1、 I 摘 要 本文设计是一种挖掘装载机的挖掘装置，在为工业、民用上有特殊用途的挖掘装载机，它可以用于煤矿井下狭小空间清理、装载、运输等工作，也可用于冶金、矿山、隧道建设等场合的挖掘装载工作。在本设计中，通过对国内外现有技术的了解和分析，利用任务书上所给定的挖掘机铲斗额定装载载荷，先计算出铲斗的斗容，而后选用标准容量铲斗，根据所选出的标准铲斗，算出挖掘机的最大铲取阻力、最大卸载高度、最小卸载距离等一些设计必需用到的量。通过对工作机构上九个铰接点位置的确定来设计出动臂模型及动臂上各点的受力，然后计算出举臂油缸 和转斗油缸的内径、活塞杆的杆径，选出标准的液压缸。 运用 CAD 制图。 关键词：铲斗、
2、液压缸、动臂、挖掘机 II Abstract In this paper, the design is a mini-excavators, as for the industry, there are special-purpose civilian loading machinery, it can be used in underground coal mines to clear a narrow space, loading, transport, etc., can also be used for metallurgy, mining, occasions, such as tu
3、nnel construction excavation work load.In this design, both at home and abroad through the understanding of existing technology and analysis, the use of task books given by the excavator bucket load rated load, calculate the first bucket of the bucket capacity, and then choose the standard size of t
4、he bucket, elected in accordance with standard bucket, to calculate the largest excavator shovel access resistance, the maximum unloading height, minimum distance, such as unloading the design used in the volume necessary. Through the work of nine institutions to determine the location of hinge poin
5、ts out to design the model and the moving arm arm stress points, and then calculate the fuel tank and to fight the diameter of the fuel tank, the rod diameter rod, the election a standard hydraulic cylinders. Keywords: bucket, hydraulic cylinder, boom, excavator III 目录 摘 要 . I Abstract. II 前 言 . - 1
6、 - 第一章 挖掘装载机整机概论 . - 3 - 1.1 挖掘装载机定义 . - 3 - 1.2 挖掘装载机用途的大体概述 . - 3 - 1.3 挖掘装载机的基本结构 . - 4 - 1.4 国内 、外挖掘装载机的市场现状 . - 4 - 第二章 反铲装置的设计 . - 7 - 2.1 挖掘装载机工作装置典型工况分析确定 . - 7 - （ 1）铲斗油缸挖掘 . - 7 - （ 2）斗杆油缸挖掘 . - 8 - （ 3）动臂油缸挖掘 . - 8 - 2.2、挖掘装载机工作装置的基本参数的选择 . - 8 - （ 1）原始几何参数的给定 . - 8 - （ 2）斗行参数的选择 . - 9 -
7、（ 3）当工作装置处于最大挖掘半径时 . - 11 - （ 4）、 满斗处于最大高度时，动臂提升力矩的校核 . - 13 - (5)在最大卸载高度工况下 . - 15 - 2.3、油缸基本参数的选择和计算 . - 16 - （ 1）动臂油缸参数的确定 . - 16 - （ 2）斗杆油缸参数的确定 . - 18 - （ 3）铲斗油缸参数的确定 . - 19 - 第三章、挖掘装置受力计算和强度计算 . - 21 - 3.1、挖掘阻力的计算 . - 21 - （ 1）铲斗挖掘阻力的计算 . - 21 - （ 2）斗杆挖掘阻力计算 . - 22 - 3.2、 工作液压缸的理论挖掘力 . - 22 -
8、（ 1）铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力 . - 22 - （ 2）斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力 . - 24 - 3.3、 整机理论挖掘力 . - 24 - (1)斗杆挖掘 . - 24 - (2)铲斗得运动分析 . - 28 - IV 第四章 主要部件反铲的三维造型 . - 34 - 4.1 Pro/E 简介 . - 34 - 4.2 生成零件实体 . - 35 - （ 1） 利用三维参数化设计 . - 35 - （ 2） 建立 各种特征的方法步骤 . - 35 - 4.3 相关部件的装配 . - 36 - 4.4 三维实体造型实例 . - 37 - 动臂三维实体造型 . - 37 -
9、铲斗三维实体造型 . - 42 - 第五章 工作装置的建模和仿真 . 错误 !未定义书签。 5.1 工作装置建模 . 错误 !未定义书签。 （ 1）启动 ADAMS/View 程序 . 错误 !未定义书签。 （ 2） 检查和设置建模基本环境 . 错误 !未定义书签。 （ 3） 工作装置的几何建模和施加约束 . 错误 !未定 义书签。 5.2、 ADAMS 对挖掘装置的运动学仿真分析 . 错误 !未定义书签。 （ 1）动臂油缸挖掘 . 错误 !未定义书签。 （ 2）斗杆油缸挖掘 . 错误 !未定义书签。 （ 3）铲斗油缸挖掘 . 错误 !未定义书签。 第六章总结 . 错误 !未定义书签。 参考文
10、献 . - 60 - 附录 . - 61 - 致 谢 . - 62 - 河北工程大学毕业设计 - 1 - 前 言 挖掘装载机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械，并作为工程机械的重要机种。由于挖掘装载机可快速更换多种作业装置多品种，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施 工作业单位的青睐，其生产制造业也日益蓬勃发展。此型挖掘装载机主要有发动机、液压系统、挖掘装置、装载装置、行走装置和电器控制等部分组成。本论文由两大部分组成，包括挖掘工作装置和液压系统设计。 经文献考察，目前，科研院所、国内厂家、高等学校对装载机工作装置、挖掘装载机装置的研究较多，技术也相对成熟；但是对挖掘装载机挖掘机构的研究相
11、对较少，而且在工程实践中，挖掘装载机机构出现的问题也较多。同时，很多厂家及科研院所在对挖掘装载机反铲装置进行优化设计时，一般是参照液压挖掘机工作装置的优化设计进行，这样很难得到 经济性和可靠性均较好的最佳方案。虽然挖掘装载机与挖掘机的工作性能及挖掘原理相似，但是也存在着很多的差异。其中主要是以下几个方面： 1.挖掘装载机向前倾翻点为前轮着地点，向后倾翻点为支腿着地点，而履带式挖掘机则分别为履带式的前后着地点。挖掘装载机装置装置的重力对反铲作业时整机的稳定性也有影响。 2.挖掘装载机动臂液压缸的布置为悬挂式，而一般挖掘机的布置为支撑式。在设计铲斗液压缸的实际挖掘力，考虑动臂液压缸的闭锁力时，动臂
12、缸处于受压状态，而非挖掘机的受拉状态。 3.优化设计目标函数不仅要考虑挖掘力的充分发挥，还 要考虑反铲装置不工作时，整机运输状态或装载装置作业时的稳定性，即应使静止状态位置的反铲装置的质心尽量靠近机体。 随着国内经济水平的提高以及施工技术、施工对象的变化，国内小型工程机械市场前景非常的广阔。挖掘装载机的用途非常广泛，在欧美的小型工程机械市场中，挖掘装载机居第二位。特别是挖掘装载机具有挖掘和装载的功能，同时有多种工作装置供选择，市政工程、建筑市场、公路维护等对其的需求量将非常大。开发出适合市场需求的挖掘装载机对企业具有十分重要的意义。因此，国内众多工程机械厂商都纷纷推出自己的挖掘装载机产品。 目
13、前， 国内研制的挖掘装载机主要的配置及技术水平与国际先进技术水平差距逐渐缩小。但是，由于投入的精力、经验及研究深度的局限性，对系统的特征研究涉及很浅，掌河北工程大学毕业设计 - 2 - 握可供参考的理论和经验甚少，整机技术水平还有较大的差距，特别是对挖掘装载机特性的研究与国际先进水平还有较大的差距，特别是对挖掘装载机挖掘特性的研究与国际先进水平差距更大。这成为了制约国内挖掘装载机发展的技术瓶颈之一。 确保挖掘装载机技术跻身于世界先进水平的重要方面，是取决于挖掘装载机的挖掘的性能是否提高。 本课题主要以挖掘装载机的制动性能的分析为研究目标， .在此过 程中也对挖掘装载机总体设计进行了分析。严格分
14、析了挖掘装载机挖掘装置的特殊工作位置以及工作情况。对特殊的工作情况做了进一步的分析。 通过本文的研究和分析，进一步说明了挖掘装载机的合理性和可靠性。 河北工程大学毕业设计 - 3 - 第一章 挖掘装载机整机概论 1.1 挖掘装载机定义 挖掘装载机俗称“两头忙” ，因为它是具有装载、挖掘两种功能。根据 GB10186-88（挖掘装载机术语），挖掘装载机（ backhoe loader）定义为：一种机体前部有装载装置，机体后部有反铲装置的自行式机械。作为反铲挖掘使用时，是通过铲斗机械方向运动进行地平 以下的挖掘。作为装载机使用时，通过机体向前运动，装载斗进行装载或挖掘，并可提升、运料和卸料。 图
15、1-1 WZ25-20 挖掘装载机。 1.2 挖掘装载机用途的大体概述 挖掘装载机是一种多用途工程机械，它广泛应用与农田水利建设、工业和民用建筑、市政建筑、园林、公路养护、港口、油田及电力建设等领域，主要用于基槽、基坑、管沟等小型土方工程的开挖和回填，特别是通过快换装置上多种工作附具，其用途更加广泛。 河北工程大学毕业设计 - 4 - 1.3 挖掘装载机的基本结构 挖掘装载机的基本结构： 1.车架：车架有整体式和铰接式两种，其中主流产品都是采用 整机式车架，铰接式车架是在小型装载机的基础上改装的，仅有少数几家公司采用这一结构。铰接式车架最大的缺陷是在挖掘作业时的刚性差。 2.工作装置：装置工作
16、装置一般采用八连杆机构，带机械调平或液压调平机构，装载斗多用“四合一”斗，可选装“六合一”斗。挖掘装置可分为侧移式和中轴式安装，侧移式是挖掘装置可在车架上左右移动，中轴式挖掘装置在车架上不能左右移动。挖掘动臂可分为弯臂和直臂结构，弯臂结构类似挖掘机的结构。工作装置都有快递装置可选，有多种附具可选，适应多工作环境的需要。 3.传动系统：主要采用液力机械传动。变速 箱有同步换挡变速箱和动力换挡变速箱，挡位一般是前四后四。液力变矩器带有动力换向装置，可在行进过程中改变行使方向，装载时提高了作业的效率。驱动方式目前一般都有两种模式，即两轮驱动和四论驱动，在公路上行使采用两轮驱动，越野和装载作业采用四轮
17、驱动。 4.制动：一般都采用后桥制动，制动助力方式有真空助力湿式制动和全液压湿式制动。 5.液压系统：有两种主流配置：定量液压系统变量液压系统。 CASE 和 JCB 等多家公司均采用定量液压系统，而 CATERPILLAR 和 VOLVO 则采用负荷敏感变量液压系统变量系统可根据负荷的大小 调整泵的排量，因此降低了油耗，液压系统的发热量减小，但价格较高，对系统的清洁度要求很高；定量系统功率利用率降低，系统发热量大，但是价格便宜。 1.4 国内、外挖掘装载机的市场现状 近年来，随着经济的发展，挖掘装载机在国的国内使用量也日益增加，市场潜力巨大，行情看涨。我国挖掘装载机的发展速度较为缓慢。国内第
18、一台挖掘装载机是在 1966 年以东方红 -40 型拖拉机为底盘开发出来的。目前生产企业有十多家，年产量在 300 台左右，产品的技术水平、技术含量、可靠性等与国外先进水平相比都还有较大的差距。目前，国内市场上挖掘装载 机的主要机型有： .JCB 1CX 型挖掘装载机：世界上第一种真正的滑移转向挖掘机，车宽仅 1.4m，但车架稳定性极佳。其额定装载能力 610，挖掘深度 2.5m 挖河北工程大学毕业设计 - 5 - 掘端和装载端的速换器使主机能装备多种工作装置，工况通用性好，适用于园林绿化、市政建设和道路维护风各类行业建设。被益为“狭窄工况作业冠军。 .帕尔泽尼挖掘装载机：意大利帕尔泽（ PA
19、LAZZANI）公司生产的，主要机型 PB80.2 和 PB90.2 铰接式挖掘装载机。该产品装有高性能、低损耗的静压传动装置，可以自动选择操作方式，具有 360的全方位视野。 .徐工 WZ25-20 及 WZ16-16 型挖掘装载机：徐工与国内高校共同开发的产品，采用了发动机前置，噪声大大降低，动力强劲，节能环保。动力采用液力机械方式传递。经有优化设计的高强度车架结构，保证了整机具有宽的挖掘范围、高的掘起力和提升及可靠耐久性。 360全景可视驾驶室。该类产品除具有装载机的功能外，还可用于水泥砼和沥青路面的开凿破碎，更换机具后还利用于挖掘和开沟，是一种多功能中型工程机械。 .凯斯 695 SU
20、PER M 型挖掘装载机：一种多用途、易操作的设备，可以在艰苦的条件下表现出最佳性能，特别适合野外粗糙地面的作 业。提高了三种转向方式，即前轮转向及“蟹行”模式，此功能在很大范围提高了该设备的性能。 .沃尔沃 BL71 型挖掘装载机：秉承了沃尔沃轮式装载机的高强度和简单易用，同时具有沃尔沃挖掘装载机的超强动力和卓越性能。挖掘系统大臂为封闭式箱型结构，零部件少，焊缝少，而强度高。 .常林 WZ30-25型挖掘装载机：引进国际先进技术生产的，可替代小型装载机和小挖掘机的工作。配有液压破碎锤、液压夯等多种机具，附件可在现场快速更换。该机在路面与管道维护、挖掘路面及电缆铺设等工作中有着其他机械不可比拟
21、的有优势。 .北方重汽 WZ25-20 液压挖掘机：北方重汽股份公司与吉林大学合作开发的多用途工程机械。在专用底盘前配置装置工作装置，后面配反铲挖掘装置；挖掘侧可配装扫地机、挖掘抓斗，箱式平地机、抓斗等多种附具。装载作业能高于国外同类产品，反铲挖掘作业性能达到国外同类产品水平。 .澳柳 HUAEACH955E 型挖掘装载机：应用国际主流先进挖掘装载机设计技术，结合中国工程施工实际特点而开发研制的。具有高生产率、多应用性和可靠性等优点。四合一铲斗的标准配置，使机器具有更多功能与用途 挖掘装载机在国外以有五十多年的发展历史，从总体来说，国外挖掘装载 机的整机技术水平都发展到了很高的程度。整机的可靠
22、性、操作性、舒服性、环保性能、安全性能，以及节能降耗等方面都得到了极大的改善。譬如：采用了新型 ROPS/FOPS 安全认证的驾驶室和全新底排放发动机；实现了微电子控制的智能化操作及智能化液压系统；挖掘装载带有防回转冲击功能。最早的挖掘装载机是 JCB 和 CASE 分别在拖拉机的基础上改装而来的。 目前国内挖掘装载机市场容量也就 400600 台 /年。然而，在未来几年，乐观地估计，国内挖掘装载机将达到 70008000 台 /年。挖掘装载机中高档产品销量也会增加，而 以拖拉机底盘生产的挖掘装载机低档产品销量将逐渐下降。因此，国内挖掘装载机的市场前景河北工程大学毕业设计 - 6 - 是非常广
23、阔的。但由于该行业国内起步较晚，同时，因为社会和经济发展等方方面面的原因，其普及程度远远落后于发达国家。但随着社会的发展，该行业也将会出现快速增长。从我国小型、多功能挖装机械从无到有的发展历史看，我国挖掘装载机一直处于较为落后的状态，其发展速度缓慢。我国在上世纪 70 年代初才开始自行开发设计，首先由北京建筑机械厂研制成功 WZ2A 和 WZ2B 型挖掘装载机， 1987 年烟台工程机械厂试制成功 ZL15WJ型挖掘装载机。之后福建建筑 机械厂、一施、山东广饶液压机械厂先后研制出 WZ25 型、DFH-904WZ 型、 T55Z/W 型挖掘装载机，到 1992 年柳州挖掘装载机厂、柳州工程机械股份有限公司分别研制出 WZ30-25 型和 WZ25-20 型挖掘装载机。山东工程机械厂 2001 年 7 月成功研制出 WZ30-25 型挖掘装载机，之后常林、徐工等相继加入了此行列。
