液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置仿真設(shè)計(jì)論文[帶圖紙].doc

南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1目錄1前言.（3）1.1課題研究的背景和意義.（3）1.2液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài).（4）1.2.1國(guó)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài).（4）1.2.2國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài).（3）1.3本文研究的主要內(nèi)容.（5）2液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)分析.（6）2.1液壓正鏟挖掘機(jī)的基本組成和工作原理.（6）2.2工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定.（7）2.3工作裝置運(yùn)動(dòng)分析.（10）2.3.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析.（10）2.3.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析.（12）2.3.3斗齒尖的幾種特殊工作位置的計(jì)算.（15）3工作裝置尺寸的設(shè)計(jì)確定.（19）3.1應(yīng)用舉例.（錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。）3.1.2動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度確定（20）3.1.2機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定.（20）3.2油缸鉸點(diǎn)及行程確定.（21）3.2.1動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定.（21）3.2.2斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定.（21）3.2.3鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定.（21）3.3工作裝置的位置模型建立.（21）3.3.1動(dòng)臂與平臺(tái)鉸點(diǎn)位置C的確定.（20）3.3.2動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度的確定.（20）3.3.3機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定.（20）3.4工作裝置油缸鉸點(diǎn)及行程確定.（27）3.4.1動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定.（27）3.4.2斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定.（30）3.4.3鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定.（33）3.5液壓正鏟挖掘機(jī)三維模型.（34）4結(jié)論.（36）參考文獻(xiàn).（37）致謝.（38）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2摘要：近年來(lái)，隨著鋼鐵業(yè)、煤炭業(yè)、電力業(yè)的持續(xù)迅猛發(fā)展，挖掘機(jī)等工程機(jī)械的需求日益增加，并廣泛地運(yùn)用于房屋建筑、筑路工程、水利建設(shè)、農(nóng)林開(kāi)發(fā)、港口建設(shè)、國(guó)防工事的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中。由于其作業(yè)工況復(fù)雜多變，挖掘方式往往是憑借操作者的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際作業(yè)工況決定，為了減小操作者的挖掘經(jīng)驗(yàn)對(duì)挖掘效果的影響，就迫切需要建立起鏟斗挖掘軌跡與各液壓缸的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)操作的自動(dòng)化。同時(shí)由于挖掘機(jī)的工作環(huán)境的復(fù)雜性及工況的多變性，就要求液壓挖掘機(jī)本身結(jié)構(gòu)要根據(jù)環(huán)境的不同作相應(yīng)的調(diào)整，這就決定了挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的平凡性、重復(fù)性。然而液壓挖掘機(jī)的工作裝置又是一個(gè)多自由度的多桿系統(tǒng)，各鉸點(diǎn)的確定非常復(fù)雜，這些因素就造成了液壓挖掘機(jī)的投資大、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，嚴(yán)重地影響了廠商的經(jīng)濟(jì)效益及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文主要的設(shè)計(jì)工作主要有以下幾個(gè)方面：在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪及參考有關(guān)資料的基礎(chǔ)上了解液壓挖掘機(jī)的工作方式及工作環(huán)境。確定液壓挖掘機(jī)各個(gè)工作裝置的結(jié)構(gòu)，查找相關(guān)資料并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，用比例法和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出工作裝置各部分的基本尺寸并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，然后繪制出其二維CAD圖紙，繼而用PRO/E畫(huà)出各裝置的三維模型。將各裝置裝配后對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬仿真。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；工作裝置；CAD；PRO/E；運(yùn)動(dòng)仿真Abstract:Inrecentyears,assteel,coalindustryandquarryingcontinuedrapiddevelopment,excavatorsengineeringmachineryrequirementincreasingly,andiswidelyusedinhousingconstruction,roadengineering,waterconservancyconstruction,forestrydevelopment,portconstruction,nationaldefenseconstructionandconditionsoffortificationsminingextractionindustryDuetothecomplexandchangeable,miningoperationconditionisoftenwithoperatorwayaccordingtotheactualworkingexperience,decision,inordertoreducehomeworktoexcavatetheminingexperienceoperator,theeffectswillisinurgentneedtobuildupthebucketwithvarioushydrauliccylinderdigtrajectorydirectcorrespondingrelation,realizetheautomation.ExcavatoroperationAtthesametimebecauseofthecomplexityofanexcavatorworkingenvironmentandconditions,requiresthefluidityofhydraulicexcavatoritselfaccordingtothedifferentstructuralenvironmentmakesthecorrespondingadjustment,thisdeterminestheexcavatordesignofordinarysex,repeatability.Howeverhydraulicexcavatorworkingdeviceisamuchmorefreedom,thehingepointbarsystemtodeterminetheverycomplex,these南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3factorswillcausethehydraulicexcavatorbiginvestment,designcycleislong,theseriousinfluenceontheeconomicbenefitsofthemanufacturersandnationaleconomicdevelopment.Thispapermainlydesignworkmainlyinthefollowingaspects:inthefieldsurveyingandmappingandreferenceonthebasisofrelevantinformationaboutthehydraulicexcavatorwayofworkingandworkingenvironmentDeterminethehydraulicexcavator,eachworkingdevicesearchrelevantmaterialandstructureofpracticalexperienceformulaoftheoverallworkdeviceforexcavatorsdesigned,useproportionmethodandexperiencecalculationworkdeviceeachpartofbasicsizeandcarriesonthestressanalysis,andthenplotitstwo-dimensionalCADdrawings,andthenpaintedwithPRO/E3dmodelofeachdevice.AftereachdeviceassemblyofitsmotionsimulationKeywords:HydraulicExcavator；Workingdevice；Boom；Stick；Face-shovel1引言1.1課題研究的背景和意義目前我國(guó)露天礦的開(kāi)采規(guī)模逐漸擴(kuò)大，為了適應(yīng)日益增大的礦用汽車(chē)鏟裝的需要，這就需要較大斗容的挖掘機(jī)，由于挖掘機(jī)愈大，每單位土石方的施工成本愈低，而液壓挖掘機(jī)較機(jī)械式挖掘機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是國(guó)內(nèi)對(duì)大型液壓正鏟挖掘機(jī)的研究較少，液壓挖掘機(jī)工作裝置是完成挖掘機(jī)各項(xiàng)功能的主要構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響到挖掘機(jī)的工作性能和可靠性，對(duì)其研究是整機(jī)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，對(duì)工作裝置進(jìn)行優(yōu)化，目的在于縮短研究和開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，本課題的任務(wù)就在于此。現(xiàn)代化建設(shè)速度，在很大程度上取決于各種工程建設(shè)速度，而工程機(jī)械水平的高低，又直接對(duì)工程建設(shè)速度發(fā)揮著促進(jìn)或抑制作用。傳統(tǒng)研發(fā)管理及設(shè)計(jì)方法只是被動(dòng)地重復(fù)分析產(chǎn)品的性能，而不是主動(dòng)地設(shè)計(jì)產(chǎn)品的參數(shù)。作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)，不僅要求方案可行、合理，而且應(yīng)該是某些指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的理想方案。隨著電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，已經(jīng)可以用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法和手段進(jìn)行設(shè)計(jì)，來(lái)滿足對(duì)機(jī)械產(chǎn)品南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4提出的要求。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，人們就可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找出最佳設(shè)計(jì)方案，從而大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量?？煽啃允俏覈?guó)工程機(jī)械的致命弱點(diǎn)，我們要正視差距，增強(qiáng)科研開(kāi)發(fā)力度，提高技術(shù)水平，更多地發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高質(zhì)量產(chǎn)品，進(jìn)一步促進(jìn)工程機(jī)械的發(fā)展。1.2液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)挖掘機(jī)作為一種典型的土石方施工設(shè)備，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中起著十分重要的作用，因此加強(qiáng)對(duì)挖掘機(jī)的研究具有十分重要的意義，隨著能源的緊缺和人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，節(jié)能技術(shù)研究成為同行學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)沒(méi)隨著人類(lèi)空間獲活動(dòng)的延伸，以及人類(lèi)對(duì)挖掘機(jī)工作環(huán)境與功能要求的延伸，在遙控挖掘機(jī)和機(jī)器人化挖掘機(jī)研究方面正進(jìn)行不懈努力，遙控挖掘機(jī)的研究離實(shí)用化已經(jīng)不遠(yuǎn)，開(kāi)發(fā)智能化的多功能挖掘機(jī)并使之成為真正的挖掘機(jī)器人還是人們追求的目標(biāo)。由于挖掘作業(yè)中負(fù)載變化劇烈，有些學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始將振動(dòng)挖掘方式運(yùn)用于減少挖掘阻力，減低功率消耗以及延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命方面的研究。近年來(lái)，隨著人類(lèi)對(duì)自然的開(kāi)發(fā)，挖掘機(jī)也朝著大型化大功率化發(fā)展，從而滿足人類(lèi)對(duì)大型工程的需求。1.2.1國(guó)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)1）國(guó)外產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)1950年在意大利生產(chǎn)了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)，由于其挖掘能力強(qiáng)、生產(chǎn)率高、通用性好、操縱輕便等特點(diǎn)，在工程建設(shè)施工中起著重要的作用。六十年代，隨著西方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，液壓挖掘機(jī)需求數(shù)量急劇上升，但大多數(shù)屬于中小型液壓挖掘機(jī)。七十年代開(kāi)始，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和大型水電工程及大型露天礦建設(shè)的需要，液壓挖掘機(jī)向高速、高壓、大斗容、大功率發(fā)展。隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來(lái)提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)外的一些公司開(kāi)始研制大型礦用液壓挖掘機(jī)，其中以德國(guó)、法國(guó)產(chǎn)品居多。在液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品功能方面，液壓挖掘機(jī)工作裝置向多功能化的方向發(fā)展。當(dāng)液壓挖掘機(jī)配置不同的作業(yè)裝置時(shí)，可以用來(lái)吊、夾、推、刮、松、挖、裝、銑削、拆除、清除和壓實(shí)等作業(yè)，且大都采用快換裝置，駕駛員在駕駛室內(nèi)就可以完成作業(yè)裝置的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5更換，一般在2分鐘內(nèi)就可以完成作業(yè)裝置的更換。工作裝置中動(dòng)臂、斗桿結(jié)構(gòu)變化多樣，擴(kuò)展了主機(jī)的使用功能。隨著傳統(tǒng)型和通用型產(chǎn)品樣機(jī)減少，一些有特殊構(gòu)造的、有特色的產(chǎn)品和多功能的產(chǎn)品備受用戶的青睞，這些多用途作業(yè)裝置大大擴(kuò)展了液壓挖掘機(jī)的功用，提高了產(chǎn)品的施工適用性。同時(shí)也體現(xiàn)了各廠家市場(chǎng)差異化的產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略和各自的技術(shù)水平。所以，研究專(zhuān)業(yè)性的挖掘機(jī)設(shè)計(jì)理論、方法甚至是專(zhuān)用軟件，以便縮短設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品性能和可靠性，快速響應(yīng)市場(chǎng)和用戶的要求。2）國(guó)外液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀（1）設(shè)計(jì)理論和方法研究及應(yīng)用。國(guó)外生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中，廣泛推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測(cè)產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性處理系統(tǒng)。借助于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，提高其可靠性和耐久性。例如，德國(guó)Demag公司的H485型液壓挖掘機(jī)，0&K公司的RH-400型液壓挖掘機(jī)，Liebher的8994型液壓挖掘機(jī)，法國(guó)Poclain公司的1000CK型液壓挖掘機(jī)，都是應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法設(shè)計(jì)的新型機(jī)型。（2）重視實(shí)驗(yàn)研究和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)外液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量急劇上升，結(jié)構(gòu)逐步完善，在工程建設(shè)和施工行業(yè)中占有很重要的位置。液壓挖掘機(jī)迅速發(fā)展的根本原因，在于機(jī)械本身的優(yōu)越性，也由于下述幾個(gè)因素：重視