DWY25多功能全液壓挖掘機設計【石油】【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

大慶石油學院本科生畢業(yè)設計（論文） 第 1章 概述 . 3 . 3 點 . 6 . 9 章小結(jié) . 10 第 2章 挖掘機結(jié)構(gòu)設計 . 11 方案的確定 . 11 . 11 變幅機構(gòu)分類 . 12 . 13 . 13 鏟裝置的工作特點 . 13 . 14 . 15 第 3章 挖掘機運動分析與有限元分析 . 16 . 16 . 16 . 18 壓挖掘機的理論挖掘阻力 . 18 . 18 . 20 斗的受力分析 . 20 . 22 . 25 . 27 . 29 第 4章 整機穩(wěn)定性分析 . 30 定性及計算方法 . 30 定性 . 30 . 30 . 32 . 33 第 5章 液壓系統(tǒng)設計 . 34 . 34 . 34 . 35 . 35 . 35 . 35 . 36 要液壓元件的選型設計 . 36 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 轉(zhuǎn)液壓馬達的選型設計 . 36 作機構(gòu)液壓缸的選型設計 . 36 . 36 . 37 結(jié) 論 . 38 參考文獻 . 39 致謝 . 40 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 第 1 章 概述 言 液壓挖掘機是交通運輸、能源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設等各項工程建設的重要施工裝備，它的使用也反映了這些部門的施工機械化水平。因此，重視和加速挖掘機改進 創(chuàng)新，穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需求，對加速現(xiàn)代化工程建設有著重大的意義。 液壓挖掘機反鏟裝置是完成液壓挖掘機各項功能的主要部分，其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響到液壓挖掘機的工作性能和可靠性。本文根據(jù)液壓挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，通過類比各種型號挖掘機和其他工程車輛，將挖掘機的動臂設計為組合式動臂結(jié)構(gòu)，大大擴大了挖掘范圍，增加了機械工作效率。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 內(nèi)外液壓挖掘機現(xiàn)狀、特點 近十年來，液壓挖掘機總的發(fā)展趨勢是圍繞提高可靠性和效率、降低成本為核心，繼續(xù)向大型化發(fā)展的同時向微型化發(fā)展；并著眼于 動力、傳動系統(tǒng)的改進以達到高效節(jié)能。由于微電子技術的應用，使其自動化、機電一體化和智能化的進程加快。為適應應用范圍和使用條件的不斷擴大，標準化、組件化成為必要的條件，另外動力也不僅限于柴油機，也可以電力為動力。以全壽命理論為導向，延長維修周期、加快維修進度和降低維修費用；以人機工程學為基礎，更好地設計和裝備駕駛室，提高機械作業(yè)性能，降低振動和噪聲，消除公害，是這液壓挖掘機得以成功發(fā)展的關鍵。最近幾年，各地對液壓挖掘機的需求量日益增加，液壓挖掘機逐步取代機械式挖掘機是不可回避的事實。其主要特點是： （ 1）結(jié)構(gòu) 緊湊、機動靈活、零部件少、成本低、工作重量輕、生產(chǎn)能力高、挖掘高度高；下挖準確，具有良好的選采性能；功能多樣，完成挖掘作業(yè)后可以迅速轉(zhuǎn)化為輔助作業(yè)，如可自行清理場地，保持工地平整等。 （ 2）中小型液壓挖掘機通用性強，既可以進行強力挖掘作業(yè)，也可以完成地表平整等輕巧作業(yè)，近年來還發(fā)展到裝有碎石器，進行建筑物拆除和大塊礦巖破碎等作業(yè)；用途廣泛，依靠人機系統(tǒng)操縱和控制，使發(fā)動機功率最大限度地靈活運用，從而發(fā)揮機器的強大挖掘力，快速作業(yè)，且操作輕巧。 （ 3）產(chǎn)品規(guī)格以中小型為主，逐漸向微型化發(fā)展，同時兼顧發(fā)展大斗容 、大買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 功率液壓挖掘機。例如在日本，由于缺乏勞動力，為降低施工成本而大力發(fā)展微型液壓挖掘機，它們可在環(huán)境狹窄、惡劣施工條件下代替人工勞動。隨著礦山開采的大型化，在歐洲發(fā)展了一批大型液壓挖掘機。德馬克公司 6251 的 、O&K 公司 5201 的 、利勃海爾公司 5301 的 和日本神戶公司 4201的 等液壓挖掘機均可以與礦用載重汽車配套。 （ 4）應用微電子技術，實現(xiàn)機電一體化和智能化。以液壓挖掘機為主體，傳感檢測、信息處理、執(zhí)行機構(gòu)和接口等部分組合在一起，用微機和檢測裝置進行記錄、 優(yōu)選和顯示挖掘機系統(tǒng)重要參數(shù)，自動調(diào)節(jié)功率分配，節(jié)省燃料、減少磨損、提高效率和可靠性。液壓挖掘機智能化的最終結(jié)果是機器人化，甚至實現(xiàn)無人操縱或遙控，以便在人們無法接近的危險條件下作業(yè)。目前國外各制造公司競相研制智能化的液壓挖掘機，可獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益 1。 （ 5）改善司機工作環(huán)境，不斷提高操作舒適性。設有全封閉防噪聲、隔灰塵的駕駛室，與車架的連接采用抗振橡膠墊塊，提高耐振性和舒適性，使工作噪聲降到 80下。室內(nèi)色彩協(xié)調(diào)、溫度適宜、視野開闊、彈性座椅可調(diào)、自動化操作省力。裝有可靠的駕駛室翻轉(zhuǎn)支 撐機構(gòu)，給維修帶來極大的方便并大大提高安全性能。 早在 1958 年我國便開始了液壓挖掘機的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品，如 。當時由于受配件如發(fā)動機、液壓件及企業(yè)自身條件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠未達到應有的水平，與國外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。自改革開放以來，國產(chǎn)液壓挖掘機行業(yè)進入了一個快速發(fā)展的重要階段。出現(xiàn)了一批實力比較雄厚的生產(chǎn)企業(yè)如中國一拖、柳州工程機械廠、黃河工程機械廠、廣西玉柴股份有限公司等。它們生產(chǎn)的部分產(chǎn)品已出口，打破了多年來主要由少數(shù)幾家國外挖 掘機制造企業(yè)壟斷國內(nèi)市場的局面，使國產(chǎn)液壓挖掘機的產(chǎn)量和質(zhì)量都上了一個新臺階。 90 年代以來，隨著迅速發(fā)展的微電子技術、計算機技術、控制技術、通信技術等新技術日益滲透到液壓挖掘機技術中，世界各工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機技術水平得以迅速提高，使一度與國外技術水平縮小的國產(chǎn)液壓挖掘機再次與國外液壓挖掘機差距拉大了。因此，國內(nèi)液壓挖掘機市場大部分被國外產(chǎn)品所占據(jù)的局面長期得不到改善。 隨著我國改革開放的進一步深入，國家對基礎建設和基礎設施投資的規(guī)模日益擴大，國內(nèi)用戶對高質(zhì)量、高水平、高效率的液壓挖掘機的需求愈來愈迫切 。尤其是在城市建設中，對于中小型液壓挖掘機的需求與日俱增。 對美國、日本和德國等工業(yè)發(fā)達國家工程機械的發(fā)展研究表明，他們在上述技術方面都有不同程度的發(fā)展，特別是微電子技術和液壓挖掘機相結(jié)合的機電一體化技術更是發(fā)展迅速，促進了液壓挖掘機控制技術的飛速發(fā)展。 國內(nèi)液壓挖掘機總的來說是機型和規(guī)格少，數(shù)量少、斗容量小，技術性能較低，可靠性和質(zhì)量總的來說不如國外，品種、規(guī)格上滿足不了國內(nèi)市場需要。在買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 中國城市建設飛速發(fā)展的過程中，對于中小型挖掘機的外形尺寸，以及行走機構(gòu)都有一定的限制。所以現(xiàn)在面臨的問題就是開發(fā)研究新型 液壓挖掘機。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 壓挖掘機發(fā)展趨勢 液壓挖掘機問世以來，經(jīng)歷了探索、發(fā)展和提高等階段，目前，不少國家液壓挖掘機的使用在工業(yè)與民用建筑、道路建設、水力、礦山、市政工程等土石方施工中已越來越占有重要的位置 ;也是交通運輸、能源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設以及國防施工等各項工程建設的重要施工裝備，是各國經(jīng)濟建設不可替代的裝備。液壓挖掘機的使用反映了這些國家的施工機械化水平。重視和加速挖掘機改進創(chuàng)新，穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需求，已成為生產(chǎn)和研制部門的重大課題 2。 （ 1）整機的發(fā)展趨勢 液壓挖掘機的整機發(fā)展，趨向 于大型化、微型化、多能化和專用化。大型礦用全液壓挖掘機在短短幾年內(nèi)已由 100 噸級發(fā)展到 420 噸級，功率提高到 2352 馬力，斗容達 30 立方米，目前發(fā)展仍是方興未艾。大型機的特征是動力源采用兩臺或多臺柴油機聯(lián)合驅(qū)動，采用了節(jié)省能源、回收功率和積蓄能等功率有效利用的措施。結(jié)合城市建設和農(nóng)村建筑的需要，國外發(fā)展了微型挖掘機，方米以下，最小的達 方米。微型機的特點是結(jié)構(gòu)簡單，輕便靈活，零部件盡量提高標準化程度。數(shù)量最龐大的中型機和小型機趨于一機多能的途徑，有的國家統(tǒng)計，非建筑用的中、小型 機已占 30%左右，主要是在冶金工業(yè)和林業(yè)中作物料裝卸和其他用途。中型機和小型機的特點是發(fā)展多種專業(yè)裝置進行不同的作業(yè) (也有通過液壓接頭，帶動裝在工作裝置旁的油馬達，驅(qū)動另一輸送設備 )，不斷提高性能，貫徹三化和提高單位機重的功率等。發(fā)展專門用途的特種挖掘機，可以提高工作效率，解決特殊施工困難，例如，目前發(fā)展有步履式、履帶低比壓式、低噪音、水下專用、水陸兩用等品種。配合水下資源的開發(fā)，對水下專用挖掘機更較重視，開展了無線電遙控、電液遙控和同步顯示控制技術在水下挖掘機中應用的研究。 （ 2）工作裝置的發(fā)展趨勢 工作 裝置的型式進一步擴大，除了常用的正鏟、反鏟以外，發(fā)展了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊工具、集裝叉、高空作業(yè)架、絞盤與拉鏟等幾十種品種。工作裝置的更換快速而簡便，甚至在司機室內(nèi)按動電鈕，幾秒鐘即可換好，并且通過挖掘過程的研究，來控制工作裝置的挖掘軌跡。目前正在研究連桿式、仿形式、套筒伸縮式、斗桿追隨式和具有運算輸入裝置的軌跡控制裝置。 （ 3）控制技術的發(fā)展 將飛速發(fā)展的電子技術運用于控制領域，通過可編程控制元件、總線控制技術的成功運用、大幅度減化控制系統(tǒng) 、提高操縱控制性能和安全性能，使大型挖掘機的操縱變得越來越容易、越來越靈敏，更具人性化。各種帶有總線接口的發(fā)買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 動機、變速箱、液壓閥、油泵、馬達等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，成為挖掘機發(fā)展的重要支撐 。 （ 4）智能化 隨著挖掘機噸位的增大，智能化顯得越來越重要，主要是指故障自診斷和自動安全保護功能的不斷擴展和提升。由于可編程控制技術的逐漸成熟，這類功能的實現(xiàn)顯得越來越容易，也必將成為挖掘機發(fā)展的重要趨勢。 章小結(jié) 本章主要介紹了挖掘機在交通運輸、能源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設等各項工程建設中起到越來越大的作用，隨 著國家對道路建設的需求迅速增長，挖掘機的應用巨大市場，以及國內(nèi)外挖掘機的發(fā)展情況及目前的發(fā)展趨勢，為本次設計的挖掘機提供了行業(yè)應用基礎。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 第 2 章 挖掘機結(jié)構(gòu)設計 壓挖掘機方案的確定 多功能全液壓挖掘機 適用于 房屋建筑 、 道路工程 、 水利建設、農(nóng)田開發(fā)、港口建設、國防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對減輕繁重的體力勞動、保證工程質(zhì)量，加快建設速度，提高勞動生產(chǎn)率起到巨大作用。根據(jù)行走裝置結(jié)構(gòu)、動臂和斗桿的不同形式大致可以劃分成以下兩種類型。 底盤結(jié)構(gòu)分類 按底盤結(jié)構(gòu)方式可分為履帶式、輪胎式、 汽車式、步履式、軌道式、拖式、浮式等液壓挖掘機，如圖 2示。 a) 履帶式液壓挖掘機 b) 輪胎式液壓挖掘機 C）浮式挖掘機 d）汽車式挖掘機 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 e）軌道式挖掘機 f）步履式挖掘機 圖 2底盤結(jié)構(gòu)分類 履帶式液壓挖掘機的優(yōu)點是 履帶式重心低，在進行作業(yè)時也可以移動 ，驅(qū)動力大，接地比壓小，越野性能好，穩(wěn) 定性好，爬坡能力大，轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。缺點是履帶式的行走制造成本高，運行速度低，功率消耗大，零件磨損快，長距離運行時要用運輸車輛。 輪胎式液壓挖掘機運行速度快，機動性好，不損壞路面，但是接地比壓大，爬坡能力小，作業(yè)時需要用專門支腿，穩(wěn)定性和安全性稍差。 輪胎式液壓挖掘機運行速度快，機動性好，不損壞路面，但是接地比壓大，爬坡能力小，作業(yè)時需要用專門支腿，穩(wěn)定性和安全性稍差。 汽車式挖掘機機動靈活，行駛速度高。汽車式挖掘機突出的缺點是汽車前方為挖掘作業(yè)盲區(qū)，影響挖掘性能的發(fā)揮。 步履式、軌道式、浮式挖掘機適 用于特殊工作，實用性不夠廣泛。 變幅機構(gòu)分類 變幅機構(gòu)可分為整體式和組合式，其中組合式包括伸縮式和非伸縮式結(jié)構(gòu)。如圖 2示。 a) 整體式動臂 +整體式斗桿結(jié)構(gòu) b) 組合式動臂 +整體式斗桿結(jié)構(gòu) 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 c) 整體式動臂 +伸縮式斗桿結(jié)構(gòu) 圖 2變幅機構(gòu)分類 整體式結(jié)構(gòu)簡單、價廉、剛度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕，它的缺點是替換工作裝置較少、通用性較差，一般適用于作業(yè)條件相似的反鏟裝置。 組合式結(jié)構(gòu)的工作尺寸和挖掘力可以根據(jù) 作業(yè)條件的變化進行調(diào)整；能夠較合理地滿足各類作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單的解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題，下動臂一般可以適應各種作業(yè)裝置要求，不需拆換；裝車運輸也比較方便。 定設計方案 根據(jù)不同類型底盤和動臂斗桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點確定本次設計方案為：底盤選用履帶式，采用組合式動臂和整體式斗桿變幅機構(gòu)的反鏟裝置。主動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過主動臂缸的伸縮，使主動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動，副動臂下鉸點鉸接在主動臂上，通過副動臂缸的伸縮，使副動臂連同斗桿繞主動臂下鉸點轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞副 動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。底盤采用利勃海爾 構(gòu)，回轉(zhuǎn)支撐采用內(nèi)齒式回轉(zhuǎn)支撐，發(fā)動機用 采用全回轉(zhuǎn)機構(gòu)的高速方案， 此類型挖掘機操作輕便靈活、安全可靠，能滿足挖掘、挖溝等作業(yè)施工要求。 幅機構(gòu)的特點及設計原則 鏟裝置的工作特點 液壓挖掘機的反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下土壤（基坑、溝壕等）。其挖掘軌跡決定于各油缸的運動及其相互配合情況。通常情況下，分為動臂挖掘、斗桿挖掘、轉(zhuǎn)斗挖掘等幾種情況 3。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 （ 1）動臂挖掘：當采用動臂油缸工作來進行挖掘時（斗桿和鏟斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半徑和最長的挖掘行程。此時鏟斗的挖掘軌跡系以動臂下鉸點為中心，斗齒至該鉸點的距離為半徑所作的圓弧線。其極限挖掘高度和挖掘深度（不是最大挖掘深度）即圓弧線之起終點，分別決定于動臂的最大上傾角和下傾角 (動臂與水平線之夾角 )，也即決定于動臂油缸的行程。由于這種挖掘方式時間長而且由于穩(wěn)定條件限制挖掘力的發(fā)揮，實際工作中基本上不采用。 （ 2）斗桿挖掘：當僅以斗桿油缸工作進行挖掘時，鏟斗的挖掘軌跡為圓弧線，弧線的長度與包角決定于斗 桿油缸的行程。當動臂位于最大下傾角，并以斗桿油缸進行挖掘工作時，可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。在較堅硬的土質(zhì)條件下工作時，能夠保證裝滿鏟斗，故挖掘機實際工作中常以斗桿油缸工作進行挖掘。 （ 3）轉(zhuǎn)斗挖掘：當僅以鏟斗油缸工作進行挖掘時，鏟斗的挖掘軌跡也為圓弧線，弧線的包角及弧長決定于鏟斗油缸的行程。顯然，以鏟斗油缸上作進行挖掘時的挖掘行程較短，如使鏟斗在挖掘行程結(jié)束時裝滿土壤，需要有較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤。所以一般挖掘機的斗齒最大挖掘力都在采用鏟斗油缸工作時實現(xiàn)。采用鏟斗油 缸挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率。因此，在一般土方工程挖掘中，轉(zhuǎn)斗挖掘較常采用。 在實際挖掘工作中，往往需要采用各種油缸的聯(lián)合工作。如當挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁時，則需采用動臂與斗桿兩種油缸的同時工作，當挖掘坑底，挖掘行程將結(jié)束為加速將鏟斗裝滿土，以及挖掘過程需要改變鏟斗切削角等情況下，則要求采用斗桿與鏟斗油缸同時工作。雖然此時挖掘機的挖掘軌跡是由相應油缸分別工作時的軌跡組合而成。顯然，這種動作能夠?qū)崿F(xiàn)還決定于液壓系統(tǒng)的設計。 當反鏟裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸已 定時（包括動臂、斗桿、鏟斗尺寸、鉸點位置，相對的允許轉(zhuǎn)角或各油缸的行程等），即可用 動分析求得挖掘機挖掘軌跡的包絡圖，即挖掘機在任一正常工作位置時所控制到的工作范圍。對于反鏟裝置主要的工作尺寸為最大挖掘深度、最大卸載高度和最大挖掘半徑。包絡圖中有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機停機點底下，這一范圍的土壤雖可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影響機械的穩(wěn)定和安全上作，除有條件的挖溝作業(yè)外一般不使用。挖掘機反鏟裝置的最大的挖掘力決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸，以及各油缸間作用力之影響（斗桿、動臂油 缸的閉鎖壓力及力臂）外，還決定于整機的穩(wěn)定和地面附著情況。因此反鏟裝置不可能在任何位置都能發(fā)揮最大挖掘力 4。 鏟裝置的設計原則 （ 1）主要工作尺寸及作業(yè)范圍的要求，在設計時應考慮與同類型相比時的先買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 進性，性能與主參數(shù)應符合國家標準之規(guī)定。 （ 2）滿足整機挖掘力大小及分布情況的要求。 （ 3）功率利用情況好，理論工作循環(huán)時間短。 （ 4）確定各個鉸點布置，結(jié)構(gòu)形狀應盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證剛度和強度的前提下，重量越輕越好。 （ 5）應考慮到通用性和穩(wěn)定性。 （ 6）運輸或停放時應有合理的姿態(tài)。 （ 7）液壓缸設計應考慮三化，采用系列參數(shù)。 （ 8）作裝置應安全可靠，拆裝方便。 （ 9）滿足特殊使用要求。 章小結(jié) 本章主要介紹了各種挖掘機，通過對比最終確定了挖掘機的方案，借鑒其他挖掘機的優(yōu)點來確定要設計的結(jié)構(gòu)形式，變幅機構(gòu)采用油缸變幅，其次介紹了挖掘機的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 第 3 章 挖掘機運動分析與有限元分析 挖掘機設計中的應用 在挖掘機工作裝置設計中，最困難的工作就是運動機構(gòu)的設計與運動軌跡校核，目前多采用軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組進行求解，但對于 運動部件多于三個的機構(gòu)，設計起來就要麻煩得多，并且設計工作不直觀，設計結(jié)果也不盡人意。而美國 司開發(fā)的基于 作系統(tǒng)的三維設計軟件 能充分解決上述問題，該軟件是集設計、運動軌跡校核及有限元分析于一體的強大應用軟件，其建模速度快，直觀，并能充分顯示出各部件運動中相互之間的協(xié)調(diào)關系 5。 掘機反鏟裝置的運動分析 本章僅對工作裝置進行仿真分析，因此，在 建立液壓挖掘機工作裝置的三維實體模型（如圖 3示），按照是否存在相對 運動 (暫時不考慮行走運動、回轉(zhuǎn)裝置 )將挖掘機劃分為：動臂、斗桿、鏟斗、鏟斗搖桿、鏟斗連桿、主動臂液壓缸、副動臂液壓缸、斗桿液壓缸、左履帶、右履帶。 圖 3掘機模型圖 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 液壓挖掘機的基本參數(shù)是標示和衡量挖掘機性能的重要指標，同時也是挖掘機仿真與優(yōu)化樣機效能評估參數(shù)的組成之一。為測量液壓挖掘機工作范圍的主要作業(yè)尺寸，如最大挖掘半徑、最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大卸載高度等參數(shù)，這里采用 件對液壓挖掘機的順序工作方式進行運動學仿真。在各個液壓缸添加驅(qū)動函數(shù)，這里采用階躍函數(shù)即 數(shù) 6。具體設置如下： 主動臂液壓缸驅(qū)動函數(shù)： ,0,15,700)+2,0,1250)+,50)； 斗桿液壓缸驅(qū)動函數(shù)： ,0,6,850)+5,0,27,1000)+9,0,0)+,30)；鏟斗液壓缸驅(qū)動函數(shù)： ,0,9,600)+7,0,32,00)；副動臂液壓缸驅(qū)動函數(shù)： 3,0,15,100)+2,0,200)+,00)。從而，得出液壓挖掘機工作范圍的包絡曲線圖（如圖 3示）。 仿真過程依次為：從圖 3作范圍的 A 點（此時鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸處于全縮狀態(tài)）開始調(diào)整主動臂液壓缸到全縮狀態(tài)（ 線），調(diào)整斗桿液壓缸由全縮到全伸（ 線），調(diào)整鏟斗液壓缸由全縮到全伸狀態(tài)（ 線），調(diào) 整主動臂液壓缸和副動臂液壓缸由全縮到全伸（ 線）、調(diào)整鏟斗液壓缸由全伸到全縮（ 線）、調(diào)整斗桿液壓缸由全伸到全縮（ 線）、調(diào)整主動臂液壓缸和副動臂液壓缸由全伸到全縮（ 線） ,在運動軌跡的包絡圖中可能有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機停機點底下，這一范圍的 土壤雖能挖及，但可能引起土壤的崩塌而影響挖掘機的穩(wěn)定和安全工作，除有條件的挖溝作業(yè)（作業(yè)寬度小于挖掘機履帶內(nèi)側(cè)距離）外一般不使用。 由圖 3得出挖掘機的主要作業(yè)尺寸的仿真值： 最大挖掘半徑 的仿真值是 7510大挖掘深度的仿真值是 4702 最大挖掘高度的仿真值是 7242大卸載高度的仿真值是 3495 圖 3掘機包絡圖 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 掘機反鏟裝置的動力學分析 壓挖掘機的理論挖掘阻力 挖掘機的挖掘力是指液壓缸力通過相應構(gòu)件傳遞給斗齒，用來切削土壤的作用力挖掘力是挖掘機的主要性能參數(shù)，它與液壓缸的推力、各鉸點的位置有關根據(jù)挖掘機挖掘方式的不同，挖掘過程可以分為：鏟斗液壓缸挖掘，斗桿液壓缸挖掘及作復合動作挖掘一般認為斗容量小于 小型的液壓單斗反鏟 挖掘機或在土質(zhì)松軟時以鏟斗挖掘為主，而斗桿挖掘主要適用于正鏟大功率裝置和一些堅硬的土壤或破碎巖石 7 （ 1）斗桿挖掘時挖掘阻力 6001 0 1 7 4 3 式中：0K 挖掘比阻力； 斗桿挖掘時的切削厚度； B 切削刃寬度影響系數(shù)， 1 ； b 鏟斗的平均寬 度；6r 斗桿挖掘時的切削半徑； 土壤的松散系數(shù)；g 斗桿挖掘過程中的總轉(zhuǎn)角； q 斗容量。 （ 2）鏟斗挖掘時挖掘阻力 Z a x m a c （ 3 式中： C 土壤的硬度系數(shù)，對不同 的土壤條件取值不同，這里設挖機用于級土壤的挖掘，取值為 4； R 鏟斗與斗桿鉸點到斗齒尖距離； 某一挖掘位置時鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半； 某一挖掘位置處轉(zhuǎn)斗的瞬時轉(zhuǎn)角； B 切削刃寬度影響系數(shù)， 1 ； A 切削角變化影響系數(shù)； Z 帶有斗齒的系數(shù)； X 斗側(cè)壁厚影響系數(shù)， ,其中 S 為側(cè)壁厚度 ；D 切削刃擠壓土壤的力。 （ 3）復合動作挖掘時挖掘阻力 切向挖掘阻力 ，法向挖掘阻力 2 1 其中：0K 挖掘比阻力； b 斗寬； h 挖掘深度； 挖掘阻力系數(shù)。 由于液壓挖掘機大都采用復合動作挖掘，根據(jù)設計參數(shù)可知斗寬 b =650掘深度 h =130為該鏟斗所要涉及的工礦最多為級土壤，計算得1 =22000N。挖掘阻力垂直分力 2 4 022 0 00%4212 。 壓挖掘機的動力學仿真與有限元分析 作用在鏟斗刃口上的挖掘阻力可分為兩種情況： 1)對稱載荷； 2)偏心載荷。這買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 里只研究對稱載荷的情況，物料的重力 G 的方向始終垂直向下，位置在鏟斗的中部切向挖掘阻力 定義在鏟斗中齒上。其中切向挖掘阻力的方向始終沿鏟斗軌跡的切線指向鏟斗斗齒，法向挖掘阻力 們的方向相對于地面是隨著鏟斗的轉(zhuǎn)動而不斷的 變化，但相對于鏟斗是不變的。 以挖掘機復合動作方式的作業(yè)循環(huán)時間為依據(jù)，用系統(tǒng)提供的 數(shù)設定挖掘機在一個工作循環(huán)中的各個液壓缸的驅(qū)動函數(shù)及受力函數(shù)。具體如下： 主動臂液壓缸驅(qū)動函數(shù)： ,0,15,700)+2,0,1250)+,50)； 斗桿液壓缸驅(qū)動函數(shù)： ,0,6,850)+5,0,27,1000)+9,0,0)+,30)；鏟斗液壓缸驅(qū)動函數(shù)： ,0,9,600)+7,0,32,00)；副動臂液壓缸驅(qū)動函數(shù)： 3,0,15,100)+2,0,200)+,00)；切向挖掘阻力函數(shù)： ,0,32,22000)+2,0,59,法向挖掘阻力函數(shù)： ,0,32,9240)+2,0,59,重力函數(shù)： ,0,32,5000)+2,0,)+,5000)。 下面采用 挖掘機復合挖掘進行動力學分析仿真，計算出各個液壓缸的受力曲線圖（圖 3 3示）。 圖 3動臂油缸反作用力曲線 圖 3動臂油缸反作用力曲線 圖 3桿油缸反作用力曲線 圖 3斗油缸反作用力曲線 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 由反作用力曲線可知，主動臂油缸的最大受力為 274012N，副動臂油缸的最大受力為 388821N，斗桿油缸的最大受力為 250254N，鏟斗油缸的最大受力為111380N， 此結(jié)果為液壓系統(tǒng)變幅油缸的選型設計提供了理論依據(jù)。 掘機反鏟裝置的靜力學分析 由文獻 8可以計算得出鏟斗的基本尺寸，并在 斗的受力分析 斗的理 論挖掘阻力 由于液壓挖掘機大都采用復合動作挖掘，根據(jù)設計參數(shù)可知斗寬 b =650掘深度 h =130為該鏟斗所要涉及的工礦最多為級土壤，計算得1 =22000N。挖掘阻力垂直分力 2 4 022 0 00%4212 。 斗有限元分析 （ 1）零件材料 表 3斗零件材料 零件序號 零件名稱 材料 質(zhì)量 體積 1 斗齒 m 2 鏟斗 m （ 2）載荷、約束信息（如圖 3 表 3荷、約束信息 制約 于 4 面 鉸接。 力 /扭矩 于 5 面 應用法向力 22000 力 /扭矩 于 5 面 應用法向力 9240N 使用均勻分布 圖 3荷、約束信息 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 （ 3）結(jié)果分析（如圖 3 表 3斗分析結(jié)果 名稱 類型 最小 位置 最大 位置 應力 1 力 2 (節(jié) : 49120 ( (節(jié) : 56308 (位移 1 位移 0 m 節(jié) : 8483 (m 節(jié) : 3391 (應變 1 對等應變 單元 : 7534 (單元 : 29763 (表 3束處反作用力 選擇組 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 4 個面 N 后，將鏟斗載荷傳遞到連桿機構(gòu)，并計算出每個連桿的受力情況。其中連桿和搖桿均為二力桿。 a) 鏟斗應力圖 b）鏟斗位移圖 c）鏟斗應變圖 圖 3斗分析結(jié)果 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 由以上設計結(jié)果，可知鏟斗設計合理，取鏟斗安全系數(shù)為 n s 得，M P a 5 ， 所以符合挖掘機械設計要求。 桿的受力分析 反鏟裝置的 斗桿強 度主要為彎矩所控制，故其計算位置可跟據(jù)反鏟工作中挖掘力對斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來確定。根據(jù)斗桿工作情況的分析和試驗說明，危險斷面最大應力發(fā)生在采用轉(zhuǎn)斗挖掘的工況下。其計算位置可按以下條件確定，一般取以下兩個位置 9： 計算位置 1，如圖 3件為： （ 1）動臂位于最低（動臂液壓缸全縮）； （ 2）斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角為 90度）； （ 3）斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上； （ 4）側(cè)齒遇障礙作用有側(cè)向力。 這時，工作裝置上的作用力有工作裝置各部分的重量，作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力 （包括切向分力1W， 法向分力2 W r （ 3 式中： r 橫向阻力 回轉(zhuǎn)平臺制動器可承受的最大力矩。 圖 3桿計算位置 I 圖 3算位置 2 計算位置 2，如圖 3件為： （ 1）動臂 位于動臂液壓缸對鉸點有最大作用力臂處； （ 2）斗桿液壓缸作用力臂最大； （ 3）鏟斗位于發(fā)揮最大挖掘力位置； （ 4）正常挖掘，即挖掘阻力對稱于鏟斗，無側(cè)向力作用。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 此時工作裝置上的作用力僅為工作裝置的自重及斗齒上的作用力1 有限元分析 （ 1）零件材料 表 3桿零件材料 零件序號 零件名稱 材料 質(zhì)量 體積 1 斗桿 克 m （ 2）載荷、約束、網(wǎng)格信息（如圖 3 圖 3算位置 I 網(wǎng)格和載荷 （ 3） 結(jié)果分析（如圖 3 表 3桿分析結(jié)果 名稱 類型 最小 位置 最大 位置 應力 1 力 0N/ (節(jié) : 31856 ( (節(jié) : 11516 ( 位移 1 位移 m 節(jié) : 42 (m 節(jié) : 22147 (應變 1 對等應變 單元 : 15837 (單元 : 7889 ( 表 3束處反作用力 選擇組 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 面 1 N 2 N 文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 a）應力圖 b）位移圖 c）應變圖 圖 3 桿分析結(jié)果 由分析結(jié)果可知斗桿最大應力為 斗桿安全系數(shù)為 2，由n s 得 =345/2=計符合要求。 有限元分析 （ 1）零件材料如表 3 （ 2）載荷、約束、網(wǎng)格信息（如圖 3示） 圖 3算位置 2 網(wǎng)格和載荷 （ 3）結(jié)果分析（圖 3 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 a）應力圖 b）合位移圖 c）應變圖 圖 3析結(jié)果圖 由計算結(jié)果可知，斗桿最大應力為 斗桿安全系數(shù)為 2，由n s 得 =345/2=以設計符合強度要求。 動臂的受力分析 計算位置 1（如圖 3其應滿足以下條件： （ 1） 動臂油缸全縮； （ 2）斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點、斗桿與副動臂鉸點在同一條直線； （ 3）鏟斗挖掘時，斗邊點遇到障礙； 該工況也就是最大挖掘深度工況。 計算位置 2（如圖 3其滿足以下條件： （ 1）動臂油缸的作 用力臂最大； （ 2）斗桿的作用力臂最大； （ 3）鏟斗進行正常挖掘，鏟斗位于最大挖掘力位置 10。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和