驅動液壓挖掘機。4.液壓系統將會簡化，執行元件的運動直接由油泵控制，而不用換向操縱閥。工作裝置各鉸點裝以密封式擺動油馬達，取代工作油缸。5.帶行走裝置增加行駛速度，重新設計行走傳動，不用常規的剛性車架。采用氣墊行走支承裝置代替履帶，減少接地比壓，便于定位。1.6本文研究的主要內容本論文主要對由動臂、斗桿、鏟斗、銷軸組成挖掘機工作裝置進行設計。具體內容包括以下五部分:(1)挖掘機工作裝置的總體設計。(2)挖掘機的工作裝置詳細的機構運動學分析。(3)工作裝置各部分的基本尺寸的計算和驗證。(4)工作裝置主要部件的結構設計。第2章WY50液壓挖掘機總體方案WY50履帶式液壓挖掘機具有技術性能先進，使用可靠性高，作業適應性強，操作簡單靈活，舒適性好等特點，達到了國際九十年代初先進水平。2.1主要技術性能參數WY50挖掘機主要參數：斗容量（m3）：0.16鏟斗寬度：585mm操作重量：4800kg最大卸載高度mm：3680最大挖掘深度mm：3600最大挖掘高度mm：5320最大挖掘范圍mm，58702.2主要結構及特點=1\*GB2⑴動力裝置動力裝置采用五十鈴公司CC-6BG1TRA柴油發動機。該機具有重量輕，油耗低，功率大，噪音小，啟動性能好，過載能力強等特點。=2\*GB2⑵傳動裝置回轉裝置型式————2級減速行星齒輪減速齒輪傳動比17.002回轉馬達型號————M2X210CHB型式————斜軸式固定排量柱栓馬達閥型式————非背壓閥式溢流設定壓力————在140L/min時，為27.7±0.3Mpa回轉停放制動器型式多片濕式負壓型解除壓力2.25-2.84Mpa行走裝置型式三級減速行星齒輪減速齒輪傳動比70.842行走馬達型式斜軸式變排量柱塞馬達行走制動閥型式背壓閥式溢流設定壓力34.8Mpa行走停放制動器型式多片濕式負壓型接觸開啟壓力0.95~1.02Mpa將高低二檔轉換機構、停車閘、制動閥、液壓馬達、行走減速器及控制機構做成一體；具有結構緊湊，承載能力大，高可靠性，易裝配，完全收容等特點。整個機構均被包容在減速機支座和履帶之間，防止了泥土的進入及障礙物對泵的損壞，提高了整機的通過性。變量泵可自動調節行走速度，且具有雙速功能，使工作更為快捷。行走與回轉裝置內部均帶有常閉摩擦片式制動器，只要操縱桿回到中立位置，油路即被切斷，馬達立即停止轉動，達到制動目的；操作簡單，制動可靠。=3\*GB2⑶底盤結構該機底盤采用具有抗扭強度高，穩定性能好的X型焊接結構，它比H型結構增大了行走架的剛度，改善了履帶架的應力分布，保持了良好的行走性能；導向輪、托帶輪、支重輪采用浮動杯式密封結構，密封可靠，不需經常保養；采用成熟的液壓缸彈簧張緊裝置來改善行走緩沖性能；下車液壓管路均密封在底座內，安全可靠，美觀大方。=4\*GB2⑷液壓系統及液壓元件液壓系統主要分為兩個油路:主油路和先導油路主油路電源主泵→控制器控制閥→執行器{馬達油缸工作裝置}先導油路電源先導泵→控制器{先導閥泵調節器電磁閥信號控制閥動臂電子緩沖電磁閥}→先導油路{操作控制油路泵控制油路閥控制油路回轉停放制動器解除油路行走馬達斜盤角控制油路液壓油預熱油路}在其上插裝有安全閥、過載閥、補油閥、單向閥、邏輯閥、減壓底閥，使得結構緊湊，系統安全可靠。液壓系統具有全功率和分功率控制機能，使得發動機功率最大限度地得到應用；通過邏輯閥、減壓底閥可將壓力信號反饋給主泵使其改變斜盤傾角來改變輸出流量的大小，實現負流量控制，最大限度地減小發動機的損耗和液壓系統的溫升；復合動作供油在閥內合流，減少了管路連接；主閥內裝有單向節流閥，以防止動臂和斗桿在自重作用下下降速度過快；系統內設有自動控制直線行走閥，行走時高壓互通，保證了行走直線性;在伺服回路中安裝有高精度壓力濾清器，柴油機意外熄火后，工作裝置仍能靠回路中的蓄能器的壓力放下。第3章工作裝置主要結構設計液壓挖掘機工作裝置是完成液壓挖掘機各項功能的主要構件，其結構的合理性直接影響到液壓挖掘機的工作性能和可靠性。3.1工作裝置結構介紹本機采用最常使用的反鏟工作裝置，它主要由動臂、斗桿、鏟斗以及動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸組成。其結構如圖3-1所示。1－鏟斗2－鏟斗油缸3－斗桿4－斗桿油缸5－動臂6－動臂油缸圖3-1WY50液壓挖掘機的工作裝置動臂、斗桿和鏟斗均是采用高強度鋼板焊接而成的箱形結構，重量輕、強度高。動臂根部用一根銷軸鉸接在平臺前端中部，由兩只鉸接在轉臺前部的動臂油缸支撐。油缸作伸縮運動，動臂則作升降運動。斗桿端鉸接在動臂的頭部，另一端鉸接著鏟斗和搖桿。斗桿的回縮或伸出靠鉸接在動臂上的斗桿油缸的伸縮來控制。鏟斗鉸接在斗桿的末端，用鉸接在斗桿上的鏟斗油缸經搖桿控制，搖桿的作用是使鏟斗的轉角加大。油缸伸縮，鏟斗則進行挖掘和卸載。工作裝置的升降可以單獨進行，亦可以和轉臺回轉同時進行，以縮短挖掘周期，加快工作速度。通常從挖掘位置到卸載位置，或從卸載位置返回挖掘位置均采用回轉和動臂升降同時進行。工作裝置的各個銷軸采用合金鋼制造，經滲碳淬火處理，強度較高。且各個鉸點都設有油杯，用油槍注入潤滑脂潤滑。工作裝置各鉸接處均設有限位塊，以減少對油缸的沖擊。斗齒部分由齒座和斗齒組成。斗齒套在齒座上用彈性銷固定，斗齒磨損后可以更換。3.2動臂結構簡介WY50動臂的結構如圖3-2所示。1-上蓋板2-吊耳3-下蓋板4-左右側板5-肋板6-前叉板7-中軸座8-后軸座9-斗桿油缸聯結座圖3-2WY50動臂結構簡圖動臂的整體式彎臂采用大圓弧過度以減少該處的應力集中，結構簡單、重量輕。動臂的主體框架是由上蓋板、下蓋板、左側板、右側板焊接而成的箱形結構。上、下蓋板均由前、后兩塊板拼焊而成，每塊板都采用厚度為14mm的16Mn鋼板，焊接形式為“45斜線”焊縫。左、右側板分別由前、中、后三塊鋼板拼焊而成。前、后板都采用厚度為12mm的16Mn鋼板，中側板采用厚度為14mm的16Mn鋼板。側板間的焊接形式為斜線焊縫。動臂與轉臺、斗桿聯接的軸座均用ZG270-500材料鑄造而成；與動臂油缸聯接的軸座也是用ZG270-500材料鑄造而成，在軸座四周焊有四塊筋板以提高強度。上述軸座分別與箱形框架焊接成為動臂。在框架的不同位置還焊有六塊筋板以提高強度。在動臂上平面的前、后部各焊有兩個吊耳，以便裝配和拆卸時起吊用。斗桿油缸的聯接座焊在箱形框架上。3.3斗桿結構簡介WY50斗桿的結構如圖3-3所示。斗桿的主體框架是由上蓋板、下蓋板、左側板、右側板各一塊焊接而成的箱形結構。每塊板均是厚度為10mm的16Mn鋼板。與動臂聯接的軸座采用ZG270-500材料鑄造而成，在圓周上焊有兩塊筋板以提高強度。與鏟斗、連桿聯接的軸座均由35鋼管加工而成。各軸座分別與箱形框架焊合而成斗桿。在框架的不同位置還焊有三塊筋板以提高強度。斗桿油缸、鏟斗油缸的聯接座均焊在箱形框架上。1-上蓋板2-鏟斗油缸聯結座3-斗桿油缸聯結座4-肋板5-動臂聯結座6-左右側板7-下蓋板8-連桿聯結座9-鏟斗聯結座圖3-3WY50斗桿的結構圖第4章工作裝置的力學分析4.1動臂的力學分析反鏟裝置動臂的強度計算應按挖掘工作中對動臂可能出現的最大載荷來選定計算位置。一般可采用以下計算位置:4.1.1工況Ⅰa)、動臂位于最低(動臂油缸全收縮);b)、斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點、斗桿與動臂鉸點三點位于垂直線上;c)、鏟斗挖掘，斗邊齒遇障礙時。如圖4-1所示。這時，工作裝置上的作用力有:工作裝置各部分的重量(動臂重G1,，斗桿重G2，鏟斗重G3)和作用于斗側齒上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力和側向力)。各液壓油缸的工作狀態為:鏟斗油缸以F3力工作，斗桿油缸承受被動作用力F2，動臂油缸承受閉鎖力。鏟斗邊齒遇障礙時，橫向挖掘阻力，由回轉機構的制動器承受。此力的最大值決定于回轉平臺的制動力矩。其值為:式中:-回轉制動器可承受的最大力矩;r-橫向阻力距回轉中心的距離.液壓挖掘機所選用的回轉制動器型號為:KG08，其=89.06kN.m,r=4518.5mm。則:kNL1=2180L2=4042L3=4361L4=1460L5=2925L6=851S0=8456S1=452S2=612S3=3935S4=505S6=106S7=415S8=612r=4518.5G1=1579kgG2=935kgG3=733kgα=37.5oβ=8.5o圖4-1動臂計算位置一取工作裝置為隔離體，對動臂底部鉸點C取力矩平衡有:求得B點的側向力kN則C點的側向力kN取斗桿為隔離體，按對鉸點D的力矩平衡方程求得F點的側向力kN則M點的側向力kN鏟斗挖掘時，鏟斗油缸工作力凡所能克服的切向阻力FW1,，可取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸所產生的挖掘力其中鏟斗油缸工作力式中：-最大工作壓力;p=30MPa-鏟斗油缸大腔面積;=由此可以得出=368kN，及F=129.04kN。法向阻力FW2決定于動臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得式中為動臂油缸的閉鎖力。=其中-過載壓力;=34MPa-動臂油缸大腔面積;=由此可得:=442kN,及=-182kN<0.這說明FW1值不能實現,即鏟斗油缸不能發揮全部作用力。取斗桿為隔離體,按對鉸點F的力矩平衡方程求得斗桿油缸的作用力(被動狀態下)由此求得:=659.6kN。而斗桿油缸的閉鎖力其中-過載壓力;=34MPa-斗桿油缸大腔面積;=則=523kN。由>,說明值不能實現.計算時只能取==523kN代入得=102.48kN。將代入得=-125kN<0。說明值仍不能實現。所以只能取=0再代入得=44.3kN然后將代入此時得到=223.2kN<=523kN。再將代入得=122kN。建立坐標系如圖4-2所示。則:圖4-2建立坐標系B點的受力分解為kNkNkNM點的受力分解為kNkNkN4.1.2工況Ⅱa)、動臂位于動臂油缸作用力臂最大處;b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o);c)、鏟斗發揮最大挖掘力位置，進行正常挖掘。如圖4-3所示。取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸所產生的挖掘力由=368kN得出=135.8kN。取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得L1=2566L2=6004L3=6414L4=1460L5=2925L6=1026L7=4105L8=1103S0=3233S1=257S2=667S3=6825S4=590S5=718S6=308S9=872r=6305G1=1579kgG2=935kgG3=733kg==圖4-3動臂計算位置二取斗桿為隔離體,按對鉸點F的力矩平衡方程求得斗桿油缸的作用力(被動狀態下)由此求得：=549.6kN而斗桿油缸的閉鎖力=523kN，由>說明FWZ值不能實現。計算時只能取==523kN,代入然后聯立方程求解得:kNkN再將值代入求解得：kN建立如圖3-2所示坐標系，則：B點的受力分解為kNkNkNM點的受力分解為kNkNkN4.2標準斗桿的力學分析反鏟裝置的斗桿強度主要為彎矩所控制，故其計算位置可根據反鏟工作中挖掘阻力對斗桿可能產生的最大彎矩來確定。根據斗桿工作情況的分析和試驗說明，斗桿危險斷面最大應力發生在采用鏟斗挖掘的工況下。其計算位置可按以下條件確定:4.2.1a)、動臂位于最低(動臂油缸全收縮);b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時);c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上;d)、側齒遇障礙，作用有橫向阻力。如圖4-4所示。這時，工作裝置上的作用力有:工作裝置各部分的重量(動臂重G1,，斗桿重G2，鏟斗重G3)和作用于斗側齒上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力和側向力)。橫向挖掘阻力kN取斗桿為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程求得D點側向力kN則F點側向力kN取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得H點側向力kN則Q點的側向力kN取斗桿(不含鏟斗)為隔離體，按對鉸點N的力矩平衡方程求得E點側向力kNL1=2456L2=4154L3=2957L4=1460L5=2200L6=1023S0=5219S1=92S2=614S3=6037S4=512S5=1074S6=153S7=400S8=514r=2732G1=1579kgG2=809kgG3=745kgξ=51.8o68.6o1.9o72.4oo圖4－4斗桿計算位置一由受力平衡方程求得N點側向力kN鏟斗挖掘時，鏟斗油缸工作力F3所能克服的切向阻力,可取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸所產生的挖掘力由=368kN，得出=121.4kN。法向阻力決定于動臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得由=442kN，得出=-44.4kN<0。這說明值不能實現，即鏟斗油缸不能發揮全部作用力。所以計算時只能取=0再代入得=70.1kN將值代入可得kN。取斗桿為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程求得斗桿油缸的作用力(被動狀態下)即：=241.8kN<=523kN。然后取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得即：=254.2kN取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及。可求出N點作用力得kN。建立如圖4-5所示的坐標系，則:圖4-5建立坐標系D點受力可分解為kNkNkNE點受力可分解為kNkNkNN點受力可分解為kNkNkN4.2.2工況Ⅱa)、動臂位于動臂油缸作用力臂最大處；b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時)；c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上；d)、進行正常挖掘，即挖掘阻力對稱于鏟斗，無側向力。如圖4-6所示。這時，工作裝置上的作用力有:工作裝置各部分的重量(動臂重G1，斗桿重G2，鏟斗重G3)和作用于斗側齒上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力)。L1=2763L2=6037L3=6462L4=1460L5=2200L6=1023S0=5244S1=420S2=614S3=5551S4=512S5=808S6=307S7=400S8=870r=6825G1=1579kgG2=809kgG3=745kgξ=51.8o68.6o1.9o72.4oo圖4-6斗桿計算位置二鏟斗挖掘時，鏟斗油缸工作力F3,所能克服的切向阻力FW1可取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸所產生的挖掘力由=368kN，得出=123.1kN。法向阻力決定于動臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得由=442kN，得出=-21.7kN<0。這說明值不能實現，即鏟斗油缸不能發揮全部作用力。所以計算時只能取=0再代入得=100.1kN將值代入可得kN。取斗桿為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程求得斗桿油缸的作用力(被動狀態下)即：=394.8kN〈=523kN。然后取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得即：=357.5kN取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及。可求出N點作用力得kN。建立如圖4-5所示的坐標系，則:D點受力可分解為kNkNkNE點受力可分解為kNkNkNN點受力可分解為kNkNkN4.3變型斗桿的力學分析變型斗桿的計算位置按以下條件確定:4.3.1工況Ia)、動臂位于最低(動臂油缸全收縮)；b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時)；c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上；d)、側齒遇障礙，作用有橫向阻力。如圖3-7所示。則：橫向挖掘阻力kN取斗桿為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程求得D點側向力kN則F點側向力kN取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得H點側向力kNL1=2360L2=3900L3=2591L4=1460L5=2925L6=1026S0=5963S1=77S2=641S3=5409S4=513S5=1417S6=103S7=411S8=616r=2378G1=1579kgG2=935kgG3=733kgξ=51.8o68.6o1.3o72.4oo圖4-7加長斗桿計算位置則Q點的側向力kN取斗桿(不含鏟斗)為隔離體，按對鉸點N的力矩平衡方程求得E點側向力kN由受力平衡方程求得N點側向力kN鏟斗挖掘時，鏟斗油缸工作力F3所能克服的切向阻力,可取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸所產生的挖掘力由=368kN，得出=129.8KkN。法向阻力決定于動臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得由=442kN，得出=-75.6kN<0。這說明值不能實現，即鏟斗油缸不能發揮全部作用力。所以計算時只能取=0再代入得=61.2kN。將值代入可得kN。取斗桿為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程求得斗桿油缸的作用力(被動狀態下)即：=250.5kN〈=523kN。然后取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得即：=216kN取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及。可求出N點作用力得kN。建立如圖4-8所示的坐標系，則:D點受力可分解為kNkNkNE點受力可分解為kNkNkNN點受力可分解為kNkNkN圖4-8建立坐標系4.3.2工況Ⅱa)、動臂位于動臂油缸作用力臂最大處；b)、斗桿位于斗桿油缸作用力臂最大處(斗桿油缸與斗桿尾部軸線夾角為90o時)；c)、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上；d)、進行正常挖掘，即挖掘阻力對稱于鏟斗，無側向力。如圖4-9所示。L1=2808L2=6024L3=6585L4=1460L5=2925L6=1026S0=5973S1=459S2=641S3=5523S4=513S5=975S6=316S7=411S8=868r=5913G1=1579kgG2=935kgG3=733kgξ=51.8o68.6o1.3o72.4oo圖4-9加長斗桿工作位置二鏟斗挖掘時，鏟斗油缸工作力F3,所能克服的切向阻力FW1可取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得鏟斗油缸所產生的挖掘力由=368kN，得出=131.7kN。法向阻力決定于動臂油缸的閉鎖力。可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點C的力矩平衡方程求得由=442kN，得出=-46kN<0。這說明值不能實現，即鏟斗油缸不能發揮全部作用力。所以計算時只能取=0再代入得=89.2kN將值代入可得kN。取斗桿為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程求得斗桿油缸的作用力(被動狀態下)即：=371.4kN<=523kN。然后取鏟斗為隔離體，按對鉸點Q的力矩平衡方程求得即：=308.7kN。取搖桿為隔離體，作用力有:鏟斗油缸作用力及。可求出N點作用力得kN。建立如圖3-5所示的坐標系，則:D點受力可分解為kNkNkNE點受力可分解為kNkNkNN點受力可分解為kNkNkN總結畢業設計轉眼間就到了掃尾階段，在這幾個月的設計學習過程中，我取得了長足的進步。在這次畢業設計中，我收獲了很多，首先，對知識有了更深的了解，幾年的知識做了系統的回顧，圖書館使用培養獨立分析的知識，我學會了如何更好的利用網絡尋找信息解決問題的能力，以及信息使用，但也使我學會如何與同學討論問題。這是我未來的工作有很大的幫助，我將繼續在未來的工作中，努力提高自己的水平。通過這次設計，我真的感到棘手的優秀設計人員。在設計過程中，但在老師的幫助和自己的努力，終于使我成功地完成了設計。我經常沒有足夠的知識來設計經驗，有不足。這些問題有時會讓我無奈。雖然我的設計存在諸多不足，鍛煉自己分析問題，解決一般問題的能力，我希望通過這次畢業設計，未來將從事的訓練，為將來的工作打好基礎，畢業設計仿真。寫這個，對我的論文代表將接近結束。是四年的畢業設計最后的大學課程，這將是教師和學生的復習，是否做的好的和壞的，這個過程也有經驗。首先要感謝所有老師的標記，我真誠地接受您的指導，并希望得到你對我的努力。當我們不了解，你不會做，老師給了我們知識的補充；很明顯，我們更像是一個知識進入狀態，設計，工藝和畢業更注重的是自我鍛煉。我想如果大學四年沒有打下了堅實的基礎的課程設計，我們可能要完成畢業設計變得非常困難。所有的老師，所以我在大學四年把我的課程設計，真誠的道聲謝謝！畢業設計，歷時半年多，我閱讀了大量的文獻，查閱相關書籍很多；從沒有線索來尋找靈感，從不知如何開始大膽的嘗試，從教師向他們自己的獨立思考，終于完成了本課題的設計。我除了自己的努力工作的完成，也受到老師的細心指導，劉國光的老師總是在關鍵時刻，并及時督促我們的工作，嚴格要求我們，我們仔細檢查每個階段的任務；我要真誠的感謝給我的老師。山東英才學院2016屆本科生畢業設計（論文）參考文獻[1]徐灝.機械設計手冊3[M].北京：機械工業出版社,1998，p20-p55[2]徐灝.機械設計手冊4[M].北京：機械工業