1、 I 本科毕业论文（设计、创作） 题 目： 0.8RC 挖掘机铲斗生产工艺性分析及焊夹具设计 学生姓名： 许淮 学号： 120108507 所在系院： 交通工程学院 专 业： 机械设计及其自动化 入学时间： 2012 年 9 月 导师姓名： 左延红 学位： 硕士 /导师 导师所在单位： 安徽三联学院 完成时间： 2016 年 5 月 安徽三联学院教务处 制安徽三联学院毕业论文 1 0.8RC 挖掘机铲斗生产工艺性分析及焊夹具设计 摘 要： 液压挖掘机是工程机械的主要产品之一 ,具有较高的技术含量 ,它被广泛应用于矿山开采、道路施工、国防建设、农用水利等基本建设之中。铲斗是挖掘机工作装置 (铲斗
2、、斗杆、动臂 )三 大部件之一 ,是主要承载件。在挖掘过程中 ,铲斗直接承受很大外力 ,铲斗与矿岩的接触滑移 ,造成铲斗激烈的磨损。作业环境的状况也对铲斗的强度和变形在一定程度上造成很大影响。因此 ,铲斗结构性能的好坏对挖掘机工作的影响非 常重要。 本次毕业设计的课题是针对某公司生产的0.8RC 挖掘机铲斗总装图纸，绘制铲斗焊接图及各零部件的图纸，针对图纸编制生产工艺。参照该产品的图纸及生产工艺设计该产品生产中比较重要的模具：铣夹具，要求模具设计方案设计合理定位准确夹紧可靠，绘制模具总装图零件图及生产工艺。 关键词 ： 液压挖掘机 ；岩石铲斗；模具设计；生产工艺 安徽三联学院毕业论文 2 Th
3、e design of excavator bucket production process analysis and welding fixture 0.8RC Abstract： Hydraulic excavator is one of the main products of mechanical engineering, has a high technical content, it is widely used in mining, road construction, national defense construction, agricultural irrigation
4、 and other infrastructure. Bucket excavator is one of the three major components of working device (bucket, bucket-under Boom)as well as a major bearing pieces. In the mining process, the bucket directly enormous force, bucket of contact with the ore and rock slide, resulting in heated bucket of wea
5、r and tear. Operating environment of the bucket is also have a great impact on the state of the strength and deformation to a certain extent. Therefore, the performance of bucket has great influence on the work of the excavator. The graduation project is the subject of a certain company for the prod
6、uction of 0.8RC excavator bucket assembly drawings, drawing bucket plans and welding parts of the drawings, drawings for the preparation of the production process. reference to drawing of the product and process design of the important mold: Milling fixture for mold design programmes designed target
7、ed clamping reliable, hand drawn Die plans and parts production process. Key words： Hydraulic pressure excavator; Rock scoop; Mold design; Technique of production 安徽三联学院毕业论文 3 目 录 1 绪论 . 4 1.1 选题背景 . 4 1.2 0.8RC 挖掘机铲斗的作用和特点 . 5 2 产品分析 . 7 2.1 结构分析 . 7 2.1.1 铲斗的结构与性能要求 . 7 2.1.2 铲斗机构的载荷分析 . 8 2.2 材质分
8、析 . 9 2.2.1 选材要求： . 9 2.2.2 材质焊接性分析： . 9 2.2.3 焊接材料的选择 . 10 2.3 工艺性分析 . 10 2.3.1 工 艺流程分析： . 10 2.3.2 焊接工艺分析 . 14 结论 . 17 致谢 . 18 参考文献 . 19 安徽三联学院毕业论文 4 1 绪论 1.1 选题背景 早在 1954 年我国就已开始生产机械式挖掘机 ,当时的抚顺重型机器厂 (抚顺挖掘机厂前身 )引进前苏联的机械式挖掘机 W10012 和 W5012 等国际 20 世纪 3040 年代的产品。由于国家 经济 建设的需要 ,后又 发展 10 余家厂生产 ,到 1966
9、年12年全国共生产了机械式挖掘机 3000 余台 ,后又延 续生产到八十年代初。 我国开发液压挖掘机的时间是从 1967 年开始的 ,早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的 WY100,贵阳矿山机器厂的 W4-60,合肥矿山机器厂的 WY60等 。到七十年代末八十年代初出现了长江挖掘机厂的 WY160 和杭州重型机械厂的WY250 等液压挖掘机产品。纵观我国液压挖掘机近 40 年的发展 历史 ,大致可以分成以下几个阶段 : (1)开发阶段 (1967 1977 年 ):以测绘仿制为主的开发。通过多年坚持不懈的努力 ,克服一个一个的困难 ,有少量几种规格的液压挖掘机终于获得初步成功 ,为我国挖
10、掘机行业的形成和发展迈出了重要的一步。 (2)液压挖掘机发展、提高并全面替代机械挖掘机阶段 (1978 1986 年 )。这个阶段通过各主机厂引进技术 (主要是德国挖掘机制造技术 )的消化、吸收和移植 ,使我国液压挖掘机产品的性能指标全面提高到国际 70 年代末 80 年代初的水平。全国液压挖掘机的平均年产量达到 1230 台。 (3)液压挖掘机生产 企 业 数量增加 ,新加入挖掘机行业的国有大、中型企业以技贸结合、合作生产方式联合引进日本挖掘机制造技术 (1987 1993 年 )。由于国内对挖掘机的需求量的不断提高 ,新加入挖掘机行业的企业通过开发和引进挖掘机制造技术 ,其产品批量或小批量
11、的投放国内市场或出口 ,打破了多年来主要由六大家挖掘机生产企业垄断国内挖掘机市场的局面 ,形成了有益于提高产品质量、性能和产量的良性竞争。这个期间国内液压挖掘机的年均产量提高到 2000余台。 总之 ,中国挖掘机市场将持续呈波浪型发展 ,从 科学 的发展观来看 ,要摒弃一切脱离实际的超前。 今后一个时期挖掘机市场火爆式的炎夏恐难遇到 ,我们期待温暖、柔和、生机勃勃的春天的到来。期望中国挖掘机市场能够持续、稳定、健康发展。 转 安徽三联学院毕业论文 5 1.2、 0.8RC 挖掘机铲斗的作用和特点 液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀
12、、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。 1 铲斗 2 斗杆 3 动臂 4 机身 图 1.1 挖掘机示意图 电 气 控制系统包括监控盘、发动机控 制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成（图 1.1）。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。 0.8RC 挖掘机 是一种周期作业的自动式土方机械。铲斗图如下图 1.2 所示： 安徽三联学院毕业论文 6 01 耳板 02 止动环 03 斗顶折弯板 04 上侧加强板 05 下侧加强版 06斗底板 07 斗
13、底加强板 08 前沿板 09 加强筋板 10 斗齿座 图 1.2 铲斗示意图 铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大，铲斗的作业对象繁多，作业条件也不同，用一个铲斗来适合任何作业对象和条件是比较困难的。为了满足特定情况，尽可能提高作业效率，通用反铲装置有几种甚至几十种 斗量不同，结构形式各异的铲斗。对各种铲斗结构形状的共同要求是： 1）有利于物料的自由流动，因此铲斗内不易设置横向凸缘、棱角等，斗底的纵向剖面形状要适合各种物料的运动规律。 2）要使物料易于卸净。有时铲斗卸载时不易卸载或不易卸净，延长了作业循环时间，降低了有效斗容量。为此，一般要求铲斗的开口尺寸略大 于斗底开档尺寸
14、。为了使装进铲斗的物料不易掉出，铲斗宽度与物料颗粒直径比应大于 4：1。当此比值大于 50： 1时颗粒尺寸的影响可不考虑，视物料为匀质。 铲斗是挖掘机的主要工作部件 ,是用来切削、收集、运输和卸出炉岩的工具 ,它不但承受很大的负荷 ,而且受到剧烈的冲击和磨损。铲斗 是 挖掘 机工作装置的主要组成部件 , 挖掘 机工作中既用铲斗直接切削、铲掘物料 ,又用它装载、运输和倾卸物料 ,所以铲斗的结构形状及尺寸参数对插入阻力、掘起力及生产率有着很大的影响。因此所设计的铲斗除应具有一定的容积外 ,还应具有合理的断面形状和较小 的回转半径以保证较大的掘起力 ,较小的插入阻力及较大的满斗系数。挖掘 机铲斗由前
15、刃 (装有斗齿 )、侧刃 (有的装有侧齿 )、斗底、后壁、侧壁及后挡板焊合而成的斗形构件它在车辆纵向断面的形状是不变的 ,所以铲斗的形状取决于断面的形 。本实用新型涉及一种挖掘机铲斗装置。它解决了原有挖掘机铲斗装置整体铸造难、加工难、成本高和维修不方便的问题。它是由铲斗前壁与铲斗后壁之间通过铲斗前壁上的焊孔用销轴焊接，铲斗前壁上端的铲嘴呈由低渐高的斜面，以铲嘴的中心为基点间隔固装有斗齿座，斗齿座下的外壁焊有加强筋，铲斗前壁的底端中心位置装有斗 栓，斗栓镗有斗栓孔，铲斗后壁的上端装有提斗耳板，对 应铲嘴位置的铲斗后壁外由低到高依序装有斗杆连接耳板、斗底连接耳板和斗杆连接耳板，耳板之间装有加强筋。
16、本实用新型设计合理，制作简单，节约成本，维修方便，具有广阔的市场前景。 安徽三联学院毕业论文 7 2 产品分析 2.1 结构分析 2.1.1 铲斗的结构与性能要求 铲斗在工作中要承受巨大的冲击载荷并遭受剧烈的磨损 , 因此铲斗设计中应注意以下方面要求重量轻、强度刚度好几何形状合理挖掘阻力小卸载方便耐冲击、耐磨损 , 易损件维护更换方便等。该铲斗也是一种铸一焊结合型式 , 采用高强度低合金板 材和具有耐磨、抗冲击的特种合金铸件组焊而成。在其斗唇侧边和斗齿之间以及斗前壁下部，外侧等磨损部位都装有可更换的耐磨护板。斗齿有整体式和组合式两种形式 , 可以互换。两边斗齿向外侧倾斜 , 减少了斗齿外侧的磨
17、损 , 可切割边邦等难切割部位的物料 , 斗体内侧、斗底等部位焊有可更换的衬板 , 以减少铲斗内侧等的磨损。斗底设有斗底缓冲装置 , 以减轻斗体对斗底板的冲击。该铲斗的特点是结构合理 , 耐磨性好 , 满装系数高 , 使用寿命长 , 易损件更换方便 , 维护工作量小 , 其缺点是结构复杂 , 工艺难度大 , 同时在重量上也比同等级其 它铲斗略有增加。其结构简图如图 2.1所示： 图 2.1 1 斗底板 2 斗侧板 3 前沿板 4 侧沿板 5 耳板 6 加强板 其特结构点如下： (1) 斗后壁的加强筋板是增加铲斗刚度和提高铲斗强度的关键 ,它不但可以安徽三联学院毕业论文 8 力 ,而且可以化解应
18、大大降低斗后壁应力集中 ,极大地提高了铲斗抗偏载、抗超载的能力。 (2) 斗体前部的斗唇部件和两侧的加强筋板对改善铲斗的挖掘性能和提高斗体的强度都起到了不可替代的作用。 (3) 铲斗后壁耳板比其它部位的钢板厚 ,从而提高了铰接部位抗交变复杂应力和磨损的能力。 (4) 作业设备主体 在挖掘过程中具有柔性 ,可以缓解力的作用 ,设备实际更偏于安全。 铲斗是直接切削土壤的部件。设计良好的铲斗应能满足下列要求： 1能发挥挖掘力，切削阻力小。 2易装满，充满系数大。 3易卸土。 4耐使用寿命长。 2.1.2 铲斗机构的载荷分析 转斗挖掘过程为大曲率切削，挖掘过程因切削物料的厚度变化较大，所以阻力的变化也
19、很大。然而在挖掘机实际作业过程中，转斗挖掘土壤的纵断面形式是多种多样的，其阻力变化的情况也各不相同，故挖掘过程中转斗机构的实际载荷是随机的。 在非挖掘区段，铲斗机构 除应满足充斗的要求外，当达到最大转角时，还应满足支撑铲斗自重及斗中土重并计动载荷影响的力矩要求（动载荷系数可取1.52） .根据这些要求可画出转斗机构在整个转角范围内的计算载荷曲线。 转斗机构的最大理论挖掘力应与转斗最大挖掘阻力相适应，常布置在 max处。当铲斗以 150200仰角开始挖掘时，最大挖掘阻力则大致出现在 200350。因此铲斗液压缸的作用力 p2应满足： P2 =错误 !未找到引用源。 *w1max 式中 w1max
20、 最大挖掘阻力； r1 、 r2 、 r3 连杆处于 max位置时连杆机构的力臂值。起始点及转角 2 max处的挖掘力按载荷曲线应与平均挖掘阻力相适应。 安徽三联学院毕业论文 9 2.2 材质分析 2.2.1 选材要求 ： 1) 功能要求 功能要求和零件或产品所要求的特性直接相关。例如：如果零件要承受单轴向拉伸载荷，候选材料的屈服强度直接和产品的承载能力相关。然而，产品或零件的某些特性不可能简单地对应于材料的可测量性能，如抗热冲击、耐磨性、耐腐蚀性和可靠性等。在这种情况下，评估过程十分复杂，可能倚赖于基于模拟试验的预测或最接近的相关力学性能、物理性能和化学性能。 2）工艺性要 求 材料的工艺性
21、是能否最终成型的能力的量度。当涉及到特殊的制造方法，工艺性指的是铸造性、焊接性、机加工性等。如果材料需要变形热处理硬化，相关的工艺性包括延展性和硬化性。在某些情况下，产品毛皮精度要求也作为工艺性的量度。工艺性操作几乎常常影响材料的性能是非常重要的，因而工艺性的考虑是和功能要求密切相关的。 3）可靠性要求 材料可靠性定义为在期望的寿命周期内正常发挥功能不出现失效的概率。材料的可靠性是很难测量的，因为它不仅仅取决于材料的固有特性，而且在很大程度上受它的生产和工艺历史的影响。一般来说标准材料较 成熟，新的非标准材料可靠性较低。尽管评价可靠性很难，但可靠性常常是必须考虑的重要选材因素。 2.2.2 材
22、质焊接性分析 ： （ 1） 16Mn 焊接性分析 从 16Mn 的化学成分来看 , 含碳量低而含 Mn量较高 , Mn/ S 能达到焊接要求、具有较好的抗热性能 , 正常情况下焊接时不会出现热裂纹。当材料的化学成分不合格或严重偏析时 , 局部 C , S 含量偏高时 , Mn/ S 可能低于焊接要求 , 焊接时会产生热裂纹 , 这种情况可通过选择焊接材料来调整焊缝金属的成分。冷裂纹是焊接 16Mn 钢板易出现的主要问题 ,从材料本身考虑 , 淬硬组织是引起冷裂纹的决定性因素。因此焊接过程中能否形成由氢致裂纹及敏感的淬硬组织是评定 16Mn 钢板焊接性的一个重要指标。 16Mn 的冷裂纹敏感性主要取决于它的淬硬倾向 , 虽然 16Mn 含碳量并不高 , 但含有少量的合金元素 , 因此其淬硬倾向比低碳钢要大一些。从 16Mn 的化学成分看 , 由于不含有强碳化物形成元素 , 对再热裂纹不敏感 , 因此 16Mn 钢板在焊接时就能消除应力 , 不会产生热裂纹。
