机械制造专业 拖拉机后部挖掘机具摆臂设计.docx

拖拉机后部挖掘机具摆臂设计【摘要】拖拉机后挖掘机具，是拖拉机功能的工程拓展，在国外，拖拉机后挖掘机具已经发展得非常成熟，机具的安全性和稳定性都比较好，国内与之相比还有一定的差距拖拉机后挖掘机具的工作性能与挖掘装置的设计有很大的关联，本文通过对拖拉机后挖掘机具的研究，通过严密的计算方法，设计一种有较好的安全性和稳定性的拖拉机后挖掘机具，希望可以在提高挖掘机具反铲挖掘装置性能方面提供一些具有实践性意义的思路关键词】拖拉机后挖掘机具，反铲挖掘装置 AbstractAfter tractor excavating machine tools, it is the development of tractor function engineering. In foreign countries, the rear tractor excavator has developed very mature, the safety and stability of the machine tools are good, and there is a certain gap compared with it in China. There is a great connection between the working performance of the tractor rear excavator and the design of the excavator. Through the study of the tractor rear excavator, this paper designs a kind of rear tractor excavator with better safety and stability through the rigorous calculation method, and hopes to improve the performance of the excavating device of the backhoe of the excavator. Some practical ideas are provided.Key wordstractor rear excavating machine, backhoe digging device目 录【摘要】 I【关键词】 IABSTRACT IIKEY WORDS II1.绪论 11.1拖拉机后挖掘机具概述 11.2拖拉机后挖掘机具分类 11.3国外拖拉机后挖掘机具发展概况 11.4国内拖拉机后挖掘机具发展概况 21.5研究意义与主要内容 21.5.1研究意义 21.5.2主要研究内容 22.后挖掘机具挖掘装置的设计 32.1工作装置结构与机具工作特点 32.2后挖掘机具挖掘装置的设计原则 32.3拖拉机后挖掘机具挖掘装置机构设计分析 42.3.1动臂机构设计分析 42.3.2斗杆机构设计分析 42.3.3铲斗连杆机构设计分析 52.3.4计算挖掘阻力 52.3.5计算挖掘力 62.4后挖掘机具挖掘装置的参数计算 72.4.1挖掘装置主要参数 82.4.2计算挖掘力 8设计总结 11参考文献 12IV1.绪论1.1拖拉机后挖掘机具概述近些年，我国的农村经济得到了长足的发展，农民的生活水平也相应地得到了提升，农用拖拉机的需求量也越来越多。

在拖拉机上安装上后挖掘机具后，可以用于园林养护、农田水利建设、基坑开挖与回填等多个领域拖拉机后挖掘机具在工作时，通常不能进行侧移，而是利用回转支承，挖掘工作装置可以180°回转拖拉机后挖掘机具通常采用蛙腿式支撑作为支腿，蛙腿式支撑具有较好的稳定性，有助于提升拖拉机后挖掘机具的挖掘能力动臂悬挂系统在后挖掘机具中也较为常见，使用动臂悬挂系统，动臂油缸和动臂间，只需要很小的距离，就可以形成很大的动臂转角在拖拉机后挖掘机具上，一般会安装座椅，以便后挖掘机具的操作者可以直接看到挖掘对象1.2拖拉机后挖掘机具分类按照拖拉机与后挖掘机具的连接方式进行分类，可以分为：1.后悬挂安装式；2.固定安装式在拖拉机的后悬挂杆件上安装后挖掘机具，这种方式即是后悬挂安装式，这种安装方式的优势在于：后挖掘机具拆卸方便，运输便利但是，选用后悬挂安装式时，为了避免拖拉机提升器在进行挖掘工作时提升臂向上运动，需要增加限位装置采用固定安装式时，后挖掘机具被固定在拖拉机上，这种连接方式稳定性较好，但拆卸麻烦按照后挖掘机具的动力取入方式进行分类，可以分为：1.后挖掘机具由拖拉机的液压输出驱动作业；2.后挖掘机具由拖拉机后动力输出轴驱动作业。

采用拖拉机液压输出驱动时，拖拉机提升器的液压输出口直接连着后挖掘机具的液压进油口，后挖掘机具用的是拖拉机的液压过滤系统，因此需要经常清洗拖拉机的液压系统采用拖拉机后动力输出轴驱动时，后挖掘机具通常自带液压过滤系统，使用时更方便一些1.3国外拖拉机后挖掘机具发展概况在国外，拖拉机后挖掘机具已经发展了近50年英国最早研发出拖拉机后挖掘机具，发展至今，欧美国家每台拖拉机售出时，几乎都会带有后挖掘机具国外一些知名的拖拉机生产企业，比如Kubota、AGCO、CNH Global等，这些企业在生产拖拉机时，都会生产与它们拖拉机配套的后挖掘机具另外还有一些只生产后挖掘机具的知名企业，比如Machinery、LITW、Ansung等总体而言，拖拉机后挖掘机具在国外已经发展到一个较高的高度，无论是机具的安全性还是操作性，都已经非常成熟1.4国内拖拉机后挖掘机具发展概况相比于国外，国内的拖拉机后挖掘机具的发展相对落后，机具的可靠性和技术水平都落后于国外技术成熟的国家随着国内新农村建设的推进，可以预见拖拉机后挖掘机具的发展有着广阔的市场前景目前，国内生产拖拉机后挖掘机具的厂家主要有：山东省农业机械科学研究所，桂林玉柴工程机械有限公司，江苏悦达盐城拖拉机制造有限公司等，国内的拖拉机后挖掘机具年产量接近1000台，产品主要出口国外，内销极少。

1.5研究意义与主要内容1.5.1研究意义在实际生活中，拖拉机后挖掘机具有着极其广泛的应用国内的工程项目中，施工对象与技术一直在变化着，小型工程机械的需求量日益增加，其中便包括了拖拉机后挖掘机具目前，国内的许多生产厂家在设计拖拉机后挖掘机具时，通常是在参考液压挖掘机工作装置的基础上进行设计的，这种设计模式，很难同时兼顾到拖拉机后挖掘机具的可靠性和经济性，这主要是由于在工作原理上，挖掘机与拖拉机后挖掘机具其实是有许多不同之处的，比如说：在动臂液压缸的布置上，拖拉机后挖掘机具使用的是支撑式，挖掘机使用的是悬挂式在设计拖拉机后挖掘机具时，除了要考虑发挥机具的挖掘力外，还需要考虑拖拉机在安装后挖掘机具后，能否具备较好的稳定性本论文通过对拖拉机后挖掘机具的研究，希望可以为其设计工作提供一些创新性的计算方法1.5.2主要研究内容论文将对拖拉机后挖掘机具的结构与工作特点进行分析研究，在此基础上，设计一种有较好的安全性和使用性的拖拉机后挖掘机具，使其可以充分发挥整机作业性能，并在市场竞争中占据一定的优势2.后挖掘机具挖掘装置的设计2.1工作装置结构与机具工作特点本质上，拖拉机后挖掘机具中的反铲工作装置是平面连杆机构，在结构上，它使用的是铰销连接，反铲工作装置在工作时，各种操作是利用液压缸的伸缩运动完成的，液压缸的运动与配合，也决定了反铲工作装置的挖掘轨迹。

在实际作业中，主要使用到的作业方式有以下三种：1. 铲斗油缸挖掘；2. 斗杆油缸挖掘；3. 动臂油缸挖掘其中，使用铲斗油缸挖掘时，则以斗杆与铲斗的铰点为中心，挖掘轨迹是以此中心为圆心的特定半径的圆弧线以这种作业方式进行挖掘时，挖掘行程短，要想让铲斗尽可能地装满土壤，必须得保障较大的挖掘力，以便在挖掘土壤时有大一些的厚度因此，在挖掘装置中，使用铲斗油缸挖掘时，斗齿的设计挖掘力是最大的使用斗杆油缸挖掘时，则以斗杆与动臂的铰点为中心，挖掘轨迹是以此中心为圆心的特定半径的圆弧线此种作业方式的挖掘行程较长，即使工作环境中的土质坚硬，也能在铲斗中装满土壤，通常，斗杆油缸挖掘在小型挖掘机具的实际工作中使用较多使用动臂油缸挖掘时，拖拉机后挖掘机具的挖掘形成和挖掘半径达到最大，以动臂的下铰接点为中心，挖掘轨迹是以此中心为圆心的特定半径的圆弧线，这种作业方式工作耗时长，且机具的挖掘力不能得到有效发挥，在实际工作中使用较少图2-1拖拉机后挖掘机具简图2.2后挖掘机具挖掘装置的设计原则1.满足作业范围和主要工作尺寸的要求2.机具挖掘力大小符合要求3.保证结构强度的情况下，尽量减轻机具的重量4.保证机具的稳定性。

5.保证机具的安全性6.拆卸方便2.3拖拉机后挖掘机具挖掘装置机构设计分析2.3.1动臂机构设计分析如图2-2所示，在本次设计中，动臂液压缸设计在动臂上方，因为地面以下是机具的工作区域，为了让机具能够挖深，综合考虑后，使用弯动臂作为挖掘装置的动臂出于动臂强度的考虑，弯动臂的弯角通常在120°至140°之间选取为了让设计的机具结构在生产中易于实现，弯动臂俯角通常大于-52°，仰角通常小于45°出于对动臂液压缸的稳定性方面的考虑，通常，弯动臂的伸缩比λ1为1.6至1.7之间在拖拉机后挖掘机具的设计中，动臂液压缸的力臂比是一个重要的参数，其计算公式为：K4=e0ez，根据不同的使用需求，该参数设计为不同的数值当地面以下是挖掘区域时，K4应取小于0.8的数值；当设计机具为通用式挖掘装置时，K4的取值应在0.8至1.1之间图2-2挖掘装置结构简图2.3.2斗杆机构设计分析在设计斗杆机构时，需要对下列因素进行考虑：1.在设计时，需要确保斗杆机构能产生足够的斗齿挖掘力2.需要保证斗杆机构的闭锁能力符合一定要求，以便充分发挥铲斗的挖掘力3.斗杆摆角应该被控制在一定范围内，通常，如果是通用式挖掘装置，斗杆摆角应在100°至120°之间。

2.3.3铲斗连杆机构设计分析在本次设计中，使用四连杆机构作为反铲铲斗机构在设计时，需要注意下列要素：1.在进行挖掘工作时，铲斗的转角应控制在90°至110°之间，但考虑到运输状况和后续的机具卸载，铲斗的总转角应控制在150°至180°之间2.预估铲斗在实际工作中可能遇到的最大挖掘阻力，以此为依据设计铲斗理论上最大挖掘力通常，在一半转角行程的地方，土壤厚度最大，铲斗碰到的挖掘阻力也达到最大3.出于铲斗连杆机构的稳定性考虑，铲斗液压缸的伸缩比λ3应选取1.45至1.65之间的数值2.3.4计算挖掘阻力在实际挖掘工作中，斗杆挖掘、转斗挖掘以及复合挖掘都较为常见如果土质松软，使用转斗挖掘较多，如果土质坚硬，则使用斗杆挖掘较多计算铲斗挖掘阻力，其切向分力的计算公式为：W1=CR1-cos∅maxcos∅max-∅1.35B.A.Z.X+D （2-1）字母取值代表意义D视实际情况选定切削刃挤压土壤的力X1.15斗侧壁厚度影响系数Z无齿时取1，有齿时取0.75斗齿系数A1.3切削角变化影响系数BB=1+2.6b切削刃宽度影响系数RR=I3铲斗切削半径其中，b表示的是铲斗平均宽度。

根据公式2-1得知，当∅=∅max是，铲斗挖掘阻力最大图2-3铲斗挖掘阻力图计算斗杆挖掘阻力，其计算公式为：W1g=K0q/0.01。