20t级挖掘机工作装置设计
摘要
液压挖掘机是土方和石方工程的主要施工机械，广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。液压挖掘机利用工作装置进行土方和石方挖掘，工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志。
本设计对20T液压挖掘机的典型工况进行了分析，根据液压挖掘机的工作特点，从几何尺寸、动力特性、结构强度、经济性等方面讨论了液压挖掘机工作装置的设计要求，提出了液压挖掘机工作装置的设计原则。通过分析挖掘机工作装置铰点的失效机理，提出了铰点销轴和轴套最小间隙的计算公式和最大间隙的限制条件。同时以某挖掘机工作装置为例，进行了工作装置的优化设计。对比优化设计和原设计尺寸，比较了主要作业参数，得出经过优化设计的铲斗缸的挖掘力得到了充分发挥。
关键词 液压挖掘机；工作装置；轴套配合；优化设计
目 录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2挖掘机发展简史 1
1.3挖掘机的用途和分类 1
1.4挖掘机的发展方向 3
2铲斗设计说明书 6
2.1液压挖掘机工矿分析 6
2.2液压挖掘机工作装置设计要求 10
2.3液压挖掘机工作装置的设计原则 12
3工作装置 13
3.1反铲装置 13
3.1.1 动臂及斗杆的结构形式 13
4液压挖掘机工作装置铰点轴和轴套间隙的确定 20
4.1铰点销轴和轴套间隙过小导致的故障机理分析 20
4.2工作装置铰点销轴和轴套最小配合间隙的计算 21
4.3轴和轴套间接触应力和间隙的关系 24
5挖掘机工作装置的性能分析 26
5.1挖掘机的工作装置运动轨迹 26
5.2工作装置力学分析 30
5.2.1挖掘阻力的计算 30
5.2.2挖掘力的计算 31
6工作装置运动学与动力学综合优化设计 39
6.1工作装置优化设计的数学模型 39
6.1.2目标函数 39
6.1.3约束条件 40
6.2工作装置优化设计实例 41
7总结与展望 42
7.1主要工作和成果 42
7.2本文的创新点 42
7.3研究展望 43
结论 44
致谢 45
参考文献 46
附录 48
参考文献
[1] 张启君，刘伟．国内挖掘机行业发展的探讨[J]．筑路机械与施工现代化，2005(2)2～6.
[2] 陈正利．中国挖掘机行业十年发展历程及当前行业面临的机遇和挑战[J]．工程机械文摘，2006(5)：2～6.
[3] 刘长征．SLWY-60型水陆两用液压挖掘机浮箱的有限元分析及其改进设计[D]．长春：吉林工业大学机械学院，1994.
[4] 张所光．大型挖掘机斗杆动态FEM分析[D]．重庆：重庆大学机械学院，1992.
[5] 吴永平．挖掘机作业机群配置技术研究[J]．工程机械，2002(2)：15～17
[6] 同济大学主编．单斗液压挖掘机[M]．中国建筑工业出版社，1986
[7] 赵维鹏，张君，谭海港等．润滑脂在轴承中的润滑作用[J]．润滑油，2003(12)：18～22.
[8] 尚光德．挖掘机大修过程中滑动轴承德选择和装配[J]．有色设备，2005(3)，37～38.
[9] 王桂萍．挖掘机推压减速器轴承失效分析与对策[J]．中国钼业，2000(10)，40～41.
[10] 尉立肖，刘才山．圆柱铰间隙运动学分析及动力学仿真[J]．北京大学学报(自然科学版)2005(05)，679～687.
[11] 方良周．MX80液压挖掘机工作装置的仿真与铲斗机构的优化[D]．沈阳：东北大学机械学院，1996.
[12] 赵培训．单半液压挖掘机工作机构运动分析参数优化和动态模拟系统的研究[D]．西安：西安公路交通大学机械学院，1998.
[13] 姬鹏．液压挖掘机反铲装置的运动学仿真及动力学分析[D]．长春：吉林大学机械学院，2004.
[14] 范进桢，孟宪慧等．挖掘机挖掘作业工程的动力学研究[J]．矿山机械，2005，09：39～41.
[15] 李渊博，何清华，张大庆．液压挖掘机工作装置动力学分析与仿真研究[J]．机床与液压，2006(10)，170～171吉林大学博士学位论文.
[16] 何允纪，李滨城，何允纪．液压挖掘机反铲工作装置的优化设计[J]．工程机械，1994，8.
[17] 薛渊，吕广明，陆念力．复合形法在液压挖掘机铲斗连杆机构优化设计中的应用[J]．现代制造工程，2006(3)，114～116.
[18] 史清录，林慕义，康健．挖掘机的最不稳定姿态研究．农业机械学报[J]，2004(9)，32～35.
[19] 方良周，刘得方，刘欣等．改进得遗传算法在MX80液压挖掘机优化中的运用[J]．机械科学与技术，1999(5)，378～379，382.
[20] 陈玉峰，宋立权，韩文强．液压挖掘机工作装置运动与动力综合优化[J]．建筑机械，2005(02)，80～82.
[21] 朱建新，邹湘伏，黄志雄．谈国产液压挖掘机未来的发展趋势[J]．凿岩机械气动工具，2003(3)：48～54.
[22] 陈世教，荣洪均，冀满忠等．液压挖掘机反铲工作装置整机理论复合挖掘力的计算及应用[J]．工程机械,2007(4):39～43.
[23] 何斌，那荣华．单斗液压挖掘机挖掘阻力探讨[J]．建筑机械，1990(10)：24～27.
[24] 孙怀安，方益奇，张旭东．计算机绘图在平面连杆机构综合中的应用[J]．机械，2002(6)：38～40.
[25] 刘子健，洪昌银．自动绘制挖掘机轨迹包络图计算包络面积的方法[J]．工程机械，1990(10)：5～8.
[26] Pyung Hun Chang;Lee,S.-J.A straight-line motion tracking control of hydraulic excavator system[J].Mechatronics,2002,12(1):119～138.
[27] Yokota,Shinichi;Sasao,Masanori;Ichiryu,Ken.Trajectory control of the boom and arm system of hydraulic excavators[J].Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu,C Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers,Part C,1996,62(593):161～167.
