小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)和駕駛室設(shè)計(jì)（范文）

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1、1緒論 1 1.1選題背景 1 1.1.1選題原因 1 1.1.2選題意義 1 1.2設(shè)計(jì)目的 1 1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 2小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)分析 3 2.1小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)存在的問(wèn)題 3 2. 2小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo) 5 2. 3小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案 5 2. 4小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析 6 3小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程 10 3.1回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 10 3.2元件選型 12 3. 3技術(shù)參數(shù)匹配計(jì)算 12 3. 4小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的靜平衡設(shè)計(jì) 15 3. 5小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體改進(jìn)設(shè)計(jì) 18 3. 6小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)驗(yàn)證 20 4挖掘

2、機(jī)駕駛室操作臺(tái)設(shè)計(jì) 22 4. 1駕駛室骨架設(shè)計(jì) 22 4. 1. 1駕駛室骨架設(shè)計(jì) 22 4. 1.2駕駛室骨架設(shè)計(jì) 23 4.2駕駛室門(mén)設(shè)計(jì) 24 4. 2. 1駕駛室門(mén)釵鏈強(qiáng)度計(jì)算 25 4. 3駕駛室視野設(shè)計(jì) 26 4. 3. 1眼橢圓設(shè)計(jì) 27 4. 3.2駕駛室視野范圍校核 28 4. 4操作器設(shè)計(jì) 30 圖2. 3兩軸小型挖掘機(jī)回臺(tái)傳動(dòng)原理圖 2. 4小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析 小型挖掘機(jī)問(wèn)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前提是滿(mǎn)足加工運(yùn)動(dòng)精度及安裝使用要求，同 時(shí)要求小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單且有一定的強(qiáng)度和剛度，定位性 能要好，加工制造方便，此外，還

3、應(yīng)滿(mǎn)足小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小， 在保證一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度下輕量化、外觀美觀等。此回轉(zhuǎn)臺(tái)最大尺寸分別為 長(zhǎng)度:410mm,寬度:280mm,高度：262mm,可以裝夾的工件最大直徑為120mm,小 型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)要底板設(shè)計(jì)成直角的兩板，可以使回轉(zhuǎn)臺(tái)垂直放置或水平放置。 小型挖掘機(jī)數(shù)轉(zhuǎn)臺(tái)各零部件件作用關(guān)系：例如，工件通過(guò)外圓及端面安裝在 蝸輪中，利用蝸輪內(nèi)孔中的止口進(jìn)行定位，通過(guò)開(kāi)槽平端緊定螺釘從徑向夾緊。 蝸輪用一個(gè)推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承連接支撐，安裝在支座的軸承座孔中， 推力球軸承和深溝球軸承之間用調(diào)整墊片及軸承端蓋實(shí)現(xiàn)的軸向定位，軸承端蓋 用六個(gè)六角頭螺栓固定在支座上。支座

4、利用圓錐銷(xiāo)及六角頭螺栓固定在底座上。 步進(jìn)電機(jī)通過(guò)外徑和止口及個(gè)六角頭螺栓固定在軸承支座上，保持相對(duì)正確位 置。步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與蝸桿用鍵連接傳遞扭矩，蝸桿用兩個(gè)單列的接觸球軸承 支撐。右側(cè)軸承端蓋靠4個(gè)六角頭螺栓固定，用調(diào)整墊片調(diào)整軸承間隙，用毛氈 密封軸承。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)蝸桿帶動(dòng)蝸輪，實(shí)現(xiàn)工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另一 個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)鍵與齒輪連接，齒輪與齒輪嚙合，齒輪通過(guò)鍵與軸配合，軸通過(guò) 軸支座上的一對(duì)單列角接觸球軸承和鍵的作用于軸承支座，軸承支座通過(guò)推力球 軸承、深溝球軸承和軸承端蓋的作用于蝸輪配合連接在一起配合連接，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn) 臺(tái)裝夾工件的來(lái)回?cái)[動(dòng)。底座是一角形支架，可利用兩個(gè)互相垂直的

5、底面和側(cè)面 分別安裝在線切割機(jī)床工作臺(tái)上，使回轉(zhuǎn)夾具能翻轉(zhuǎn)90度使用。 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)建模，首先在CAD中設(shè)計(jì)出整體的小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)二維 圖紙，確定好大體布局和整體尺寸，再具體設(shè)計(jì)各個(gè)組成零件的CAD圖紙，以確 定其大致的尺寸和標(biāo)準(zhǔn)件的型號(hào)。設(shè)計(jì)好小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)二維圖紙，再進(jìn)行小 型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模仿真觀察其整體的布局合理性和各個(gè)部件裝配的正 確性，避免加工制造不必要的錯(cuò)誤。 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)三維建模設(shè)計(jì)時(shí)選擇UG軟件建模，要實(shí)現(xiàn)從二維CAD圖 紙?jiān)O(shè)計(jì)UG的三維模型圖，并在設(shè)計(jì)出小型挖掘機(jī)網(wǎng)轉(zhuǎn)臺(tái)的各個(gè)零件三維圖和整 體裝配圖之后，確定其裝配及設(shè)計(jì)正確無(wú)誤后，將其三維圖導(dǎo)出二維C

6、AD圖紙， 做適當(dāng)?shù)男薷木涂梢杂糜诠ぜ募庸ぃ椒ū容^快捷簡(jiǎn)單，使用UG建立的小型 挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)模型如圖2.4所示。根據(jù)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)生產(chǎn)制造的技術(shù)要求和 零件二維CAD圖的尺寸加工制造各個(gè)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的零件，然后依據(jù)UG建 立的裝配方式進(jìn)行小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)零件的裝配，最后得到的兩軸小型挖掘機(jī)回 轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)物圖如圖2. 5所示。 此小型挖掘機(jī)小型挖掘機(jī)加工系統(tǒng)的控制方式采用的是步進(jìn)電機(jī)的脈沖式 控制，PMAC可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器可以通過(guò)相對(duì)應(yīng)的接口卡ACC-8S控制步進(jìn)電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)，接口卡ACC-8S是可以控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或脈沖型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 的兩軸控制輸出板。PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器

7、是美國(guó)Delta Tau Data System公司 推出的用于PC機(jī)平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)控制器，它是一個(gè)完全開(kāi)放的系統(tǒng)，它采用了 Motorola公司的高性能信號(hào)數(shù)字處理器DSP5600作CPU, PMAC是世界上功能最強(qiáng) 大的運(yùn)動(dòng)控制器之一，也是靈活較高的控制器，它連接各種類(lèi)型的主機(jī)、放大器、 電機(jī)和傳感器協(xié)同完成各種類(lèi)型的強(qiáng)大功能。因此，可以根據(jù)軟件和硬件特性進(jìn) 行設(shè)定特定的功能，以使它能正常的工作，從而保證多軸的運(yùn)動(dòng)。 圖2. 4小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的三維模型 圖2. 5小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際 在本次設(shè)計(jì)中，動(dòng)臂液壓缸設(shè)計(jì)在動(dòng)臂上方，因?yàn)榈孛嬉韵率菣C(jī)具的工作區(qū) 域，為了讓機(jī)具能夠挖深，綜

8、合考慮后，使用彎動(dòng)臂作為挖掘裝置的動(dòng)臂。 出于動(dòng)臂強(qiáng)度的考慮，彎動(dòng)臂的彎角通常在120°至140°之間選取。為了 讓設(shè)計(jì)的機(jī)具結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)中易于實(shí)現(xiàn)，彎動(dòng)臂俯角通常大于-52。，仰角通常小 于 45。。 出于對(duì)動(dòng)臂液壓缸的穩(wěn)定性方面的考慮，通常，彎動(dòng)臂的伸縮比入1為1.6至 1.7之間。 在挖掘機(jī)后挖掘機(jī)具的設(shè)計(jì)中，動(dòng)臂液壓缸的力臂比是一個(gè)重要的參數(shù)，其 計(jì)算公式為：匕=冬，根據(jù)不同的使用需求，該參數(shù)設(shè)計(jì)為不同的數(shù)值。當(dāng)?shù)孛?ez 以下是挖掘區(qū)域時(shí)，匕應(yīng)取小于0.8的數(shù)值；當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)具為通用式挖掘裝置時(shí)， 匕的取值應(yīng)在0. 8至1. 1之間。 3小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程 3.1回

9、轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 (1) 垂直載荷與傾翻力矩 Fhui = (Gpei+Gtai + (pfihi+(p2Q) Mhui=(Gpeix Xpei+Giciix XtciA(p、Gbix Xbi+(p2QxR) (2) 風(fēng)載引起回轉(zhuǎn)阻力矩 風(fēng)吹向車(chē)側(cè)方，風(fēng)壓為一類(lèi)風(fēng)壓。 們=0.6缶 ① 臂架風(fēng)載引起的回轉(zhuǎn)阻力矩Nhuifbi Fhuijhi = q〕x Cbi x q(1 + 〃) x Lbih x L Mhuijbi = Fhuifbi x Xbi ② 轉(zhuǎn)臺(tái)風(fēng)載引起的回轉(zhuǎn)阻力矩Mhuitai Fhuijbi = Cxq【x Stai Mhuijbi = Fhuiflyi

10、x Xtai ③ 荷重風(fēng)載引起的網(wǎng)轉(zhuǎn)阻力矩Mhuifq Fhuify = C x q[ x Sq Mhuifq = Fhuify x R ④ 總風(fēng)載回轉(zhuǎn)阻力矩Mhuif Mhuif = Fhuifbi+ Fhuiftai+ Fhuifq (3) 坡阻力矩 Mhuip= Mhnix sin Apo ⑷摩擦阻力矩 Fh〃i，〃= Fhui(\-々)刀冬些給 n 7rD Mhuiztn = 0.5 JJuiix Fhuimx Dhui (5)慣性阻力矩 Jhui = Qx R~ + Gpeix Xpei~ + Glaix Xtai1 + Gbix Xbi2 .2ttxVh

11、ui Ehui = 60xtq Mhuig = l.5Jhuix Ehui (6)總的回轉(zhuǎn)阻力矩 正常阻力矩： Mhuizong = Mhuif + Mhuip+ Mhuim 最大阻力矩： M 血"max = Mhuif+ Mhuip+ Mhuitn+ Mhuig 依據(jù)上面的公式對(duì)小型挖掘機(jī)進(jìn)行計(jì)算及選型，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)最不利工況是回轉(zhuǎn) 和起升同時(shí)作業(yè)，起吊最大起重量。選取的計(jì)算工況為主臂18m臂架角度80度, 幅度5m。采用載荷組合la計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3.1。 表3. 1 260t小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)阻力矩 垂直載荷(kN) 4182. 79 側(cè)翻力矩(kNm) 7720. 6

12、5 風(fēng)阻力矩(kNm) 16.. 78 坡阻力矩(kNm) 385. 23 摩擦阻力矩(kNm) 28. 54 慣性阻力矩(kNm) 126. 36 正常阻力矩(kNm) 430. 55 最大阻力矩(kNm) 556. 91  垂直載荷（kN） 4182.79 傾翻力矩（kNm） 7720.65 風(fēng)阻力矩（kNm） 16.78 坡阻力矩（kNm） 385.23 摩擦阻力矩（kNm） 28.54 慣性阻力矩（kNm） 126.36 正常阻力矩（kNm） 430.55 最大阻力矩（kNm） 556.91 3.2元件選型 根據(jù)上面算

13、出的回轉(zhuǎn)阻力矩確定驅(qū)動(dòng)型式及元件選型，元件選型結(jié)果見(jiàn)表 3.2 : 表3. 2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)元件選型 項(xiàng)目 符號(hào) 數(shù)值 備注 驅(qū)動(dòng)型式 雙驅(qū) 回轉(zhuǎn)支承 型號(hào) 131.45.2240 外嚙合 滾道直徑 Dhui 2240mm 齒數(shù)，模數(shù) 157,16 減速機(jī) 型號(hào) GFB36T3-1000 傳動(dòng)比 i 117.55 機(jī)械效率 % 0.95 小齒輪齒數(shù)，模 Zi,m 12,16 數(shù) 馬達(dá) 型號(hào) A2FE45/61 W 最大排量 V,n 4

14、5.6 ml/r 工作轉(zhuǎn)速 P 35MPa 機(jī)械，容積效率 0.92,0.95 回轉(zhuǎn)泵 型號(hào) A11V090 最大排量 vP 90m 1/r 工作轉(zhuǎn)速 P 2100rpm 機(jī)械，容積效率 0.92,0.95 3.3技術(shù)參數(shù)匹配計(jì)算 以回轉(zhuǎn)起動(dòng)和穩(wěn)定回轉(zhuǎn)兩個(gè)工況作為機(jī)構(gòu)的驗(yàn)算工況。 (1) 馬達(dá)最大壓差 回轉(zhuǎn)起動(dòng)扭矩： M = - = 5569x12 = 22.4,3.< Me 2，亦 2x 157 x0.95 馬達(dá)最大壓差：n W = 2x3」4x22.4xlV = Vim 45.

15、6x117.55x0.92x0.95 (2) 正常工作馬達(dá)壓差 設(shè)穩(wěn)定回轉(zhuǎn)的速度為最大回轉(zhuǎn)速度，此時(shí)的減速機(jī)輸出扭矩: M.=—一 2z?磯 430.55x12 =17 32^.^ 2x157x0.95 其中，化二開(kāi)齒傳動(dòng)效率, 馬達(dá)正常工作壓差: △P\ = 竺上=2x3」4n7.32M)'= 〃 Vim 45.6 x 117.55 x 0.92 x 0.95 (3) 最大回轉(zhuǎn)速度 馬達(dá)轉(zhuǎn)速: "max Qnax ~2V~ v 179.55 2x45.6x103 x 0.95 = 1870.3〃 min v % 最大回轉(zhuǎn)速度: =〃maxZ| =

16、emax ? z2l ="3X12 52心n 159x117.55 本次論文設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)后挖掘機(jī)具，其挖掘裝置的主要參數(shù)如表3-1所示: 表3-1挖掘裝置主要參數(shù) 挖掘高度最大值 3. 770 米 卸載周度最大值 2. 110 米 挖掘深度最大值 2.485 米 鏟斗容量 0. 08立方米  鏟斗轉(zhuǎn)角 3160° 擺動(dòng)角度最大值 180° 鏟斗油缸推力的計(jì)算公式為：P3 = ： X 1)2 X鳥(niǎo)X仍X如 字母 取值 代表意義 Py 120kg/cm3 油缸額定壓力 % 0. 95 機(jī)械效率 死 0.9 管路效率 D

17、 63mm 油缸內(nèi)徑 將數(shù)值代入公式計(jì)算后得出：P3 = 3196.7切 將P3值代入公式3-4,得出鏟斗油缸的挖掘力，具體結(jié)果如表3-2所示: 表3-2鏟斗油缸挖掘力 油缸行程 回轉(zhuǎn)角 n 「2 二3 P (kg) 890 0 188 278 325 890 890~1046 30 334 314 308 1327 890,132 45 352 326 296 1294 890^1213 60 348 333 280 1185 890~1349 90 309 340 246 906 890~1442

18、120 237 338 211 599 890^1520 160 140 314 174 314 斗桿油缸推力的計(jì)算公式為：「2 = ： X Z)2 X弓X X如 字母 取值 代表意義 Py 120kg/cm3 油缸額定壓力 % 0. 95 機(jī)械效率 叩2 0.9 管路效率 D 80mm 油缸內(nèi)徑 將數(shù)值代入公式計(jì)算后得出：P2 = 5154.6kg 將P2值代入公式2-5,得出斗桿油缸的挖掘力，具體結(jié)果如表3-3所示: 表3-3斗桿油缸挖掘力 油缸行程 回轉(zhuǎn) 角 作用力至 回轉(zhuǎn)點(diǎn)距 離 挖掘力P2 (kg)

19、 鏟斗轉(zhuǎn)35° 鏟斗轉(zhuǎn)48° 鏟斗全收回 925 0 280 772 799 736 925^1110 30 413 1138 1179 1086 925^1220 45 422 1163 1205 1110 925~1520 90 308 849 879 810 925~1590 105 245 675 699 644 3.4小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的靜平衡設(shè)計(jì) 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)在進(jìn)行線切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，多數(shù)情況下是處于中間的平衡狀態(tài) 進(jìn)行往返地?cái)[動(dòng)。如果小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)存在明顯的重力不平衡現(xiàn)象，小型挖掘 機(jī)網(wǎng)轉(zhuǎn)臺(tái)在中間位置擺動(dòng)時(shí)，就會(huì)

20、有明顯的力矩突變，會(huì)使傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)最終的 位置偏差，造成電極絲與工件之間不僅僅是加工上出現(xiàn)的誤差，有可能造成電極 絲的短路和斷絲。在加工過(guò)程中電極絲的斷絲是電火花加工的?大禁忌，不但浪 費(fèi)時(shí)間也會(huì)造成加工的不準(zhǔn)確。因此，對(duì)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 調(diào)整其平衡性是必須的一項(xiàng)工作，它有利于小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)在傳動(dòng)方面的精 確，改善加工中的電機(jī)工作條件和提高工件的加工質(zhì)量。 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)沒(méi)有進(jìn)行靜平衡之前其結(jié)構(gòu)如圖3. 1所示，在轉(zhuǎn)盤(pán)軸承支 座上的電機(jī)及轉(zhuǎn)盤(pán)不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，由于自身的重力會(huì)產(chǎn)生不平衡力矩。小型挖掘 機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)在僅施加重力時(shí)，其在重力作用下的狀態(tài)如圖3. 2所示，可?以看到小

21、型 挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的明顯不平衡現(xiàn)象。 圖3.1回轉(zhuǎn)臺(tái)未受重力時(shí)的狀態(tài)圖 4. 4挖掘機(jī)座椅設(shè)計(jì) 31 結(jié)論 32 參考文獻(xiàn) 34 圖3. 2回轉(zhuǎn)臺(tái)受重力時(shí)的狀態(tài)圖 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的不平衡現(xiàn)象的解決，因?yàn)橐呀?jīng)知道靜不平衡力矩進(jìn)產(chǎn)生 的原因，所以平衡小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)靜不平衡力矩采用在小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的適 當(dāng)位置加配重塊的方法。依此實(shí)現(xiàn)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的靜平衡，從而減小小型挖 掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)工作時(shí)誤動(dòng)作的影響，減輕對(duì)電極絲的沖擊。重力平衡設(shè)計(jì)時(shí)又要局 限在小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在增加配重塊時(shí)，放置的位置是比較難 選擇的問(wèn)題，所以不能簡(jiǎn)單地對(duì)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)直接加上配重塊

22、，要考慮到小 型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的兩個(gè)工作位置都要盡量實(shí)現(xiàn)平衡性和回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作空間。首先 對(duì)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改變電機(jī)的安放位置，同時(shí)調(diào)整底板一側(cè) 對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的干涉影響，其設(shè)計(jì)結(jié)果如圖3. 3所示。在結(jié)構(gòu)上將蝸桿的位置 移動(dòng)到有支撐的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，這樣大大可以減少力矩，并且在軸承端蓋的一側(cè)加上 適當(dāng)質(zhì)量的配重塊，可以使小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)靜平衡。然而當(dāng)小型挖掘機(jī)回 轉(zhuǎn)臺(tái)側(cè)向工作時(shí)，因其不平衡力矩較小，將配重塊適當(dāng)下移，就可以得到平衡。 從而使小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)較平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)，不在受不平衡力矩的影響，避免小 型挖掘機(jī)網(wǎng)轉(zhuǎn)臺(tái)頻繁換向時(shí)加工誤差的累積和電極絲發(fā)生斷絲的危險(xiǎn)使加工精 度得到提

23、高。 圖3. 3小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的重力平衡改進(jìn)后的結(jié)構(gòu) 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)針對(duì)圓形工件裝夾要求其能快速找準(zhǔn)中心，節(jié)約時(shí)間，裝 夾方便。在眾多夾具中三爪卡盤(pán)完全可以滿(mǎn)足以上的幾點(diǎn)要求，因此在設(shè)計(jì)中針 對(duì)圓形工件的夾具設(shè)計(jì)采用了三爪卡盤(pán)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母恼?，?結(jié)構(gòu)模型如圖3. 4所示。 三爪卡盤(pán)在小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)上的裝配位置在蝸輪的底部，這樣可以使工件 比較接近工作臺(tái)，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)和回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)更加緊湊，其裝配圖如圖3.5 所示。 針對(duì)多邊形工件的裝夾設(shè)計(jì)原理和機(jī)床本身設(shè)計(jì)類(lèi)似，采用鋼條和長(zhǎng)螺釘裝 夾工件。在用小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行小型挖掘機(jī)加工時(shí)，電極絲與工件幾乎是不 接

24、觸的，彼此不會(huì)產(chǎn)生較大的接觸力，因此工件固定和夾緊相對(duì)比較容易。采用 鋼條和長(zhǎng)螺釘裝夾工件，首先根據(jù)工件的尺寸確定采用那兒個(gè)螺釘固定，選擇好 位置之后將螺釘上套上兩條鋼條，將工件放在螺釘上的兩鋼條之間，然后擰緊螺 釘，從而實(shí)現(xiàn)工件的夾緊，裝夾效果如圖3. 6所示。 圖3. 4三爪卡盤(pán)的設(shè)計(jì) 圖3. 5小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)及夾具的改進(jìn) 圖3. 6多邊形的裝夾方式 3.5小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體改進(jìn)設(shè)計(jì) 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)改進(jìn)設(shè)計(jì)中單從機(jī)構(gòu)的方面分析，上述方案的夾具和重力 平衡設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，但是上述方案中回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊性不 太好，小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)的加

25、工范圍比較小，不可以翻轉(zhuǎn)360度，加工細(xì) 長(zhǎng)軸時(shí)要重新安裝才可以加工且底板結(jié)構(gòu)比較笨重。因此需要在整體上調(diào)整小型 挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)，使回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以擴(kuò)大翻轉(zhuǎn)的角度，理論上設(shè)計(jì)是要 求轉(zhuǎn)向可以360度旋轉(zhuǎn)。上述方案的夾具設(shè)計(jì)采用三爪卡盤(pán)自動(dòng)定心，其定心精 度比虎鉗式定位夾緊的精度要略高，但是三爪卡盤(pán)的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)都是非標(biāo)準(zhǔn)尺 寸，自己加工制作其精度達(dá)不到理論上設(shè)計(jì)要求，并且加工制作比較麻煩，虎鉗 定心夾緊的設(shè)計(jì)制作相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單?；剞D(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的調(diào)整，也可以從避免 的上述方案加配較大的配重塊考慮，減輕了小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的重量。 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，要考慮到電極絲

26、的工作范圍、回轉(zhuǎn) 臺(tái)的體積和夾緊裝置盡量簡(jiǎn)單、回轉(zhuǎn)臺(tái)的平衡性等問(wèn)題，做到綜合改進(jìn)設(shè)計(jì)。從 多數(shù)夾緊機(jī)構(gòu)中可以看出，多數(shù)夾具體積比較大，并且中心難以留出電極絲的運(yùn) 動(dòng)范圍，綜合比較考慮采用虎鉗式定位夾緊。小型挖掘機(jī)HA400具有自動(dòng)對(duì)中心 的功能既可以自動(dòng)找到中心位置，所以采用虎鉗式自動(dòng)對(duì)心裝夾機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單合 理?；Q式自動(dòng)對(duì)心裝夾機(jī)構(gòu)選用一個(gè)夾緊鉗口是平的，而另一個(gè)鉗口是V型； 定心虎鉗中的兩端螺旋的每英寸的扣數(shù)必須不同，以便做到不論工件的直徑大小 而每個(gè)鉗口都能適當(dāng)?shù)叵騼?nèi)移動(dòng)一定距離來(lái)達(dá)到定心效果，其夾具的三維圖如下 圖3. 7左圖所示。螺旋桿兩端分別采用6牙/時(shí)的右旋愛(ài)克母螺紋和5牙/時(shí)的

27、左 旋愛(ài)克母螺紋，由公式： ［螺距 sin<9 = sin￡=——= 0.833, 0 = 56.5 c 1擊因 得:V型塊的夾角是0 = 2x0 = 113°。夾具的導(dǎo)向作用由導(dǎo)柱和V型塊和平鉗 口上的導(dǎo)向塊一起作用。此夾具可以裝夾圓形工件和正方形工件，其他大尺寸的 多邊形工件的裝夾仍采用上述的螺栓壓條裝夾，結(jié)構(gòu)如圖3. 7右圖所示。 圖3. 7回轉(zhuǎn)臺(tái)的夾具 回轉(zhuǎn)臺(tái)的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重力平衡設(shè)計(jì)和工作轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)都要在回轉(zhuǎn)臺(tái)的改進(jìn) 設(shè)計(jì)中得以實(shí)現(xiàn)和滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，上述2種夾具設(shè)計(jì)方法原理基本相同，操作 比較簡(jiǎn)單，但考慮到整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加合理，回轉(zhuǎn)臺(tái)夾具采用虎鉗式夾具和螺 母壓

28、條式夾緊如圖3. 7所示，重力平衡仍然采用配重塊的方法，回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體改 進(jìn)設(shè)計(jì)如圖3. 8所示。 圖3. 8小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu) 3.6小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)驗(yàn)證 (1) 裝配體中連桿的創(chuàng)建。 在UG運(yùn)動(dòng)仿真中，運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件必須創(chuàng)建為連桿。UG中可以在連桿的創(chuàng)建中 定義其相對(duì)屬性，如連桿對(duì)象、慣性矩、質(zhì)量屬性等也可以自動(dòng)設(shè)置，一個(gè)構(gòu)件 可以設(shè)置為一個(gè)連桿，多個(gè)零件也可以設(shè)置為一個(gè)連桿。首先新建motion 1, 再定義運(yùn)動(dòng)連桿。小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)仿真中，連桿的定義如下:連桿L001 定義為固定連桿，選擇的構(gòu)件如下圖3.9(a)中高亮顯示的部分零件，定義固定 連桿相當(dāng)其

29、于大地相連接，在運(yùn)動(dòng)時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)。左側(cè)的電機(jī)軸和小齒輪定義 為連桿L002,左側(cè)的大齒輪消隙機(jī)構(gòu)整個(gè)轉(zhuǎn)配體、軸、軸承支座、軸承等如圖 3. 9(b)高亮顯示的部分定義為連桿L003,軸承支座上的電機(jī)小齒輪定義為連桿 L004,大齒輪及套筒夾具要一起旋轉(zhuǎn)定義為連桿L005如圖3.9(c)所示。在連桿 的定義時(shí)，連桿的質(zhì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)心都采用軟件的自動(dòng)定義方式，也可以自 己設(shè)定。 (c)連桿 L005 (b)連桿 L003 (d)連桿定義導(dǎo)航圖 一;-上\上一??指， 圖3. 9小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)定義的連桿 (2) 小型挖掘機(jī)回

30、轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)副(Toints)的創(chuàng)建 一個(gè)機(jī)構(gòu)一般是由多個(gè)構(gòu)件裝配而成的的，各個(gè)構(gòu)件之間的相互聯(lián)系和作用 的關(guān)系叫做運(yùn)動(dòng)副。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是指通過(guò)運(yùn)動(dòng)副將連桿約束在一起使機(jī)構(gòu) 中各構(gòu)件具有某種裝配關(guān)系。運(yùn)動(dòng)副通常關(guān)聯(lián)兩個(gè)構(gòu)件，并限制兩個(gè)構(gòu)件之間的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在定義運(yùn)動(dòng)副時(shí)需要選擇兩個(gè)構(gòu)件，即便是存在一個(gè)構(gòu)件的情況，也 是將另一個(gè)構(gòu)件默認(rèn)為是大地(Ground)。UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊中具有普通類(lèi)型運(yùn)動(dòng) 副和特殊類(lèi)型運(yùn)動(dòng)副，例如旋轉(zhuǎn)副、萬(wàn)向節(jié)、滑動(dòng)副、柱面副、球面副、平面副、 點(diǎn)在線上副和線在線上副等屬于普通類(lèi)，線纜副、螺旋副、齒輪齒條副及齒輪副 等屬于特殊類(lèi)型運(yùn)動(dòng)副。 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)中總共創(chuàng)建7

31、個(gè)運(yùn)動(dòng)副，首先連桿L001選擇是固定連桿, UG軟件自動(dòng)創(chuàng)建與大地相連的固定運(yùn)動(dòng)副J001,再定義連桿L002定義為旋轉(zhuǎn)副 J002同時(shí)要和連桿L001嚙合，連桿L003定義為轉(zhuǎn)副J003同時(shí)要和連桿L001 嚙合，連桿L004定義為旋轉(zhuǎn)副J004同時(shí)要和連桿L003嚙合，連桿L005定義為 旋轉(zhuǎn)副J005同時(shí)要和連桿L003嚙合。最后定義特殊類(lèi)型運(yùn)動(dòng)副，小型挖掘機(jī)回 轉(zhuǎn)臺(tái)需要定義的殊類(lèi)型運(yùn)動(dòng)副只有2個(gè)齒輪副，回轉(zhuǎn)臺(tái)左側(cè)的齒輪副J006定義, 依次選擇旋轉(zhuǎn)副J002, 1003,齒輪副是比率就是齒輪的傳動(dòng)比，設(shè)置為20/50。 大齒輪的齒輪副的定義J007依次選擇旋轉(zhuǎn)副J004, J005,齒

32、輪副是比率就是齒 輪的傳動(dòng)比，設(shè)置為31/118。 （3）小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)中驅(qū)動(dòng)（Motion Driver）的定義 運(yùn)動(dòng)仿真中模型上驅(qū)動(dòng)的定義就是將沒(méi)有約束的構(gòu)件或沒(méi)有定義的運(yùn)動(dòng)副 進(jìn)一步定義，使其具有一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律。UG中共有5種類(lèi)型:a無(wú)驅(qū)動(dòng)，就是不施 加任何驅(qū)動(dòng)相當(dāng)于只有運(yùn)動(dòng)副關(guān)系；b恒定驅(qū)動(dòng)，可以設(shè)置運(yùn)動(dòng)副等線速度（角 速度）或等加速運(yùn)動(dòng)（角加速度）；c簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，就是施加簡(jiǎn)諧形式的運(yùn)動(dòng)函 數(shù)；d運(yùn)動(dòng)函數(shù)，設(shè)置數(shù)學(xué)函數(shù)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)；e關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，給定運(yùn)動(dòng)副步 長(zhǎng)（角度）和步數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)小型挖掘機(jī)網(wǎng)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，首先需要分析小型挖掘 機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)可以運(yùn)動(dòng)的范圍是多少，也是對(duì)設(shè)計(jì)的初步

33、驗(yàn)證。在小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái) 的運(yùn)動(dòng)仿真中定義J002以恒定角速度45degrees/sec驅(qū)動(dòng)，定義J004以恒定角 速度40degrees/sec驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)定義完成。 4挖掘機(jī)駕駛室操作臺(tái)設(shè)計(jì) 挖掘機(jī)人機(jī)界面布局是根據(jù)之前收集研究的數(shù)據(jù)和指標(biāo)，將顯示器和操作裝 置合理的擺放在統(tǒng)一界面中，方便駕駛員的操作，并使其滿(mǎn)足人機(jī)工程學(xué)的要求 并將功能性發(fā)揮到最大化。傳統(tǒng)的布局難以達(dá)到理想的效果，隨著科技的進(jìn)步， 我們利用計(jì)算機(jī)三維建模等方式，實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)狀態(tài)。 4.1駕駛室骨架設(shè)計(jì) 4.1.1駕駛室骨架設(shè)計(jì) 挖掘機(jī)駕駛室的整體造型大部分是以直線的方式連接的，部分地方使用圓弧 連接和圓角連接，整

34、體造型呈現(xiàn)為梯形結(jié)構(gòu)由此來(lái)獲得穩(wěn)重的視覺(jué)感。這如此的 造型及體想出挺直有力的特色又符合審美的要求。 在挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)中，有所涉及到駕駛員安全的部分是最為關(guān)鍵的。因 為在較為復(fù)雜的工作環(huán)境下，挖掘機(jī)隨時(shí)都有可能發(fā)生意外。所以在挖掘機(jī)駕駛 室設(shè)計(jì)過(guò)程中要做好安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)一R0PS&F0PS安全機(jī)構(gòu)。ROPS和FOPS 即防側(cè)翻保護(hù)裝置和防落物落物裝置是根據(jù)工程機(jī)械的工作環(huán)境來(lái)確保操作員 的安全的防護(hù)結(jié)構(gòu)。 ROPS的主要作用是保證在車(chē)輛發(fā)生意外產(chǎn)生翻滾時(shí)能夠吸收一定能量的能 力。當(dāng)然ROPS還需要有一定的強(qiáng)度，從而可以避免車(chē)輛發(fā)生翻滾是不會(huì)因?yàn)轳{ 駛室的變形而使操作員受到二次傷害，在

35、一定程度上保護(hù)駕駛員不受到傷害。 FOPS裝置要確保在承受落錘的多出沖擊下，保護(hù)裝置不會(huì)被穿透，并在承受沖 擊后為了不妨礙操作員的操作作業(yè)，駕駛室產(chǎn)生的變形量應(yīng)該控制在一個(gè)范圍 內(nèi)，最大變形量不能超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)DLV即撓曲極限量中規(guī)定的范圍。 表4-1小型挖掘機(jī)ROPS不同質(zhì)量最小承受能力 整車(chē)質(zhì)量 /kg 側(cè)向載荷 /N 能量吸 收/J 垂直載 荷/N 縱向載 荷/N 700

36、 48000 600 (M/10000 (M/1000 (M/1000 )“ 0)L25 0)1.25 M.228600 10M 2.37M 19.61M 8M 4.1.2駕駛室骨架設(shè)計(jì) 駕駛室骨架的設(shè)計(jì)需要根據(jù)其強(qiáng)度和剛度的需求，并且加工工藝也要達(dá)到一 定的要求，不要因?yàn)榧庸さ碾y度太大而增加加工成本。且加工時(shí)要盡可能的使其 形狀工整，這樣方便對(duì)ROPS的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行檢測(cè)。 挖掘機(jī)駕駛室骨架按照ROPS&FOPS安裝的位置町以將之分為內(nèi)置式安全結(jié) 構(gòu)和外置式安全結(jié)構(gòu)兩種形式。且兩種安裝形式的安全結(jié)構(gòu)都能通過(guò)國(guó)家安全標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定。但由于外置式存在自身

37、的局限性即在一定程度上回妨礙到駕駛員的視野 范圍和影響到挖掘機(jī)的協(xié)調(diào)性。所以本次設(shè)計(jì)的駕駛室使用的是內(nèi)置式的安全結(jié) 構(gòu)形式，下圖是本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)駕駛室的骨架模型。 圖4-1挖掘機(jī)駕駛室骨架三維圖 構(gòu)成駕駛室安全骨架的桿件可以分為三類(lèi)：功能桿件，附件和加強(qiáng)桿件。 由此可見(jiàn)功能桿件和加強(qiáng)桿件是駕承載駛室的桿件，它們必須具有一定的強(qiáng) 度且剛度。尤其是功能桿件，其在設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要考慮到所需要的鋼度和強(qiáng)度， 還要盡可能的不去影響到駕駛室的使用功能。比如在前窗柱的設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠 獲得更大的前方及左右兩側(cè)視線范圍時(shí)，在滿(mǎn)足安全性能的情況下盡可能的去縮 小前窗柱的橫截面積。 終上所述，挖掘機(jī)駕

38、駛室的骨架在設(shè)計(jì)時(shí)需要按照下面兩個(gè)原則： 1. 強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)原則： 駕駛室骨架要選取合適得剛度值，當(dāng)剛度過(guò)大時(shí)會(huì)不利于能量的吸收，也是 駕駛室的重量變大使材料浪費(fèi)；剛度過(guò)小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的變形量，會(huì)使駕駛員 的安全保障受到影響。最優(yōu)的駕駛室骨架剛度設(shè)計(jì)是當(dāng)骨架施加最小側(cè)向載荷 時(shí)，其應(yīng)力最大處上的某點(diǎn)已進(jìn)入屈服階段。 2. 視野設(shè)計(jì)原則 駕駛室骨架在確保翻滾保護(hù)和落物保護(hù)功能的前提下，需要盡可能的使駕駛 室能夠在前方和左右兩側(cè)獲得更好的操作視野空間。 4.2駕駛室門(mén)設(shè)計(jì) 挖掘機(jī)駕駛室門(mén)作為其結(jié)構(gòu)重要的組成部件之一，其性能會(huì)間接影響到駕駛 室的舒適性與安全性。駕駛室門(mén)其主要性能優(yōu)劣

39、是指車(chē)門(mén)的封密性,抗撞擊性能, 和駕駛員上下車(chē)時(shí)車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)方便度等。 一般依照車(chē)門(mén)開(kāi)啟的方式的差別進(jìn)行分類(lèi)，設(shè)計(jì)不同種類(lèi)的駕駛室時(shí)一般會(huì) 根據(jù)不同的需求來(lái)選擇合適的車(chē)門(mén)進(jìn)行組合。這里考慮到挖掘機(jī)屬于土方機(jī)械， 對(duì)于速度的要求不是很高，所以選擇相對(duì)應(yīng)的車(chē)門(mén)時(shí)著重考慮駕駛員上下車(chē)時(shí)車(chē) 門(mén)開(kāi)合的方便性，所以我們選擇逆開(kāi)式車(chē)門(mén)。 圖4-2駕駛室門(mén)三維模型 4.2.1駕駛室門(mén)餃鏈強(qiáng)度計(jì)算 車(chē)身相對(duì)于車(chē)門(mén)的位置是由車(chē)門(mén)的鉉鏈控制的，且其是限制車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)軌跡的 部件。通常用三個(gè)部件來(lái)組成車(chē)門(mén)較鏈：車(chē)身件是與車(chē)身銜接的部件，車(chē)門(mén)件是 與車(chē)門(mén)銜接的部分，銜接車(chē)時(shí)間與車(chē)門(mén)部件的部分為其他部分。 表4

40、-2車(chē)門(mén)釵鏈技術(shù)要求 項(xiàng)目 要求 縱向 施加1U10N的縱向力后未脫開(kāi) 橫向 施加8890N的橫向力后為脫開(kāi) 小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)和駕駛室設(shè)計(jì) 【摘要】：挖掘機(jī)械是一種集土方挖掘、裝載、平整、拆除、搶險(xiǎn)等作業(yè)的工 程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)土石方工程施工、民用建筑、道路建設(shè)和市政工程場(chǎng)所。 近年來(lái)伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)挖掘機(jī)提出了強(qiáng)勁 的市場(chǎng)需求，我國(guó)挖掘機(jī)械的產(chǎn)銷(xiāo)量每年都有增長(zhǎng)，并且，挖掘機(jī)作為技術(shù)復(fù)雜 的終端機(jī)械產(chǎn)品，其開(kāi)發(fā)和制造涉及機(jī)械、液壓傳動(dòng)、冶金、石油化工、電氣等 眾多行業(yè)，己經(jīng)形成了一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)集群。因此，研究及設(shè)計(jì)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn) 平臺(tái)及駕駛室，使

41、其在工作中滿(mǎn)足安全性、可靠性、舒適性、環(huán)保性及外觀需求， 并對(duì)駕駛室骨架等主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度安全分析。 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)臺(tái)并針對(duì)加工試驗(yàn)中小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)出現(xiàn)的傳動(dòng)不精確、工件裝 夾繁瑣、擺動(dòng)沖擊較大及回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)較笨重等問(wèn)題，從以卜,三點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn):采用 彈簧擺塊齒輪自動(dòng)消隙機(jī)構(gòu)消除齒輪間隙，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分 析；裝夾采用虎鉗式夾具和螺栓壓條夾緊方式；進(jìn)行靜平衡和結(jié)構(gòu)整體改進(jìn)來(lái)保 證其加工精度和運(yùn)動(dòng)靈敏度，從而提高小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)適應(yīng)性。 【關(guān)鍵詞】：挖掘機(jī)械；小型挖掘機(jī)；回轉(zhuǎn)平臺(tái)；駕駛室 [Abstract] : excavation machinery is a kind of

42、engineering machinery which collects earthwork excavation, loading, leveling, demolition and emergency operations, and is widely used in various earthwork construction, civil buildings, road construction and municipal engineering sites. With the rapid economic growth in China, the large-scale infras

43、tructure construction has put forward strong market demand for excavators. The production and sales of mining machinery in China have increased every year. Moreover, as a complex end-end mechanical product, excavator development and manufacturing involves many industries such as machinery, hydraulic

44、 transmission, metallurgy, petrochemical industry and electrical industry, which has formed a new industry A huge industrial cluster. Therefore, the research and design of small excavator rotary platform and cab can meet the requirements of 耐久 進(jìn)行10：'次耐久性試驗(yàn)，然后依然滿(mǎn)足縱向橫向要 求 通常釵鏈分為兩種安裝形式水平軸鉉鏈安裝形式和垂直軸皎

45、鏈安裝形式，這 次設(shè)計(jì)的釵鏈為垂直軸的餃鏈形式。對(duì)于垂直釵鏈的校核需要通過(guò)三種狀態(tài)進(jìn) 行： 當(dāng)門(mén)處于關(guān)閉的狀態(tài)時(shí)： (P*DUD2)

46、開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)釵鏈的最大工作載荷為E90。 己知： P = 20" = 24x9.8 = 235.2N, N = 2; W = 0.624〃?； ￡)1 = W/2 = 0.312/77； D3 = 0.895〃〃〃 ； 01/02 = 73.3824/0.985 =81.99N ； P/N = 235.2/2 = 117.6N; 01/02 = 73.3824/0.895 =81,99N： 依照計(jì)算得到的結(jié)論，可供挑選的釵鏈的相關(guān)要求為： Er>81.99^,Ea>\\7.6^,Et/>81.99N。 4.3駕駛室視野設(shè)計(jì) 本文所闡述的視野為一個(gè)空間概念，分為動(dòng)視野和靜視

47、野兩個(gè)概念。靜視野 的概念是在頭和眼在不動(dòng)的狀態(tài)下，眼睛以一個(gè)固定位置正視前面方向，所得到 的一個(gè)視線領(lǐng)域是固定的視線范圍這便是靜視野。而動(dòng)視野便是轉(zhuǎn)動(dòng)頭和眼之 后，所能得到的視線范圍即動(dòng)視野。視在駕駛室設(shè)計(jì)中視野設(shè)計(jì)是極其關(guān)鍵的內(nèi) 容，操作員在駕駛作業(yè)時(shí)大部分信息是由眼睛捕捉獲得的，因?yàn)橥诰驒C(jī)的工作條 件比較特殊，所以要求駕駛員能夠及時(shí)的獲得四周環(huán)境的信息。因此挖掘機(jī)駕駛 室的視野性能直接關(guān)系到操作員的安全性能和操作便捷度。在為駕駛室設(shè)II?視野 視野設(shè)計(jì)時(shí)，要了解我們做這個(gè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為了使操作員可以獲取到比較自由 的視線范圍，使操作員不必一直變換坐姿來(lái)獲取想要的視野范圍，這有可能還是 操

48、作員為了獲得想要的視野時(shí)而是自己以一個(gè)不舒服的坐姿進(jìn)行作業(yè)，不僅不會(huì) 操作員更加疲勞還會(huì)降低駕駛員的工作效率也對(duì)駕駛員對(duì)工作環(huán)境的觀察與反 饋產(chǎn)生不利的影響。 4.3.1眼橢圓設(shè)計(jì) 眼橢圓指的是駕駛員使用一個(gè)比較舒適的坐姿處于駕駛室座椅上時(shí)眼睛的 位置所處于的正態(tài)分布位置。只有先找出眼橢圓的空間位置才可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)眼 橢圓。眼橢圓的參數(shù)又與SGRP點(diǎn)和駕駛室座椅位置再水平方允許的調(diào)節(jié)范圍△等 有關(guān)。眼橢圓根據(jù)不同的△存在兩套樣板，區(qū)間為33mm和 100i?un < A < 1,具體參數(shù)如下： 表4-3眼橢圓樣板尺寸列(單位：mm) 項(xiàng)目 P95 P99 100mm< A <1

49、3mm A>133mm 100mm< A <13mm A>133mm 長(zhǎng)軸 173 198 241 267 短軸 俯視 105 105 149 149 側(cè)視 86 86 122 122 眼橢圓位置除了與上文所說(shuō)的兩點(diǎn)有關(guān)以外還與駕駛室座椅的靠背傾角有 關(guān)。找出眼橢圓位置的方式是： 1. 選定座椅的相干的參數(shù)，比如座椅水平的調(diào)節(jié)范圍量△,座椅靠背的傾 角 A40； 2. 敲定SGRP點(diǎn)相對(duì)于H點(diǎn)的位置,定義SGRP點(diǎn)坐標(biāo)為(L31, W20, H70), H點(diǎn)的坐標(biāo)(Xh,"Zh)便得出以下的式子： L31d+X〃； W20 = Yu ；

50、 H7Q = Zh。 3. 確定調(diào)節(jié)工具參考點(diǎn)(ATRP:Accommodation ToolReference Point)位置， 通常ATRP點(diǎn)位于座椅調(diào)節(jié)量的中間位置，通過(guò)座椅參考點(diǎn)SGRP點(diǎn)來(lái)確定： X \沖= 855.31-0.59x￡31 ； Zm產(chǎn) H70; 4. 左眼和右眼的橢圓的空間位置也會(huì)受到男女比例的影響而發(fā)生改變，在章 節(jié)2. 3.1提及過(guò)，挖掘機(jī)駕駛員的男女比例為90： 10和95:5之間，則有： X = XmpT84* + 12.23xA4O； Z = Z.xmp-707.52 + 4.17x440 ； 而眼橢圓的中心點(diǎn)Y的坐標(biāo)為： L=W20-3

51、2.25 (3-4) 兒= W20-32.25 (3-5) 5. 依照表3-3選出眼橢圓的相關(guān)尺寸，再將各個(gè)眼橢圓依次以中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)， 俯在視圖里橢圓的X軸前傾5.4° ,在側(cè)視圖里橢圓的X軸下傾11.6。o 將之前的數(shù)據(jù)帶入計(jì)算： Z31 = △ + X 〃 = 156.72 + 550 = 706.12 mm ； W 20 = YH = 0"”〃 ； H70 = Z〃 = 400“m ; X Ag = 855.31 - 0.509 x￡31 = 495.58〃m ； Zmp = H70 = 400，g； X = XAniP-184.44 +12.23 x /140 =

52、616.89/72/77 ； Z = Z A,KP + 707.52 - 4.17 X A40 = 1003 .27〃〃〃 ； 匕=W20 - 32.25 = -32.25mm ； Yr = W20 + 32.25 = 32.25〃m。 4.3.2駕駛室視野范圍校核 眼眼橢圓位置的確定不過(guò)是視野設(shè)計(jì)的第一步，若其獨(dú)自存在而沒(méi)有視線的 話就不存在什么意義。只有對(duì)本次的設(shè)計(jì)進(jìn)行校核就能夠得出視野范圍是否合 格。校核挖掘機(jī)前方視線范圍時(shí)，要先確定上下左右各個(gè)方向所能達(dá)到的最廣的 視線范圍是否達(dá)到要求。為了使駕駛室設(shè)計(jì)符合視野設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，就要保證 駕駛員前方的上下左右每個(gè)方向所能看到的事項(xiàng)范圍

53、內(nèi)不會(huì)被駕駛室遮擋到，即 都在前視窗范圍內(nèi)。 表4-3前方視野基本要求（單位：° ） 角度 平面方向 垂直方向 前上 18 前下 22 水平方1司 前左 35 前右 35 在挖掘機(jī)駕駛室的總體布局敲定后，駕駛室前視窗的位置和大小就已經(jīng)有 了。如圖4-3所示，在眼橢圓側(cè)視圖上作出垂直視野的最小規(guī)定范圍，就是上面 的視線和眼橢圓上面相切，夾角是18° ,下面視線與眼橢圓下面相切，夾角是 22° ,由圖可知視線范圍均在視窗內(nèi)，所以垂直視野校核合格。 圖4-3側(cè)視圖極限視野 水平視野校核和垂直視野校核類(lèi)似，先確定左右眼橢圓的位置，再做視線的 范圍，畫(huà)出左眼

54、橢圓左邊相切且和中心偏左線夾角是35°的視線，右邊的視線 與左邊相似，是一條與中心線偏右?jiàn)A角為35°且相切與右眼橢圓的右邊的視線, 由圖3-4可知視線校核合格。 圖4-4俯視圖視野極限 對(duì)于駕駛室設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)視野設(shè)計(jì)是一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，比較合理的眼橢圓位置 和視野范圍能使駕駛員在工程作業(yè)中會(huì)以一個(gè)比較舒適的工作姿勢(shì)進(jìn)行，對(duì)于駕 駛室的舒適性有一定的提升。 4.4操作器設(shè)計(jì) 挖掘機(jī)駕駛室操作器不僅要和駕駛員人體尺寸相契合，最重要的是滿(mǎn)足駕駛 員操作的舒適性，匹配駕駛動(dòng)作和對(duì)操作準(zhǔn)確性的影響。 對(duì)于挖掘機(jī)駕駛室的操作桿應(yīng)注意： （1） 挖掘機(jī)的操作桿，應(yīng)布置在駕駛員手腳活動(dòng)便捷，便

55、于靈敏反應(yīng)，快 速操作的位置，操作器按使用頻率和重要性遞減布置。 （2） 手動(dòng)操作的手柄、按鈕、旋鈕等，以JB/Z308為準(zhǔn)，布置在駕駛員操 作可觸及區(qū)域。 （3） 單手操作的操作桿，必須設(shè)計(jì)在操作手側(cè)。雙手操作的操作桿須設(shè)計(jì) 在駕駛員正中矢狀面附近。 （4） 挖掘機(jī)在坐姿狀態(tài)下操作，腳動(dòng)操縱器設(shè)計(jì)在駕駛員正中矢狀面操作 腳側(cè)。偏離中矢狀面75mm" 125mm內(nèi)。同時(shí)不操作時(shí)應(yīng)給挖掘機(jī)駕駛員雙腳足夠 的空間。 4.4挖掘機(jī)座椅設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)軟件模擬仿真結(jié)果，確定挖掘機(jī)駕駛者的最佳姿勢(shì)狀態(tài)，通過(guò)所得硬點(diǎn) 確定座椅三維模型，文中駕駛室的三維建模尺寸為5495inmX2530mmX3161m

56、m, 操作者選取95百分位，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)對(duì)挖掘機(jī)座椅進(jìn)行設(shè)計(jì)。挖掘機(jī)座椅由 骨架、座墊、靠背和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。在座椅骨架上安裝彈簧，再在彈簧上襯墊。 有些座椅沒(méi)有彈簧，是直接選用加厚橡膠海綿為彈性元件。 座椅骨架作用是支撐座椅和人體質(zhì)量，骨架乂分為座墊骨架和靠背骨架，骨 架應(yīng)具有剛度和硬度，才可以起到承載和保證安全的作用。本文中挖掘機(jī)駕駛座 椅的彈性元件以用來(lái)緩沖機(jī)身傳來(lái)的沖擊，一般用1.2-4.0mm彈簧鋼絲加工成, 也可以用泡沫塑料來(lái)代替彈性原件。彈性座椅對(duì)駕駛座座椅的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的最大 影響構(gòu)件。 座椅墊可使用鑄型合成泡沫材料，按照所定泡沫成型。根據(jù)部位不同，一些 座椅的襯墊硬度要進(jìn)行

57、相應(yīng)的改進(jìn)，為保證操作者坐姿，提高駕駛座椅的結(jié)實(shí)感, 襯墊左右兩側(cè)的硬度需要比中間部位硬度高。同時(shí)為提升駕駛員的舒適度，襯墊 上層硬度要比下層硬度低。挖掘機(jī)駕駛室座椅襯墊選取25nrnT40nmi左右厚度最 為適宜。 挖掘機(jī)駕駛座需要增加罩墊，最終目的在于增加駕駛座的造型效果，提升座 椅面的通氣性和手感。罩墊裝置在蒙皮和襯布之中，體現(xiàn)自由曲線形狀。其它與 座椅無(wú)關(guān)的襯墊，用在座椅骨架的菱角處和梭部成形時(shí)防止表皮的材料破損壞， 同時(shí)避免雜音的進(jìn)入。挖掘機(jī)駕駛座椅包在座墊和靠背最外層的材料為蒙皮，它 的主要目的是提高造型特征和駕駛座椅表面舒適感和視覺(jué)效果，也可以起到襯墊 材料保護(hù)膜的作用。 挖

58、掘機(jī)駕駛座的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，來(lái)適應(yīng)不同身材比例的駕駛員操作時(shí)的不同需 求。調(diào)節(jié)的角度分為前后調(diào)節(jié)、高度調(diào)節(jié)、角度調(diào)節(jié)、駕駛座椅整體調(diào)節(jié)等。這 些功能的設(shè)計(jì)都是為了滿(mǎn)足駕駛員不同身高限制的要求，最終目的是符合人體工 程學(xué)的要求，最大程度滿(mǎn)足駕駛員的操作需求。根據(jù)挖掘機(jī)的情況，綜合上述的 設(shè)計(jì)需求，得出挖掘機(jī)駕駛室座椅參考尺寸，見(jiàn)下表4-1。依據(jù)尺寸進(jìn)行駕駛室 座椅的設(shè)計(jì)，選取兩肘距離487mm,駕駛員衣服厚度19mm,為增加駕駛員舒適性 增大10mm。駕駛員最后坐間寬為515mm。設(shè)計(jì)的最終效果，如圖4-5所示。 表4-5駕駛座座椅參考尺寸 參數(shù) 符號(hào) 數(shù)值 座椅高 a (mm) 3

59、60-480 座椅寬 b (mm) 370-420,推薦 400 座椅深 c (mm) 360-390,推薦 38() 靠背長(zhǎng) d (mm) 320-340,推薦 330 靠背寬 e (mm) 200-300,推薦 250 靠背厚 f (mm) 35-50,推薦 40 靠背高 g (mm) 165-210,推薦 180 靠背圓弧半徑 R (mm) 400-700,推薦 550 座面傾角 a (°) 0-5,推薦 3-4 靠背傾角 p (°) 95-115,推薦 110 圖4-4座椅效果圖 結(jié)論 本文針對(duì)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)

60、出現(xiàn)的傳動(dòng)不精確、工件裝夾繁瑣、擺動(dòng)沖擊較 大及回轉(zhuǎn)臺(tái)整體較笨重等問(wèn)題，從消除齒輪間隙、改進(jìn)工件裝夾夾具、重力靜平 衡和步進(jìn)電機(jī)的更換等方面來(lái)分析其對(duì)小型挖掘機(jī)加工的影響。對(duì)小型挖掘機(jī)回 轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，針對(duì)傳動(dòng)時(shí)齒輪出現(xiàn)的間隙，采用彈簧擺塊齒輪自動(dòng)消隙 機(jī)構(gòu)予以消除。在小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的夾具結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的兩種方案中，經(jīng)對(duì)比 分析采用虎鉗式夾具和螺栓壓條式夾具。同時(shí)對(duì)小型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)做 了相應(yīng)的調(diào)整，去掉了側(cè)面的底板，擴(kuò)大了回轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)的范圍 參考文獻(xiàn) [1] 張麗平，陳秀峰，馬懷群，等.步履式挖掘機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法[J].工程機(jī)械與維 修，2018, 000(003):

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63、7. safety, reliability, comfort, environmental protection and appearance in the work, and the strength safety analysis of the main structure such as cab skeleton is carried out. The design of the rotary table is carried out. In view of the problems of inaccurate transmission, complicated clamping

64、of workpiece, large swing impact and heavy structure of the rotary table, the paper improves the rotary table from the following three points: the automatic clearance eliminating mechanism of spring swing gear is adopted to eliminate the gap between gears, and the structure design and the analysis o

65、f the motion properties are carried out; the clamp adopts Vice Clamp and bolt The static balance and the overall structure improvement are carried out to ensure the machining accuracy and motion sensitivity of the strip clamping mode, so as to improve the adaptability of the small excavator rotary t

66、able. [Key word] : mining machinery; small excavator; rotary platform; cab 1緒論 1.1選題背景 1.1.1選題原因 近些年來(lái)從挖掘機(jī)市場(chǎng)的總體發(fā)展可以看出，挖掘機(jī)的發(fā)展相對(duì)于其他工程 機(jī)械類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展較快，挖掘機(jī)使用頻率在眾多工程機(jī)械產(chǎn)品中最高。社會(huì)發(fā)展的 每一大步都離不開(kāi)挖掘機(jī)，挖掘機(jī)的演化歷史也是社會(huì)發(fā)展變化的縮影，由進(jìn)口 挖掘機(jī)霸占市場(chǎng)的昨天，到挖掘機(jī)生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)化的今天，傾注了挖掘機(jī)研發(fā)工作者 的辛勤汗水。 時(shí)代在不斷進(jìn)步，在物質(zhì)文明極其豐富的今天，國(guó)外挖掘機(jī)和國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)的 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，單純注重功能性的設(shè)計(jì)思維，己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于挖掘機(jī)產(chǎn)品更 新?lián)Q代的步伐。工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)挖掘機(jī)的發(fā)展和技術(shù)改革創(chuàng)新將起到至關(guān)重要的作 用，在功能性的前提下加入人性化的設(shè)計(jì)，工業(yè)設(shè)計(jì)加入挖掘機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是挖掘 機(jī)等工程機(jī)械類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展壯大的必然趨勢(shì)。 1.1.2選題意義 在工程作業(yè)中小型挖掘機(jī)因?yàn)轶w型較小的緣故擁有較好的機(jī)動(dòng)性，較為合適 的價(jià)格使其具有普遍性，且其的使用范圍也很廣，作為工程機(jī)械小型挖掘機(jī)也擁 有較強(qiáng)的工