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重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計--文獻(xiàn)綜述
馬鈴薯挖掘機設(shè)計
陳開飛
摘 要：馬鈴薯挖掘機的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計了組合分離式馬鈴薯挖掘機。對該機的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對主要零部件的設(shè)計進(jìn)行了理論計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。馬鈴薯為地下產(chǎn)物，且是塊莖繁殖，其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于馬鈴薯的收獲費時費力、勞動強度大且季節(jié)性強，因此給農(nóng)民造成極大的困難。為了解決上述問題，本文就國內(nèi)外馬鈴薯收獲機現(xiàn)狀、馬鈴薯挖掘機的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計了組合分離式馬鈴薯挖掘機。對該機的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對主要零部件的設(shè)計進(jìn)行了理論計算。
關(guān)鍵詞：馬鈴薯；挖掘機；結(jié)構(gòu)優(yōu)化
Design of Potato Excavator
Student:chenkaifei
(Chongqing University of technology , Chongqing 400054)
Abstract: Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts.
Key words: potato、 excavator、optimize the structure
1. 緒論
馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費市場。在國內(nèi)，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以馬鈴薯條、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國農(nóng)科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學(xué)術(shù)年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強、經(jīng)濟價值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段。”
馬鈴薯作為經(jīng)濟作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費時費事，勞動強度大且季節(jié)性強，因此給農(nóng)民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產(chǎn)等不必要的損失，農(nóng)民對馬鈴薯挖掘機械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應(yīng)用小型馬鈴薯挖掘機勢在必行。應(yīng)用馬鈴薯挖掘機可以大大提高收獲效率，降低勞動者的勞動強度，增產(chǎn)增收，減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)我國馬鈴薯挖掘機械多年研制生產(chǎn)經(jīng)驗可以看出， 日本、意大利、美國等國外機具適應(yīng)壟作，很難適應(yīng)我國平作種植形式。各類型機械需要進(jìn)行多地域、多收獲季節(jié)的田間試驗和多輪改進(jìn)，才能提高適應(yīng)性。
馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機為主。馬鈴薯挖掘機可以大大提高收獲效率, 降低勞動強度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機械化收獲問題勢在必行。馬鈴薯挖掘機械化的關(guān)鍵矛盾是配套動力與機具性能要求之間的矛盾。鑒于動力的限制，與14kw一下拖拉機配套機具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機相配套的過渡性機型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對馬鈴薯收獲的機械化水平的需求越來越大。
1.1 國外塊莖挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塊莖挖掘機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機械，50年代末即己實現(xiàn)了機械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機，且以收獲壟作種植為主。這些機型是大功率拖拉機變型，如荷蘭在拖拉機基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機，為了加強篩選效果，分離器有四個液壓泵帶動。
美國在1948年以前用挖掘機來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機， 20世紀(jì)90年代，美國已基本實現(xiàn)了塊莖挖掘機械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機，機器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機共有16種機型，其中10種是聯(lián)合挖掘機，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機，其勞動生產(chǎn)率比其它行挖掘機提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機型仍然是以大功率機組為主。這些機型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機械，如意大利的SP100機型為小型壟作挖掘機械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機械的國家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運鏈?zhǔn)酵诰驒C，70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合挖掘機，并研制適合日本國情的聯(lián)合挖掘機，對于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機，如韓國高山機械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機械。
日本對生姜挖掘機械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機型,第一代機型只把根莖拔出地面,減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關(guān)材料介紹,現(xiàn)在第二代機型已經(jīng)研制成功并開始使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機械。在韓國,對根莖挖掘機械的研制也取得了較大的成果,他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機的大蒜挖掘機,采用振動的原理,緩沖了阻力,并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用,是一種輕型高效的機具。
1.1 國外塊莖挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塊莖挖掘機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機械，50年代末即己實現(xiàn)了機械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機，且以收獲壟作種植為主。這些機型是大功率拖拉機變型，如荷蘭在拖拉機基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機，為了加強篩選效果，分離器有四個液壓泵帶動。
美國在1948年以前用挖掘機來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機， 20世紀(jì)90年代，美國已基本實現(xiàn)了塊莖挖掘機械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機，機器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機共有16種機型，其中10種是聯(lián)合挖掘機，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機，其勞動生產(chǎn)率比其它行挖掘機提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機型仍然是以大功率機組為主。這些機型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機械，如意大利的SP100機型為小型壟作挖掘機械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機械的國家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運鏈?zhǔn)酵诰驒C，70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合挖掘機，并研制適合日本國情的聯(lián)合挖掘機，對于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機，如韓國高山機械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機械。
日本對生姜挖掘機械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機型,第一代機型只把根莖拔出地面,減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關(guān)材料介紹,現(xiàn)在第二代機型已經(jīng)研制成功并開始使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機械。在韓國,對根莖挖掘機械的研制也取得了較大的成果,他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機的大蒜挖掘機,采用振動的原理,緩沖了阻力,并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用,是一種輕型高效的機具。
發(fā)展中國家基本上采用挖掘犁和挖掘機進(jìn)行收獲作業(yè),發(fā)達(dá)國家的塊莖作物收獲已基本實現(xiàn)了機械化聯(lián)合作業(yè)。如德國、美國的聯(lián)合挖掘機在自動化控制塊莖分離以及減少塊莖作物損傷等方面都有獨到之處。東洋農(nóng)機公司、日本三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式塊莖作物挖掘機[9]。
1.2 國內(nèi)多功能塊莖挖掘機的現(xiàn)狀分析
近年來,國內(nèi)市場上也出現(xiàn)了一些此類機械，如大蒜挖掘機就有對行松土鏟式和不對行平鏟式輸送方式也有多種。但大多數(shù)機型在適應(yīng)性和質(zhì)量可靠性方面仍然不同程度地存在著一些問題,主要體現(xiàn)在兩個方面,一是損傷作物的問題,因為象大蒜、生姜此類作物,收獲時皮質(zhì)鮮嫩易損,而損傷后會嚴(yán)重影響其價格;二是適應(yīng)性差,因各地農(nóng)藝不同,行距及株距存在著差異,機具難以滿足這種要求。
由于進(jìn)口農(nóng)機具價格較高,農(nóng)民難以接受,根莖挖掘機械還是要走國產(chǎn)化道路,而且還要根據(jù)中國國情,不能盲目照搬。主機利用現(xiàn)有的機型,如田園管理機、手扶拖拉機及四輪拖拉機,對國外的機型原理加以消化吸收,研制出適合中國國情的機具。
國內(nèi)根莖作物的機械化收獲還有較長的路要走,不僅需要科研部門及企業(yè)的大力研制及投入,還牽涉到農(nóng)民的認(rèn)識和接受問題。
國外發(fā)達(dá)國家（如日本、美國、法國、意大利等國）地下作物的收獲已實現(xiàn)機械化，對于長根作物（蘿卜、山藥等）和斷根作物（洋蔥、大蒜等）都有不同的挖掘機械，工藝十分的先進(jìn)，但機械價位較高，全部引進(jìn)國內(nèi)無法接受，例如，意大利產(chǎn)的DSC-120和日本寶田公司產(chǎn)的DCL-130型土豆挖掘機，大多用于沙壤土作業(yè)，這些設(shè)備不太適應(yīng)我國地下作物種植的農(nóng)藝要求和土壤狀況。根據(jù)以上分析，在國內(nèi)外現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國農(nóng)村市場的實際情況，分析國內(nèi)塊莖類作物的農(nóng)藝要求和土壤的物理特性而研制出的多功能塊莖類挖掘機。
綜觀國內(nèi)外多功能塊莖挖掘機的發(fā)展特點及外部環(huán)境，專家預(yù)測未來多功能塊莖收割機的主要發(fā)展趨勢是：
（1） 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品的多功能塊莖收割機。
（2） 安全性及通用性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。
（3） 技術(shù)進(jìn)步、操作方便和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵因素。
2 總體方案的設(shè)計
2.1 整體布局的設(shè)計
其傳動圖如圖1：
1、萬向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器4、動力輸出軸 5、輸送鏈驅(qū)動軸 6、振動篩軸
圖1 傳動圖
Fig.1 Driver chart
其總體結(jié)構(gòu)圖如圖2：
1、V帶輪 2、V帶 3、機架 4、抖動輪 5、減速器 6、聯(lián)軸器
7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動鏈 11、地輪
圖2 總體結(jié)構(gòu)圖
Fig.2 Overall structure
2.2 工作原理
本機主要由V帶、減速器、抖動輪、機架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運動，將從挖掘鏟部挖出的土豆往機器后方運送，同時由于有抖動輪的作用，使得塊莖在輸送的過程中實現(xiàn)的塊莖于土的分離，而達(dá)到了分離的目的。最后塊莖從機器的尾部重新落入土地的表面。
3 傳動比的確定與減速器的選擇
3.1 傳動比的確定
該多功能塊莖挖掘機的配套動力為25-35馬力的拖拉機，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過一級減速器和帶傳動，設(shè)其總的傳動比
減速器的傳動比。 帶傳動的傳動比 分離器上的線速度為1.3m/s
3.2 減速器的選擇
由于其傳動比為2，所以可以從市場上選擇傳動比為2的減速器，其型號為ZDY,ZDZ100型圓柱齒輪減速器。
其結(jié)構(gòu)如圖6：
圖3 減速機結(jié)構(gòu)圖
Fig.3 Reducer structure
4 帶輪和鏈輪的設(shè)計
4.1 帶輪的設(shè)計
小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7：
圖4 小帶輪
Fig.4 Small Pulley
大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖8：
圖5 大帶輪
Fig.5 Big Pulley
4.2 鏈輪的設(shè)計
4.2.1 鏈輪的設(shè)計目的
設(shè)計該鏈輪的主要目的是為了能帶動分離機構(gòu)的運動。通過鏈輪使得鏈的線速度為1.6m/s。為了達(dá)到這一目的，所設(shè)計的鏈輪傳動比應(yīng)為1，即兩鏈輪的直徑應(yīng)當(dāng)相等。由前面的計算已經(jīng)得出鏈輪的直徑r=62mm。
4.2.2 鏈輪的設(shè)計
4.3 鏈輪材料的選擇
鏈輪的材料應(yīng)當(dāng)能夠滿足強度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時，采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作時的傳動，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等鋼淬硬至55HRC～60HRC）或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。
本多功能塊莖挖掘機為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC。
鏈輪結(jié)構(gòu)如圖6：
圖6 鏈輪
Fig.6 Chain wheel
5 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計
5.1 聯(lián)軸器的選擇
該多功能塊莖挖掘機的設(shè)計寬度為712mm。兩側(cè)的機架壁厚度各位10mm。所以整個機架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長度為110mm。為了使機器能夠運轉(zhuǎn)，必須將V帶輪放在整個機架的外面，因為減速器外伸軸長度不夠，所以必須選擇一個聯(lián)軸器。
通過查減速器的參數(shù)表，可知其輸出軸的直徑為48mm,所以選擇聯(lián)軸器時其孔徑也應(yīng)當(dāng)為48mm。通過查閱手冊[21-25]，可以選擇LH4型聯(lián)軸器。其長度為112mm。
5.2 聯(lián)軸器上軸的設(shè)計
聯(lián)軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過聯(lián)軸器相連接的。其設(shè)計過程如下：
（1） 軸4部分：此部分軸是裝聯(lián)軸器的。聯(lián)軸器的長度為112mm。所以在設(shè)計時可以把該部分長度設(shè)計為110mm。
（2） 軸3部分此部分上裝滾動軸承。因為機架內(nèi)壁到機架中心線的距離為346mm，減速器中線到輸出軸端的距離為214mm，聯(lián)軸器長112mm。所以聯(lián)軸器到機架內(nèi)壁的長度為346-214-112=20mm。所選的軸承為角接觸球軸承。其寬度為24.75mm。所以設(shè)計時該軸段長度為42mm。
（3） 軸2部分：該部分裝同時有軸承端蓋。為了讓V帶輪輸出機架為20mm，所以該段長度可設(shè)計為44mm。
（4） 軸1部分：該部分上裝V帶輪，V帶輪寬為65mm，所以設(shè)計該段長為63mm。
其結(jié)構(gòu)如圖7：
圖7 聯(lián)軸器
Fig.7 The shaft of coupling
6 分離輸送器的設(shè)計
6.1 分離輸送器的機構(gòu)及工作過程
（1） 機構(gòu)形式的確定
桿條式分離輸送器是一種分離器，其上以等距平行地配置桿條，由撓性元件相連。機構(gòu)簡單，帶面傾斜時也能工作，因此是一種應(yīng)用比較廣泛的分離工作部件。但是此類分離輸送器因工作面種類的不同而不同，而工作面是由許多桿組成連續(xù)移動的一個柵，工作面的種類對移動土壤的壓碎程度和過篩強度起著決定作用，同時還影響到分離輸送器的耐用性。在馬鈴薯、塊根等作物的挖掘機上，常見的分離輸送器有鉤桿式、鏈桿式和帶桿式等。其中鉤桿式和鏈桿式的制造工藝比較簡單，成本較低，而且其鏈桿于土壤的接觸面積較小，過篩強度最大，分離效果明顯。
因此，從零件的購買方便，裝卸簡單等因素考慮，本機器的分離輸送器采用鏈桿式分離輸送器來完成分離輸送的目的。
鏈桿式分離輸送器是由園桿組成，桿的兩端焊接在鏈條上。形成具有篩選塊莖而分離土壤的柵。鏈桿式分離輸送器通過依靠固定在主動軸上和從動軸上的鏈輪來帶動，桿條形成一條環(huán)形的鏈帶。
(2) 分離輸送器的工作過程
鏈桿式分離輸送器是一種分離器兼輸送器，其工作過程是，當(dāng)被掘起的土壤、塊莖等向上輸送時，在輸送鏈的作用下，土壤被疏松，土壤通過桿之間的間隙篩出來，塊莖則被輸送器輸送到機器的尾部，從而將塊莖重新放回地表。達(dá)到挖掘塊莖的目的。
作業(yè)時，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將塊莖整個掘起，掘起的土塊在挖掘鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運動的同時，還受到抖動器的作用而上下抖動，使大部分土壤變松并落回地里。塊莖則被輸送器運送到機器的尾部。
其結(jié)構(gòu)如圖8：
1、主動輪 2、分離輸送器 3、抖動輪 4、從動輪
圖8 分離輸送器圖
Fig.8 Separation conveyor
6.2 桿條參數(shù)的確定
在歐洲的許多國家里，桿間距離通常為25-28mm。而在美國，甚至為40-48mm。亞洲的日、韓等國為30-40mm。這個間隙主要于塊莖作物的品種和塊莖的尺寸由很大關(guān)系。在波蘭，一個塊莖的平均重量大約為60-80g，而美國可以達(dá)到200g左右。
一般情況下塊莖作物的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長筒等形狀，為了研究方便我們可以統(tǒng)一采用長、寬、厚三個特征尺寸來描述塊莖的物理機械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個尺寸。
分離輸送器的桿條間隙如圖 13，從圖中可以看出下面的關(guān)系：
式中：
要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤，保留塊莖的目的，桿條間隙的設(shè)計應(yīng)滿足＜c的條件，即保證塊莖最小特征尺寸大于桿條間隙，從而使塊莖不至于在桿條間隙間隨土壤一起漏下。根據(jù)資料和實際的測量，我國塊莖的厚度尺寸大多在30-80mm之間，因此若取桿間距L為45mm，桿條直徑為10mm，代入式中，可得桿條的間隙為35mm。
其結(jié)構(gòu)如圖9：
圖9 桿條間歇圖
Fig.9 Article intermittent
7 挖掘鏟的設(shè)計
7.1 挖掘鏟的構(gòu)成
挖掘鏟由獨立鏟片、鏟片固定板和角度調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。鏟尖角度設(shè)計為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度的動力消耗。挖掘鏟鏟尖的形狀采用“w”型，前進(jìn)阻力較小，入土性能好。
7.2 挖掘鏟的設(shè)計
挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這便帶來很多優(yōu)點。
（1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的。
（2）另一方面是減輕了機器前部的重量，防止鏟尖下陷。
多片鏟在工作時發(fā)生局部磨損時，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土壤中的最大分布寬度為400mm，塊莖分布的深度一般為在地表一下120-200mm之間。
為了保證鏟刃的自動清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即：
式中：為作用于鏟刃上的阻力。
為鏟刃上的正壓力。
為鏟刃上的滑切力。
為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。
代入得：
一般土壤對鋼的摩擦角為，取，所以。
若鏟片數(shù)量為5個，單個鏟片寬度為100mm，長度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。
為了保證挖掘鏟挖進(jìn)的土壤和塊莖不會從兩側(cè)滑落，因此需要在挖掘鏟的兩側(cè)加設(shè)擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機架上。
其結(jié)構(gòu)如圖
圖10 挖掘鏟
Fig.10 Digging Shovel
8 地輪和機架的設(shè)計
8.1 地輪的設(shè)計
地輪的作用主要是在機器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服挖掘機收獲時挖掘鏟前部較大的阻力，設(shè)計的地輪應(yīng)當(dāng)有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準(zhǔn)確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機架上設(shè)置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。
8.2 機架部分的設(shè)計
挖掘機組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機組牽引性能、運輸通過性能及對地表的適應(yīng)性能等主要工作性能都收多功能塊莖挖掘機懸掛裝置的影響。本設(shè)計采用三點懸掛式機構(gòu)，由拖拉機后置三點懸掛和挖掘機懸掛架機構(gòu)成一個空間機構(gòu)，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機構(gòu)。這兩個四連桿機構(gòu)具有各自的瞬心，挖掘工作時，在各種作用力及相對瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個瞬心的轉(zhuǎn)動趨勢轉(zhuǎn)動，以保持平衡。
其結(jié)構(gòu)如圖15：
圖11 機架
Fig.11 Rack
結(jié)論
本次設(shè)計的機器性能滿足要求，能較好的與農(nóng)村現(xiàn)有動力配套使用，能較好的把握挖掘機收獲過程中的要求。
通過本次畢業(yè)設(shè)計，我對產(chǎn)品的設(shè)計過程有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識，掌握了基本的設(shè)計過程，真正地將所學(xué)的理論知識與實踐結(jié)合起來，提高了獨立思考解決問題的能力。由于所掌握的知識的限制和經(jīng)驗的不足，在設(shè)計的過程當(dāng)中，難免有不妥之處。在今后的學(xué)習(xí)工作中我會繼續(xù)努力，彌補自己在專業(yè)知識上的缺欠。
此次設(shè)計，我認(rèn)為最重要的就是使我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
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22噸液壓挖掘機總體設(shè)計--文獻(xiàn)原文
大 學(xué)
文 獻(xiàn) 翻 譯
二級學(xué)院 機械工程學(xué)院
班 級 109040201
學(xué)生姓名 陳開飛 學(xué) 號 10904020102
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指導(dǎo)教師：
年 月 日
現(xiàn)代工程機械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步
摘要
大型機械式挖掘機在國際和國內(nèi)的礦山以及工程施工中已得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)率與性能有直接關(guān)系?，F(xiàn)代的工程機械逐漸向四個方向發(fā)展：1.操作原理的創(chuàng)新，破土新法與高頻振動；2.傳動方式創(chuàng)新，通用液壓與電氣傳動；3.符合人體工程學(xué)的創(chuàng)新，以人為本與簡化操作；4.外觀造型創(chuàng)新，工業(yè)與環(huán)境的設(shè)計；5.人工智能創(chuàng)新，智能機器人。隨著現(xiàn)代工程機械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，一個全新的工程機械行業(yè)將呈現(xiàn)在人們眼前。
正文
大型機械式挖掘機在國際和國內(nèi)的礦山開采以及工程施工中得到廣泛的應(yīng)用，其性能的優(yōu)劣對生產(chǎn)率有很大的影響.在國際市場逐步開放的今天，如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量是一個公司提高其市場競爭力的關(guān)鍵。
目前，我國的大型機械式挖掘機在設(shè)計水平，設(shè)計手段及產(chǎn)品質(zhì)量無法與國際上先進(jìn)技術(shù)同步.國外已經(jīng)將現(xiàn)代設(shè)計方法(電子模擬理論、動態(tài)設(shè)計、可靠性設(shè)計等)普遍地應(yīng)用于挖掘機設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計現(xiàn)代化，性能可靠。而我國仍然主要采用傳統(tǒng)的仿型設(shè)計，而現(xiàn)代設(shè)計方法還沒有被實際的應(yīng)用在挖掘機的設(shè)計上。主要表現(xiàn)在自主設(shè)計開發(fā)能力不夠，基礎(chǔ)工作做得還不是很完善，尤其在挖掘機動力學(xué)設(shè)計方面。
挖掘機結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，往往是多發(fā)動機同時驅(qū)動，同時工作環(huán)境十分惡劣，外載荷總是隨機性變化。因此在設(shè)計新型大型礦用挖掘機時，為了確保其作業(yè)的安全，工作順暢，除必要的理論分析和靜強度計算外，還必須要進(jìn)行動力學(xué)分析和計算，以在設(shè)計之初保證機械的動強度和可靠性。在進(jìn)行動力學(xué)分析時，應(yīng)確定挖掘機各部件的載荷特性，以設(shè)計出可靠的產(chǎn)品。
從20世紀(jì)80年代到本世紀(jì)初，中外工程機械產(chǎn)品技術(shù)在新的技術(shù)革命中已從一個成熟期走到了現(xiàn)代化時期，工程機械產(chǎn)品的綜合技術(shù)水平躍上了一個新的臺階。電子技術(shù)、微電腦、傳感器、電液伺服控制系統(tǒng)的集成化改造了傳統(tǒng)的工程機械產(chǎn)品，計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造，計算機輔助工程機械及器材制造業(yè)管理，IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)裝備了工程機械的銷售與信息傳遞系統(tǒng)，從而讓人們看到了一個全新的工程機械行業(yè)。新的工程機械產(chǎn)品在工作效率、作業(yè)質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)、操作性能及自動化程度諸多方面都是過去所不可比擬的，并且在進(jìn)一步向著機器人化和智能化方向發(fā)展。
1.操作原理的創(chuàng)新：破土新法與高頻振動
隨著科學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展，工程機械的操作理論在不斷地創(chuàng)新。機械工程的操作原理包括對土石方的切割、破碎、回填，對土工材料的篩分、混合與加熱，對混合料的攤鋪、平整與壓實等。這些操作原先是以仿生學(xué)與牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的，而現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展為工程機械操作原理創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。例如機械振動、脈沖、射流、光電效應(yīng)及熱物理學(xué)的應(yīng)用， 為工程機械節(jié)省資源，提高工程質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、工作可靠性、駕駛的舒適性與自動化程度創(chuàng)造了條件。
挖掘機、推土機、裝載機等土方工程機械切割破土項目，我們有了無斗銑切法、高頻振動、液體和氣體射流法及多孔破土法。使用新操作原則的破土原理改造的鏟斗、松土器可以對高強度的巖土進(jìn)行挖掘，在一般情況下都可以降低單位土方的成本，提高生產(chǎn)效率，并且在靠近建筑物挖土?xí)r可代替鉆孔爆破方法挖掘。
振動壓路機是是一種機械振動，并達(dá)成“振地不振人”作業(yè)效果的最有力說明。高頻振動壓實技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代動力機械工程中的重要研究成果，在振動壓路機上同時應(yīng)用了隔振理論。20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了水平振動（振蕩）與垂直振動的定向振動壓實方法，以及無級調(diào)幅振動和不同于簡諧振動的混沌振動等振動壓實作業(yè)原理，并且形成了相應(yīng)系列的振動壓路機。沖擊式壓路機打破了傳統(tǒng)的圓柱形滾子結(jié)構(gòu)，使用具有3-5個邊的多邊形輥由牽引車拖行，以每秒2-3次以便順序地沖擊地面。這種劇烈沖擊具有地震波的傳播特性，其壓實深度隨碾壓遍數(shù)而遞增，在5m深處的壓實度可達(dá)90%-92%。沖擊壓路機具有靜壓沖擊、振動搗實與揉搓的綜合作用，用于全面收干沙土填補壓實。
瀝青攤鋪機慰平工作裝置是工程機械作業(yè)原理創(chuàng)新的典型例子。慰平板使用柴油、液化石油氣或電加熱和60Hz的振動頻率，并采用紅外線、超聲波或激光水平，是一個多學(xué)科的高新技術(shù)應(yīng)用。這平整技術(shù)技術(shù)也可以應(yīng)用到地平面上，如氨氯地平或細(xì)平的斜坡。
機械振動傳輸頻率還通常用于鑿巖、石料破碎與篩分及沉拔樁等工程施工。石料的烘干可以使用柴油、燃料油和煤碳多種燃料的燃燒器，瀝青的加熱及瀝青混合料的攪拌與絕緣過程中都充分運用了熱物理學(xué)理論。瀝青的乳化與改性都是一些物理化學(xué)反應(yīng)的具體應(yīng)用。
2．傳動方式創(chuàng)新：通用液壓與電氣傳動
20世紀(jì)的液壓傳動在60年代開始應(yīng)用到了壓路機上，只十年的時間就得到了推廣和普及?，F(xiàn)在壓路機的行走、振動、轉(zhuǎn)向及制動系統(tǒng)已實現(xiàn)了全液壓傳動。液壓傳動大大簡化了壓路機傳動與操縱系統(tǒng)的設(shè)計，液壓傳動平穩(wěn)、操縱方便省力、容易實現(xiàn)無級調(diào)速和自動控制，從總體上提高了壓路機的生產(chǎn)效率與壓實質(zhì)量?，F(xiàn)在在國外市場上已經(jīng)很少見到機械傳動的壓路機了。
液壓傳動技術(shù)于20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用到了推土機上，并且很快擴展了中小型推土機和裝載機的數(shù)量，美國約翰·迪爾公司，卡特彼勒公司，德國利渤海爾公司及日本小松制作所都生產(chǎn)和銷售推寺機與裝載機。靜液壓傳動不使用液力變矩器，這省去了左線和剎車零件及機械傳動，能利用安全閥對機械和液壓系統(tǒng)實現(xiàn)過載保護(hù)，并以較小的索引功率產(chǎn)生最大的索引力，其剩余的功率可以用在機器的輔助操作等。
德國的德馬克公司和利渤海爾公司于1954年和1955年率先其他上市公司開發(fā)了全液壓挖掘機，但靜液壓傳動在大型挖掘機上的普及和應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代。自80年代初，挖掘機從大到小正逐步實現(xiàn)了驅(qū)動行走、回轉(zhuǎn)與挖掘機的全液壓化。在國際市場上的挖掘機，已全部淘汰了各種機械傳動的機構(gòu)。
誕生歷史更晚的道路是以機械液壓傳動為主，如攤鋪機、穩(wěn)土機、路面銑刨機等，液壓傳動的平穩(wěn)性有助于提高鋪平道路的質(zhì)量。在鑿巖臺車和鑿巖機上，液壓傳動已取代了以往的空氣動力學(xué)，現(xiàn)代輪胎式起重機和打樁工作也在向全液壓化的方向發(fā)展。
電力工業(yè)在生產(chǎn)中的應(yīng)用雖然具有悠久的歷史，但在移動機械上的使用很少。這首先是因為電動機的能容量小，一臺電動機與同功率的液壓馬達(dá)相比，其重量和體積要大好多倍，這給機器的空間布置帶來了很大的困難。另外，電氣傳動的效率低，并且需要消耗大量有色金屬。但電氣傳動可以很好地實現(xiàn)無級調(diào)速、制動和功率分流，電傳動更方便和易于大型礦車、大型挖掘機和大型裝載機上，以發(fā)動機—發(fā)電機—電動輪傳遞功率。德國福格勒公司還開發(fā)了電動車輪傳遞功率。德國福格勒公司還研發(fā)了電傳動的瀝青攤鋪機，該機的所有回轉(zhuǎn)系統(tǒng)都用電馬達(dá)驅(qū)動，只有料斗開合板平整油箱仍使用液壓傳動。另外就是在較小的作業(yè)區(qū)域工作，使用了電力驅(qū)動的大型挖掘機的裝載機，這種電力驅(qū)動使用電纜傳輸動力而不必在機器上安裝發(fā)動機。
3．符合人體工程學(xué)的創(chuàng)新：以人為本與簡化操作
20世紀(jì)80年代以來，許多世界上大的工程機械制造公司都投入很大的人力和財力在現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)的研究和應(yīng)用上。人機工程學(xué)是一個“以人為本”的設(shè)計思想，重點強調(diào)機器與人的相互協(xié)調(diào)，提高操作者的安全性、駕駛舒適性，方便于司機操作和技術(shù)保養(yǎng)，這樣既改善操作的工作條件，又提高了生產(chǎn)效率，對工程機械的振動、噪聲、廢氣排放和防止?jié)L筒的下降都制定了新的標(biāo)準(zhǔn)，甚至付諸法律。
現(xiàn)在，各類工程機械都是設(shè)計有防止?jié)L筒下降的保護(hù)裝置，以保護(hù)駕駛者的人身安全，并且對駕駛室進(jìn)行設(shè)計和安裝。駕駛室內(nèi)有足夠的人體空間和開闊的視野，并采取必要的密封、減振、降噪和溫度控制措施。室內(nèi)的座椅、操縱桿件、儀表與顯視器都根據(jù)人機工程學(xué)設(shè)計，并且盡量減少操縱部位與操縱力。為了減輕駕駛者的疲勞，選用懸浮式減振座椅，并研制了氣液懸持系統(tǒng)的駕駛室地板。
電子技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用，極大的簡化了駕駛者的操作程序和提高了設(shè)備的技術(shù)性能。利用電子控制可以自動選擇機器的作業(yè)模式，例如挖掘機的三種作業(yè)模式——動臂優(yōu)先、回轉(zhuǎn)優(yōu)先和微調(diào)整，串聯(lián)振動車輪和全振動等。電子監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)和排除機器系統(tǒng)的故障，例如發(fā)動機潤滑油失壓、風(fēng)扇傳動帶斷裂、液壓油污染或過熱和濾油器堵塞等，都能及時發(fā)出聲響或燈光報警，由于使用電子感應(yīng)裝置可以自動檢測機器的工作質(zhì)量，如隨機檢測振動壓路機的壓實程度，自動檢測與調(diào)整瀝青混合料的級配比例與出料溫度等。
美國消音技術(shù)公司研制了一種電子消音器，電子儀器分析發(fā)動機排氣噪聲波的結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生一種與之相位差180°的干擾波，這種“抗噪聲”與發(fā)動機排氣的噪聲相抵消，從而得到消聲的目的。這種電了消音器可用于消除發(fā)動機的基本噪聲和駕駛室內(nèi)的噪聲。通過工程機械駕駛室內(nèi)消音和隔離，噪聲可以降低到70dB（A）以下。
另外，通過集中潤滑、自動潤滑及故障報警，大大減少了工程機械的維修工作量。德萊賽公司闡明裝載機軸的潤滑周期可延長到2000h，機油和濾清器的周期延長到250h；卡特彼勒公司裝載機的日常維護(hù)時間縮短到3.45min，使用100h的技術(shù)維護(hù)時間也僅需6-7min。
4．外觀造型創(chuàng)新：工業(yè)與環(huán)境的設(shè)計
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，推動著社會的進(jìn)步，給人類帶來了高度的物質(zhì)文明與精神文明。工業(yè)設(shè)計即是工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)品，也稱其為產(chǎn)品的藝術(shù)形式。機械產(chǎn)品的藝術(shù)造型應(yīng)能體現(xiàn)其功能的合理性及外在質(zhì)量的統(tǒng)一性，同時產(chǎn)品應(yīng)體現(xiàn)先進(jìn)的技術(shù)，滿足現(xiàn)代的審美要求。
說工程機械“一紙制品出售”，那是一種夸張的說法，但不包含造型設(shè)計肯定是不可取的。工程機械的造型設(shè)計可以塑造機器的形態(tài)與結(jié)構(gòu)、功能及使用要求，并與人的生理及心理相協(xié)調(diào)。這種造型設(shè)計應(yīng)當(dāng)包括各部分恰當(dāng)?shù)谋壤误w流暢、色彩協(xié)調(diào)、儀表布置美觀以及便于直觀操作并有直觀的標(biāo)志商標(biāo)符號?，F(xiàn)在世界各大公司都非常重視產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計，并且出現(xiàn)了專門的研究和設(shè)計機構(gòu)。
居世界領(lǐng)先地位的壓實機制造商——寶馬公司，其三分之一壓實機械的機器造型由工業(yè)設(shè)計專家Louis.L.lepoix設(shè)計，產(chǎn)生了良好的整體效果。該系列拆卸更換過濾器、傳動件、軟管及日常維護(hù)十分方便。采用圓弧形的現(xiàn)代駕駛室和在傾角的發(fā)動機罩視野開闊、線條流暢，具有時代氣息。駕駛方向盤的高度與角度可以調(diào)節(jié)，選用舒適的高靠背可調(diào)減振座椅，給駕駛員提供了一個良好的操作環(huán)境。儀器儀表盤設(shè)計合理，易于觀察和控制，傾斜的司機蓋，以提供良好的視野。液壓轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)移到駕駛室，以減少駕駛室內(nèi)的熱量與噪聲。圓弧形的擋風(fēng)玻璃和駕駛室的四個外支承可隔離噪聲與振動，使室內(nèi)的噪聲低于70dB(A)。
其它的許多工程機械也都是不同程度地強調(diào)了工業(yè)設(shè)計，例如零部件布置盡量下移，以降低整機重心；適當(dāng)?shù)財U大支承面積，以增加機器的穩(wěn)定性；為了達(dá)到審美的標(biāo)準(zhǔn)，使左右對稱分布；為了顯示線條的流暢，去掉一些外觀造型的尖角、棱邊等。工程機械的油漆更是工業(yè)設(shè)計的重要組成部分，其色調(diào)應(yīng)該鮮明，提高作業(yè)環(huán)境的安全性，并與野外施工現(xiàn)場的綠樹田野相協(xié)調(diào)，使用平頂?shù)难€和提高機器下車的顏色濃度可以增加機器的視覺穩(wěn)定性等。
５．人工智能創(chuàng)新：智能機器人
工程機械在建筑領(lǐng)域代替了人的體力勞動，擴展了人的手腳功能。傳統(tǒng)機械未能解決好人的體力和生理負(fù)擔(dān)問題，更遑論舒緩人的精神和心理負(fù)擔(dān)了。現(xiàn)代化工程機械應(yīng)該被賦予靈動性，智能機械工程是有思維頭腦（微電腦）、感覺器官（傳感器）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（電子傳輸）、五臟六腑（動力與傳輸）及手足骨骼（工作機構(gòu)與行走裝置）的電信系統(tǒng)集成。
機電信一體化并非機電與信息技術(shù)的簡單結(jié)合，它所構(gòu)成的系統(tǒng)必須有5項功能：①檢測和識別工作對象與工作條件的功能；②根據(jù)工作目標(biāo)自行作出決策的功能；③響應(yīng)決策、執(zhí)行支持動作的功能；④自動監(jiān)測與自我修正的功能；⑤自z軸安全保護(hù)和故障排除功能。這就是工程機械智能化的一些具體目標(biāo)。
在機械工程的智能化過程中，自始至終充滿著自我學(xué)習(xí)技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)的運用。現(xiàn)在機電信一體化技術(shù)實現(xiàn)了對發(fā)動機、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的全面控制，機器被賦予各種感覺與智慧。在實時監(jiān)測工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，工程機械將從部分自動化過渡到全面自動化，并且向著遠(yuǎn)距離無人控制的趨勢發(fā)展。隨著人工智能的介入，工程機械將加速其現(xiàn)代進(jìn)程的發(fā)展，逐步過渡到完全智慧化的作業(yè)機器人目標(biāo)。到那時，一些新的機器人作業(yè)程序就會應(yīng)運而生。
Modern construction machinery industry of technical progress
Abstract
In the international and domestic, a large mechanical digger has been widely used in mining and construction, and the performance is directly related to the productivity. The development of the modern engineering machinery is gradually divided into four directions. The first, the innovation in operation principle , break the law and high frequency vibration; The second, drive for innovation, and common hydraulic and electric transmission; The third, the innovation according to human body engineering, people-oriented and simplify the operation; What’s more ,the innovation in appearance style, and industrial design with the environment; last but not least, the innovation of artificial intelligence and intelligent robot.. With the technical progress of modern construction machinery industry, a new construction machinery industry will appear in front of people.
The body
Large-size mechanical mining excavator is used widely in international and domestic engineering construction and mining performance, and its property defines the efficiency much.Now because the international market is opened step step, how to promote the quality of excavator is the key that a factory reinforces its competing force.
In our country，the designing elevation and production quality on excavator can not keep up with international advanced technology applying on excavator.Now the advanced technology has already applied advanced designing method on excavator designing，such as electronic simulating theory，dynamic design， reliability design and so on.But in our country ,the most excavator design has still applied the traditional design method ,the modern design method has not began to be actually applied .The prime display is that the capability of self-design is not enough and the basic work has not done perfectly especially the excavator kinetics .
The construct of excavator is very complex and the multiple movers often work simultaneously.at the same time its working environment is very bad and the eternal load varies randomly.As a result ,when designing the new product of excavator ,in order to ensure the performance safety，the designer not only has the basic theory analysis on static load computing ,but also do necessary work about the kinetics of mechanism to qualify the dynamic reliability in the period of designing .Trough the kinetic analysis ,the load property of all the elements in excavator can be decided so as to design reliable product .
From the 1980s of the 20th century to the beginning of this century. Chinese and foreign engineering machinery technology products come from a maturity period of modernization along with a new technological revolution, Mechanical engineering products integrated technology to a new level. Electronic technology, micro-computer, sensors, electro-hydraulic servo control system integration and transformation of the traditional mechanical engineering products, Computer-aided design and computer-aided manufacturing and computer-aided management of construction machinery and equipment manufacturing, IT network technology equipment, construction machinery sales and information transfer systems, thus enabling people to see a brand new construction machinery industry. New construction machinery products in the efficiency and operational quality, environmental protection, performance and automation are many areas due to the past. and toward the further robotic and intelligent direction.
1、 operating principles of Innovation : groundbreaking new law with the high-frequency vibration
With scientific and technological research in the development, engineering machinery operating theory is constantly innovating. Operating mechanical engineering principles, including the cutting of earth, broken ground on the screen geotextile material, mixed with heating, right mixture of paving, leveling and compaction, etc.. These operations Jimmy initially bionics and Newtonian mechanics-based, Modern science and the development of engineering machinery operating principle of laying the foundation for innovation. For example, mechanical vibration and pulse jet, the photoelectric effect and thermal physics, the application of mechanical engineering to save resources and improve the quality of construction improve production efficiency, reliability and driving comfort and a degree of automation to create conditions.
Excavators, bulldozers, loaders, and other earthmoving machinery cutting groundbreaking project, we had no struggle milling, high-frequency vibration, Liquid gas jet method and porous ground breaking law. Groundbreaking use of the new operating principle of transformation to a bucket, can loosen the soil excavation for the high-intensity rock, Under normal circumstances can reduce the unit cost of earthwork and improve production efficiency, and the soil near the building when substitute bored-blasting method.
Vibratory Roller is a mechanical vibration and have reached a "sluggish vibration to" operational effectiveness of the most powerful note. High-frequency vibration compaction technology is the application of modern dynamics in the mechanical engineering important research results, In vibratory roller simultaneously with the application of vibration isolation theory. 90s of the 20th century, there have been a level of vibration (vibration) and vertical vibration directional vibration compaction method, and an AM-vibration and different from the harmonic vibration of chaotic vibration vibratory compaction operating principle, and the formation of the corresponding series of vibratory roller. Impact Roller broke the existing traditional cylindrical roller structure, Use 3-5 edge with the pressure roller polygon dragged by a tractor, 2-3 times per second in order to impact on the ground. This has dramatic impact on the seismic wave propagation characteristics, the depth of compaction several times with the RCC and incremental, 5m in the depths of the degree of compaction of up 90%-92%. Impact Roller is static shock, vibration and rub it smashes the comprehensive role for large fill, Collapse dry sand and soil filling the compaction.
Asphalt paver Weiping equipment is operating principles of mechanical engineering innovation typical example. Fung plate diesel, liquefied petroleum gas or electric heating and 60 Hz frequency of vibration, and using infrared, ultrasonic or laser leveling, is a multidisciplinary high-tech applications. This leveling the technology can be applied to the ground plane, as amlodipine or fine leveling the slope.
Transfer frequency mechanical vibration is also commonly used for drilling, stone crushing and sieving and Shen pulling piling works. The stone drying can use diesel, fuel oil and coal combustion of various fuels on the asphalt from the barrel, heating and asphalt mixture, stirring and insulation process is the full use of thermal theory of physics. Asphalt emulsion and some are modified chemical reaction physical specific application.
2、drive innovation : universal hydraulic and electric drive
Hydraulic drive in the 20th century, the 1960s applied to the roller, only 10 years on the time has been spread and popularize. Now roller travel, vibration, steering and braking systems has achieved the full hydraulic drive. Hydraulic drive greatly simplified the roller drive and control system design, hydraulic drive a smooth, convenient manipulation effort, easy to achieve variable speed and automation, in general, improve the production efficiency of roller compaction and quality. Now foreign markets have seen very little mechanical transmission of the roller.
Hydrostatic drive technology in the 1970s began to use bulldozers, and will soon be extended to a number of small and medium bulldozers and loaders, the United States John Deere, Caterpillar, Germany Bohai benefit companies and Dole produced by Komatsu of Japan has production and sales pushed Temple hydraulic machines and loaders. Hydrostatic drive not to use hydraulic torque converter, which dispense with the left lane and brake parts and mechanical drive, use of a safety valve on mechanical and hydraulic systems overload protection, and the index of smaller power play biggest index, its remaining power available in the auxiliary machinery operation.
German company Deutsche mark and Lee Bohai Fall of other public companies in 1954 and in 1955 took the lead in developing a hydraulic excavator , but the hydrostatic transmission in large excavator is the popularization and application of the 1970s. Since the early 1980s, excavators and subdivided, is gradually realized - powered, rotary and the hydraulic excavator of. In the international market excavators, were all eliminated various mechanical drive.
Late history of the birth of the road is more mechanical hydraulic drive-based, such as paver, soil stabilizer, Pavement milling machine, hydraulic transmission smoothness help improve the quality of the roads paved. Drilling in the car and drilling machines, hydraulic transmission has replaced the previous aerodynamic, Wheeled modern cranes and machinery also piling work to the whole in the direction of hydraulic development.
Electricity in industrial production while the application has a long history, but in mobile machinery is seldom used. This is because, firstly, to the motor capacity of, a motor with the same power as compared to the hydraulic motor, its weight and bulk to good times, to the machinery space layout brought great difficulties. In addition, the efficiency of electrical transmission over low efficiency and consumption of a large volume of non-ferrous metals. But electric drive can be well realized variable speed, braking and electrical power streaming -- Drive more convenient and easy to large tub, large excavator and large loaders, engine-generator-electric wheels will transfer power. Germany Vogele also been developed for electric power will transfer wheel. Germany Vogele also been developed electric drive an asphalt paver, the aircraft's systems are all rotary motor driven electricity, Only Hopper CDCC and comfort slab leveling tank still use hydraulic transmission. The other is the regional mobile operations in the smaller mining site, the use of electric drive large excavator loaders, Such use of electric drive power transmission cables without the engine installed on the machines.
3、ergonomic innovations : a people-oriented and simplified operation
1980s of the 20th century, Many of the world's largest engineering machinery manufacturing company has invested considerable human and financial resources for modern design methodology of the research and used. Ergonomics is a "people-oriented" design, with emphasis on the machines mutual coordination and crew safety, driving comfort, convenience in the driver's operation and maintenance technologies, such drivers both improved working conditions, and increased production efficiency, and some of the engineering machinery vibration, noise, emissions and the prevention of roller drop from the development of the new standard, and even those laws.
Now all kinds of projects are mechanical design roller defense and falling-object protective devices to protect the personal safety of the drivers, with the cab and are designed and installed. Indoor driving sufficient human space and broad vision, and to take the necessary seals, vibration, noise and temperature control measures. Indoor chairs, pieces of the stick, gauges and the monitor according to ergonomics and design and minimize the manipulation and control of parts. To reduce driver fatigue, to choose the suspension damping chairs, and to develop a gas-liquid system hanging with the cab floor.
Electronic technology, mechanical engineering applications, which greatly simplifies the driver's operational procedures and to the machine's technical performance. The use of electronic control machine can automatically choose the mode of operation, such as excavators to the three operating modes -- boom priority, Rotary priorities and micro-adjustment tandem wheels all vibration and vibration. Electronic monitoring can detect and remove machines system failures, such as engine oil pressure loss. Fan fracture belt drive, hydraulic oil contamination or overheating and oil filter blockage, can promptly lights or audible alarm, by the use of electronic sensor device can handle automatic detection machines quality of the work, If random vibration testing of the degree of compaction roller, automatic detection and adjustment of the asphalt mixture ratio and size distribution outlet temperature.
American muffler technology company developed an electronic silencer, electronic equipment engine exhaust noise analysis of the wave structure, and produce a phase difference of 180 ° with the acoustic interference, This "anti-noise" and the engine exhaust noise offset, which over the purpose of the muffler. Such a muffler -- can be used to eliminate the basic engine noise and the noise indoor driving. Muffler and isolation through the engineering machinery driving indoor noise can be reduced to 70dB (A) below.
In addition, by concentrating on lubrication, automatic lubrication and fault alarm, greatly reducing the engineering and mechanical maintenance workload. Dreiser companies axis articulated loader lubrication cycle extended to 2000h. oil and filter replacement cycle extended to 250h; Caterpillar loader routine maintenance to shorten the time 3.45min. 100 hours use of the technical maintenance for only 6-7min.
4、Creative : industrial design with the environment
Modern science and technology of high-speed development, promoting social progress, for humanity to a high degree of material civilization and spiritual civilization. Industrial design is the product of industrial product design, product also known as the art form. Mechanical Products art forms should be able to demonstrate its function in a rational and external quality of uniformity, the product should reflect the advanced technology and meet the aesthetic requirements of modernity.
For mechanical engineering, said it was "a Paper goods sold," That is an exaggeration, but not t