挖掘機工作裝置

機械原理設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名 班級 學(xué)號20127462設(shè)計題目:一、設(shè)計題目簡介設(shè)計題目:一、設(shè)計題目簡介挖掘機工作裝置機構(gòu)設(shè)計單斗挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應(yīng)用于房屋建筑、筑路工程、水利建設(shè)、農(nóng)林開發(fā)、港口建設(shè)、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(shè)速度、提高勞動生產(chǎn)率起著十分巨大的作用。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，單斗挖掘機的需求量將逐年大幅度增長，其在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用將越來越顯著。反鏟裝置作為單斗挖掘機工作裝置的一種主要形式，在工程實踐中占有重要地位。反鏟裝置的各組成部分有各種不同的外形，要根據(jù)設(shè)計要求選用適合的結(jié)構(gòu)并對其作運動分析。然后，在滿足機構(gòu)運動要求的基礎(chǔ)上對各機構(gòu)參數(shù)進行理論計算，確定各機構(gòu)尺寸參數(shù)，確定挖掘機反鏟裝置的基本輪廓。挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘機性能參數(shù)的重要性能指標，對其分析計算至關(guān)要。挖掘阻力主要與挖掘?qū)ο蠹白陨沓叽鐓?shù)有關(guān)，而挖掘力則受眾多條件限制，危險工況的分析是關(guān)鍵點。在挖掘力分析基礎(chǔ)上，可對各桿件狡接點進行力的分析計算，并進行機構(gòu)設(shè)計的合理性分析。二、設(shè)計數(shù)據(jù)與要求該型挖掘機工作裝置，由兩節(jié)臂，一挖斗組成，停機面最大挖掘半徑(niin):9850；最大挖掘深度(nun):6710：最大挖掘高度(nmi):9840，液壓缸驅(qū)動。三、設(shè)計任務(wù)1、 提出可能的運動控制方案，繪制方案的機構(gòu)簡圖，計算工作裝置的自由度，進行方案分析評比，從中選取最適合挖掘機工作裝置的機構(gòu)；2、 根據(jù)所確定的機構(gòu)方案進行桿及運動副的尺寸計算，要有計算過程(圖解法也必須有作圖步驟)，并根據(jù)所計算尺寸依據(jù)國家相關(guān)標準提出油缸的布置及其運動要求;3、 在機械基礎(chǔ)實驗室應(yīng)用機構(gòu)綜合實驗裝置驗證設(shè)計方案的可行性。4、 用軟件(VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可)對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。5、編寫說明書，說明書應(yīng)包括設(shè)計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。四、提示1、 每一節(jié)斗桿應(yīng)有一個油缸控制，即該機構(gòu)應(yīng)由多個自由度2、 按設(shè)計要求，主要考慮兒個極限位置的相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計思路本文以CAT320D2液壓挖掘機工作裝置為參考對彖，運用Creo.ADAMS、Matlab對液壓挖掘機工作裝置進行研究。本文對工作裝置進行建模、仿真分析、有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等研究，主要研究內(nèi)容如下：（1） 分析了液壓挖掘機的組成和工作原理，利用Creo建立了液壓挖掘機工作裝置的三維模型。（2） 將Creo軟件中建立的工作裝置三維模型導(dǎo)入ADANIS軟件中并進行相應(yīng)處理生成虎擬樣機模型，對其進行運動學(xué)和動力學(xué)仿真，驗證其機構(gòu)設(shè)計的合理性，得到工作裝置運動范圍包絡(luò)圖和各錢點受力變化曲線圖。（3） 結(jié)合ADANIS軟件中工作裝置動力學(xué)仿真結(jié)果，利用Hypeimesli與ANSYS對動臂結(jié)構(gòu)進行了靜強度有限元分析，得到其典型工況卞的應(yīng)力、位移分布情況及規(guī)律。⑷建立工作裝置動臂的參數(shù)化有限元模型，利用ANSYS結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊對動臂進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，實現(xiàn)了動臂結(jié)構(gòu)減重的目標。

方案比較自由度計算公式:F=3h-2Pl?Ph （M）P—平面低副的數(shù)目；Ph—平面高副的數(shù)目。方案優(yōu)點：擴大了動臂的運動角度，增大了挖掘機的工作范圍提高了工作效率。缺點：增大了對動臂油缸的力學(xué)要求，并且增犬了動臂油缸的磨損。并且侵占大量空間?；顒訕?gòu)件數(shù)n=U,單較數(shù)13個，復(fù)錢1個，所以，Pl二15,Ph二0,由上面公式（1-1）可得自由度F二3X11—2X15二3。方案/T^fftff/ifff/ ffti""?//優(yōu)點：縮小了挖掘機工作裝置的空間占有范圍。并且有利于對斗桿油缸的保護。缺點：減小了斗桿的運動角度，縮小了挖掘機的工作范圍，降低了工作效率?；顒訕?gòu)件數(shù)n=U,單較數(shù)13個，復(fù)錢1個，所以，Pl二15,內(nèi)二0,由上面公式（1-1）可得自由度F二3X11—2X15二3。方案TTfi優(yōu)點：降低了對于動臂油缸的力學(xué)要求，并且保證了對于空間的有效利用。斗桿油缸的上置，也有利于保證斗桿的運動范1制。缺點：斗桿油缸的上置，導(dǎo)致了挖掘機工作裝置的空間浪費。活動構(gòu)件數(shù)n=u,單較數(shù)13個，復(fù)錢1個，所以，Pl二15,內(nèi)二0,由上面公式（1-1）可得自由度F二3X11—2X15二3。運動模型建立過程零件的建立工作裝置包括動臂、斗桿、鏟斗、連桿、搖桿以及三組油桿及其活塞桿共11個運動部件。每個部分利用creo建模功能中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、倒角等命令進行建模。1?旋轉(zhuǎn)臺：本來此應(yīng)該的對應(yīng)的是挖掘機的底盤，為挖掘機旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)，但是由于我們主要是對其工作裝置的研究，因此我們就用一圓臺代替。圖旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)支架：與旋轉(zhuǎn)臺同樣，是對挖掘機機構(gòu)的簡化，與旋轉(zhuǎn)臺一起用來代替挖掘機的上部轉(zhuǎn)臺，作用是對挖掘機的工作裝置進行支撐作用。圖旋轉(zhuǎn)支架動臂：動臂是工作裝置中決定總體構(gòu)造形式和其他構(gòu)件特征的主要部分。動臂結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,主要由上下左右蓋板焊接而成，其上還有一些連接結(jié)構(gòu)用于與其他部件連接作用，如與動臂油缸連接的軸座、與斗桿油缸較接的兩個耳座結(jié)構(gòu)以及與斗桿較接的前叉加強結(jié)構(gòu)等。圖動臂斗桿：斗桿兩端分別與動臂和鏟斗連接，其結(jié)構(gòu)與動臂類似，也是由不同厚度的鋼板焊接而成的封閉箱型，其上還有與動臂和鏟斗連接的軸座結(jié)構(gòu)，與斗桿油缸和鏟斗油缸連接的耳座結(jié)構(gòu)。

圖斗桿鏟斗：鏟斗是挖掘過程中用于切削和裝載土壤的，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由各種板件零件焊接而成。圖鏟斗連桿和搖臂：連桿和搖臂結(jié)構(gòu)比較簡單，其較接在斗桿、鏟斗和鏟斗油缸活塞桿上形成連桿搖臂機構(gòu)，作用是傳遞鏟斗油缸運動給鏟斗使鏟斗轉(zhuǎn)動。圖連桿 圖連桿與搖臂裝配各油缸及活塞桿：液壓挖掘機有三組液壓缸及其活塞桿，是分別用來驅(qū)動動臂、斗桿和鏟斗運動的；它們結(jié)構(gòu)類似，屬于圓柱回轉(zhuǎn)體，在長度和直徑上存在區(qū)別。圖油缸圖油缸與活塞桿裝配

圖油缸圖油缸與活塞桿裝配零件的裝配在利用creo實體建模功能創(chuàng)建了各個運動部件的模型后，我們就可以運用ceio的裝配模塊,使各部件裝配成為工作裝置模型，在裝配過程中會用到各種約束關(guān)系，如表2.1所示是各種約束類型的介紹。接下來利用以上約束類型進行零部件裝配，裝配步驟如下：（1） 新建一個裝配體文件，即點擊【新建】選擇【裝配】命令即可進入裝配模塊，進行裝配工作。（2） 向裝配體文件中插入第一個零部件，即點擊【組裝】，進入文件選擇框，然后選擇需要添加的已創(chuàng)建的零部件模型。r昔0址囤口口-Fa匡000^0000000子矣型S1跖+0互袒OfeteO工藝計頂o冗幅3r昔0址囤口口-Fa匡000^0000000子矣型S1跖+0互袒OfeteO工藝計頂o冗幅3極具布后‘外部艮化表示Op]S￡fi塊可磋產(chǎn)品話中tfrlF三一崔?**ascOMI公用名稱C傾馳耐A|ProL;?ar>?:W>n:kir.年???g】4也,?:%0ar?jMCfanJiH.?m4r*_?rl_re<wfh.l.ce?an.c?l.tt>!.oech.fr.pit匚J&*zk?t}_M￡h_rpart**"?r?Oedb.R口b<*rtq：.WM工心.pct口ZSUUIJ,Jt?心吋*X“y工心.pctQb?eih!4.M□比81*1丿;rtHJbcc^i>-d?s口bccto^cy：jcjci.b.r口bctlGK.CT：_luU>?:h_i.pctZJbMfcejEy<K* ■_J— >?:?！?七八s?KIMP1S>X穩(wěn)文仃>從d屯級v壬Xft^；:ara_twclwtjv<?c休"8■:GKar*：S也ZDWn 擾5?.」；?ssoflCTsara ］我公：?*刃*八“.▼.二二>?IAW ttfl.?鞍確?□ ?心3：e*?Twl<OthriW3WB面?間6W3WB面?間6詩? 示?Q叫％QoJcjJ?海4if■同.▼盹/圖 圖（3） 繼續(xù)添加零部件，即【組裝】插入按鈕，選擇與上一個添加的零部件進行配合的零部件。（4） 完成兩零部件的裝配，調(diào)整后一個插入的零部件與第一個零部件的相對位置，然后選擇合適的約束關(guān)系進行裝配。OBACKHOEASMnDISCPP.TUEFRAMEJ_MECH_GPRTDBOOMI.b/IECH.GPRTQ0LOV/ER_BOOM_HYDASMODL0V'/ER_B00M_HYDASMdarmi_mech_g"prt00BOOI<HYDASMODBUCKET_ASSY_G.ASM0DARM_BUCKETJ：iYD.ASM（5）重復(fù)⑶和⑷步驟，完成其它零件的插入與裝配，直至工作裝置模型裝配完成。利用表中的相應(yīng)約束和按照以上裝配步驟完成的液壓挖掘機工作裝置三維模型，然后渲染，最終如圖所示

部件1部件2約束類