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挖掘机回转机构的设计(说明书+CAD图纸全套)

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挖掘机回转机构的设计(说明书+CAD图纸全套)
1 绪论
1.1 挖掘机的地位和作用
以液压技术应用为基础的挖掘机是工程机械领域中一种典型的土石方施工设备,液压挖掘机与机械传动挖掘机一样,在工业与民用建筑、道路建设、农田水利、油田矿山、市政工程、机场港口等部门的土石方施工中起到十分重要的作用。
在建筑工程中,可用来挖掘基坑、排水沟,拆除旧建筑物,平整场地等。更换工作装置后,可进行装卸、安装、打桩等工作。在水利施工中,可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠、挖深原有河道等。在铁路、公路建设中,用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中,用来挖掘管道沟等。在军事工程中,可用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。
    所以,液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种,对于减轻工人繁重的体力劳动,提高施工机械化水平,加快施工进度,促进各项建设事业的发展,都起着很大的作用,因此,大力发展液压挖掘机,对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。
1.2 挖掘机的发展概况
第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史,期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。
   从20世纪40年代就有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机,20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术,缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件,制造质量不够稳定,配套件也不齐全。但由于液压挖掘机的技术性能,挖掘力大、牵引力大,机器重量轻,传动平稳,作业效率高,结构紧凑,使用安全可靠,操纵简便,易于实现自动控制,便于组织大规模专业化生产,进一步提高质量和降低成本,所以从20世纪60年代起,液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段,各国挖掘机制造厂和品种增加很快,产量猛增。1968-1970年间,液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%,目前已接近100%。
从20世纪后期开始,国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。
1.2.1 国内发展概况
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30-40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。在80年代初引进德国系列液压挖掘机制造技术(例如有德国Liebherr公司、Demag公司和O&P公司),浙江大学的冯培恩教授开始率先着手研究挖掘机机电一体化技术,首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制。但是他们在任务规划层面上只停留在仿真阶段,还没有提出显著的实现方案。
1997年至2006年,这十年是我国挖掘机行业大发展的十年。97年全国挖掘机总产量还不到4000台,销售量也仅为3390台。而十年后的今天,我国挖掘机总产量预计能达到45000台以上,销售量(包括出口量)将超过43000台,与十年前相比,产销量均增长了了10倍以上。目前,中国挖掘机的年需求量已超过6万台,成为世界最大的挖掘机市场。
第十一个五年计划期间中国挖掘机待业面临的机遇和挑战国内挖掘机市场的不断扩大、用户对挖掘机的需求量不断增加、丰厚的利润促使国外主要挖掘机制造商几乎全部进入中国。激烈的市场竞争,促使企业产品质量不断提高,产品更新速度加快,企业或代理商为用户服务的意识增强。进入中国的不少国外大公司为本品牌的代理商以融资租赁或其他形式,手续逐步简化。两个五年计划基本建设的投资规模增大,成为保持GBD增长的重要条件和关键所在,购买挖掘机已成为各种施工工程的首选机种。随着国民经济的发展,中国西部和北部地区由于建设项目的增多、中央和地方对这些地区基本建设投资额的增加,促使这些地区挖掘机潜在市场向挖掘机现实市场转化。新机购买量增长,成为挖掘机的旺销地区。中国国有和民营企业挖掘机的市场占有率已从2000年的5%提高到2005年的22%。2006年挖掘机销售量(含出口)预计可达到43000台,预计到2010年,销售量总和可以达到70000台左右。
1.2.2 国外发展概况
工业发达国家的挖掘机生产较早,法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量 单斗液压挖掘机的主要生产国,从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如,美国马利昂公司生产的斗容量50-150m³剥离用挖掘机,斗容量132m³的步行式拉铲挖掘机;B-E(布比赛路斯-伊利)公司生产的斗容量168.2m³的步行式拉铲挖掘机,斗容量107m³的剥离用挖掘机等,是世界上目前最大的挖掘机。
从20世纪后期开始,国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。
(1)开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田建设的需要,国外发展了斗容量在0.25m³以下的微型挖掘机,最小的斗容量仅在0.01m³。另外,数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能,配备了多种工作装置。与此同时,发展专门用途的特种挖掘机,如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。
(2)迅速发展全液压挖掘机,不断改进和革新控制方式,使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。
(3)重视采用新技术、新工艺、新结构,加快标准化、系列化、通用化发展速度。更新设计理论,提高可靠性,延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论,以替代传统的无限寿命设计理论和方法,并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面,促进了产品的优质高效率和竞争力。加强对驾驶员的劳动保护,改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室,安装可调节的弹性座椅,用隔音措施降低噪声干扰。
   (4)进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中,压力减小时和增大流量来裣,使液压泵功率保持恒定,亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。此外,液压技术在挖掘机上普遍使用,为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。20世纪80年代,以微电子技术为核心的高新技术,特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用,推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广,并已成为挖掘机现代化的重要标志,亦即目前先进的挖掘机上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统,如澳大利亚机器人中心(Australian Center of Field Robotics, ACFR)的自主挖掘研究,英国兰卡斯特大学的智能挖掘机研究等的成功推动了自动化的进一步发展。
1.3 挖掘机的发展方向
随着生产技术的不断改进,我国挖掘机市场近十年来几乎平均每年以30%速度递增,国内企业为了获得更大的投资收益,在生产规模和产品质量上不断提升。依托国际市场的定价和国内市场的原材料、人力资源等成本优势,我国挖掘机产品投资价值极具吸引力。但是我国挖掘机出口量占总销售量比例很小,产品主要以小型挖掘机为主,行业中产销量近80%为日、韩、美等外资企业所占有。因此,我国在挖掘机的研制和改进方向在于:
(1)细节决定品质:我国企业生产的挖掘机装配了国际知名品牌的液压元件、配套件等,主机性能与国外产品相比差距很小,但在可靠性和技术细节上仍有待进一步提高。
(2)智能化引领风骚:挖掘机在液压方面的主要发展趋势是电液控制智能化,这一技术的成熟使用将加快系统响应,使整个动力系统控制更加方便、灵活。
1.4 回转机构设计的主要目的与要求
挖掘机的回转机构是液压挖掘机重要机构之一。据统计, 回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的50%~70%, 能量消耗约占25%~40%,回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量30%~40%。因此, 合理地设计回转机构的结构特征、液压油路方案, 正确地选择回转机构诸参数, 对提高生产率和功能利用率, 改善司机劳动条件, 减少工作装置的冲击等具有十分重要的意义。
本设计的研究内容:
了解回转装置的工作方式及特点,进行方案选择,确定挖掘机回转装置的基本结构。对装置的各机构作运动分析,对机构各参数进行理论分析计算,初步确定各机构参数。研究影响机构运动的参数,分析挖掘机工作的极限工况,对回转装置各机构进行静力学、动力学的分析计算,选择确定各机构最优参数并结构设计。
回转机构设计的基本要求:
(1)在角加速度和回转力矩不超过允许值的前提下,应尽可能缩短回转时间,提高机构效率。在回转部分惯性已知的求你情况下,角加速度的大小受最大回转扭矩的限制,该扭矩不应超过行走部分与地面的附着力矩;
(2)回转时工作装置的过载系数不应超过允许值。非全回转的挖掘机回转时,工作装置不应碰撞定位器;
(3)回转能量损失最小。
     
     回转机构设计的原始参数:
(1)装机总重为20吨;
(2)启动时间为2秒;
(3)制动时间为2秒。


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