液壓反鏟裝置設(shè)計(jì)【液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)】【說(shuō)明書+CAD+PROE+仿真】
液壓反鏟裝置設(shè)計(jì)【液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)】【說(shuō)明書+CAD+PROE+仿真】,液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì),說(shuō)明書+CAD+PROE+仿真,液壓反鏟裝置設(shè)計(jì)【液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)】【說(shuō)明書+CAD+PROE+仿真】,液壓,裝置,設(shè)計(jì),挖掘機(jī),工作,說(shuō)明書,仿單,cad,proe
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、銷軸、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下五部分:
(1) 挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。
(2) 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，運(yùn)動(dòng)模擬。
(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。
(4) 工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。仿真設(shè)計(jì)。
(5) 銷軸的設(shè)計(jì)及螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型。
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1. 查找資料，外文資料翻譯（不少于6000字符），開(kāi)題報(bào)告 第1周-第2周
2．運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 第3周-第4周
3．總裝配圖設(shè)計(jì) 第5周-第6周
4. 工作裝置各部分基本尺寸設(shè)計(jì) 第7周-第8周
5．用UG/Solidworks對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)體建模和設(shè)計(jì) 第9周-第11周
6. 繪制零、部件圖 第12周-第13周
7. 畢業(yè)論文撰寫 第14周-第16周
8 .答辯準(zhǔn)備及論文答辯 第17周-第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版,第三卷),第十四篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社,1992年
[2]付 越，鄧子龍. 基于ProE的液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真，遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào).2007..6.pp50-53.
[3] 鄧子龍，劉杰，高財(cái)?shù)摰?挖掘機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化.機(jī)械與電子.2009.1.pp13-16.
[4] 李濱城，何允紀(jì).液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置運(yùn)動(dòng)的模擬.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).1995.6.pp74-80
[5] 劉玉強(qiáng)，王學(xué)軍.液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品與科技.1997.1.pp12-15
[6] Yu. I. Berezhnoi and Yu. A. Potapov. Method for the intermittent optimization of the working of a block by a rotary excavator Refractories and Industrial Ceramics, 1982, Volume 23, Numbers 3-4, Pages 183-186
·
航空與機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)類 班
學(xué)生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 01 月 03 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系主任（簽名）：
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
作者簽名： 日期：
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
作者簽名： 日期：
導(dǎo)師簽名： 日期：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
題目 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105222
學(xué) 生 姓 名 盧越
指 導(dǎo) 教 師 邢普
填 表 日 期 2011 年 5 月 20日
一、選題的依據(jù)及意義：
液壓挖掘機(jī)反鏟挖掘裝置大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機(jī)器重量，傳動(dòng)平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過(guò)程為，先下放動(dòng)臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時(shí)，提升動(dòng)臂使鏟斗離開(kāi)土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開(kāi)始下一次作業(yè)循環(huán)。動(dòng)臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時(shí)裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機(jī)的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實(shí)現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。在實(shí)際工作中，熟練的液壓挖掘機(jī)人員可根據(jù)實(shí)際情況，合理操縱各個(gè)液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合 工作，實(shí)現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。
工作裝置是工程機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的裝置，該裝置直接影響到整機(jī)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，因此合理的設(shè)計(jì)有著重大意義，尤其是土方工程機(jī)械，作業(yè)過(guò)程中動(dòng)力裝置的大部分能量消耗在挖掘土壤上。由于工作裝置的重量和成本只占整個(gè)機(jī)械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能耗，提高效率，從研究工作裝置入手，在通常情況下，僅耗用較少的材料和費(fèi)用就能明顯地提高機(jī)械的性能，而機(jī)械的結(jié)構(gòu)無(wú)需作重大改變。
工程施工對(duì)工程機(jī)械的工作裝置提出的高效、多能，能適應(yīng)各種作業(yè)條件的要求，促使工作裝置在結(jié)構(gòu)形式和材料選用上不斷提高改進(jìn)，許多工作裝置的操縱已采用液壓伺服系統(tǒng)或自動(dòng)控制，是機(jī)械的操縱力大大減小，生產(chǎn)效率利用顯著提高，取得了良好的效果。在眾多的工作裝置中，裝載機(jī)的工作裝置的設(shè)計(jì)具有一定的典型性
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)問(wèn)世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)半回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過(guò)程。
我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為1m3的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、自主研制開(kāi)發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)階段。 新中國(guó)成立初期，以測(cè)繪仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)30～40年代的W501、W502、W1001、W1002等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開(kāi)始了我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。1967年開(kāi)始，我國(guó)自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WYl00型、貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠的W4-60型、合肥礦山機(jī)器廠的WY60型挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠的WYl60型和杭州重型機(jī)械廠的WY250型挖掘機(jī)等。它們?yōu)槲覈?guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。 到20世紀(jì)80年代末，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá)40余種。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國(guó)際先進(jìn)水平相比，有很大的差距。我國(guó)單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；斗容量宜控制在0.1-15 m³；而對(duì)于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝配精度要求高，施工現(xiàn)場(chǎng)維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運(yùn)用電液控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動(dòng)化。
改革開(kāi)放以來(lái)，積極引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展。例如，中國(guó)第一拖拉機(jī)工程機(jī)械公司、廣西玉柴股份有限公司、柳州工程機(jī)械廠等。這些企業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的努力已達(dá)到一定的規(guī)模和水平?！ I(yè)內(nèi)人士指出，我國(guó)單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；斗容量宜控制在0.1-15 m3；而對(duì)于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝配精度要求高，施工現(xiàn)場(chǎng)維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運(yùn)用電液控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動(dòng)化。
工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本等是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150 m3的剝離用挖掘機(jī)，斗容量132 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E(布比賽路斯一伊利)公司生產(chǎn)的斗容量168.2 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107 m3的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。
從20世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：
主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下四部分:
1．挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。
工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一。因用途不同，工作裝置的種類繁多，其中最主要的有反產(chǎn)裝置，正鏟裝置，起重裝置和抓斗裝置等。而同一種裝置也可以有許多種結(jié)構(gòu)形式，有的多達(dá)數(shù)十種，以適應(yīng)各種不同的作業(yè)條件。主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容有動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式。動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)型式往往取決于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)型式。反鏟動(dòng)臂可以分為整體式和組合式兩類。整體式動(dòng)臂有直動(dòng)式和組合式兩類。
直動(dòng)式臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧，布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī)。采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見(jiàn)形式。整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)度值得注意，近年來(lái)懸掛式挖掘機(jī)出現(xiàn)了小彎臂的結(jié)構(gòu)形式，是直動(dòng)臂的改良，動(dòng)臂的箱型結(jié)構(gòu)可以不用開(kāi)口，動(dòng)臂和斗桿油缸及管路的布置也比較方便。
整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉。剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置較少，通用性較差。
而組合式動(dòng)臂有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化調(diào)整。
（2）．較合理的滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求。
（3）．裝車運(yùn)輸比較方便。
綜上選用組合式方案
2．挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
通過(guò)研究平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的規(guī)律，綜合利用作圖法與解析法，得出各構(gòu)件的長(zhǎng)度與位置。作圖法精度不夠，只是一種近似的計(jì)算方法。
3．工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。
動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇
（1）．動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)位置的選擇。
（2）．動(dòng)臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定
斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇
確定斗桿液壓缸的鉸點(diǎn)位置，行程及力臂比時(shí)應(yīng)該考慮以下因素：
（1）．保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。
（2）．保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。
（3）．保證斗桿的擺角范圍。
鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇
反鏟鏟斗及機(jī)構(gòu)有四桿機(jī)構(gòu)的，也有六桿機(jī)構(gòu)的。作為機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)參數(shù)一般都預(yù)先選定。這些參數(shù)必須滿足以下要求：
（1）．鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍
（2）．鏟斗機(jī)構(gòu)的載荷分析
4．工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二 設(shè)計(jì)方案
反鏟裝置的合理設(shè)計(jì)問(wèn)題至今尚未理想的解決。以往多按經(jīng)驗(yàn)，采用統(tǒng)計(jì)和作圖試湊的方法，現(xiàn)在則盡可能采用數(shù)解分析方法，并利用電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
反鏟方案的選擇主要依據(jù)是設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用。此處確定為通用工作裝置。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其他裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件的同時(shí)照顧其它條件下的性能。
設(shè)計(jì)方法主要是通過(guò)利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算設(shè)計(jì)量，動(dòng)臂，斗桿，轉(zhuǎn)斗。將計(jì)算得到的設(shè)計(jì)量帶入精確的計(jì)算公式來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)量是否得當(dāng)。若有出入，則再修改設(shè)計(jì)量。直到由設(shè)計(jì)量計(jì)算出的最大挖掘深度，挖掘半徑。最大卸載高度與給定的參數(shù)相吻合。具體步驟如下
1． 動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸的布置
確定用組合式或整體式動(dòng)臂，以及組合式動(dòng)臂的組合式方式，確定動(dòng)筆液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。
2． 斗桿及斗桿液壓缸的布置
確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點(diǎn)調(diào)節(jié)。
3． 確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，及特性參數(shù)K1=L1/L2。
對(duì)于一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長(zhǎng)度比可以在很大的范圍內(nèi)選擇。一般當(dāng)K1>2時(shí)稱為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)K1<1.5時(shí)屬于短動(dòng)臂長(zhǎng)斗桿方案。K1在1.5~2之間稱為中間比例方案。
4． 確定配套鏟斗的種類,斗容量及其主要參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比是否需要調(diào)節(jié)。
5． 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力，流量，系統(tǒng)回路供油方式。工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)，缸徑，全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比λ，考慮到結(jié)構(gòu)尺寸，運(yùn)動(dòng)余量，穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，一般取λ1=1.6~1.7，個(gè)別情況下因動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取λ1<=1.75
6． 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇
對(duì)于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鞯闹行⌒头寸P，選擇斗桿參數(shù)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓缸的挖掘力能得到充分發(fā)揮。而斗桿的擺角范圍大致在105~125之間。在滿足工作范圍和運(yùn)輸要求的條件下此值盡可能的取得小些，對(duì)以斗桿挖掘?yàn)橹鞯闹行蜋C(jī)更應(yīng)注意到這一點(diǎn)。一般說(shuō)斗桿愈長(zhǎng)，其擺角范圍可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時(shí)伸出最長(zhǎng)時(shí)，鏟斗前臂與動(dòng)臂之間的距離應(yīng)大于10cm。
根據(jù)斗桿挖掘阻力計(jì)算，并參照國(guó)內(nèi)外同類型機(jī)器斗桿挖掘力值，按要求的最大挖掘力確定斗桿液壓缸的最大作用力臂值l9。斗桿上∠EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍，一般在130o~170o之間。動(dòng)臂上∠DFZ也是結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)因素預(yù)先估計(jì)。
斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)最后還必須按閉鎖性能校核。
7.鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇
反鏟鏟斗及機(jī)構(gòu)有四桿機(jī)構(gòu)的，也有六桿機(jī)構(gòu)的。轉(zhuǎn)角范圍大致為90o~110o，為了滿足開(kāi)挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到150o~180o。為了挖掘深溝及垂直側(cè)壁的要求，不使斗底先于斗齒接觸土壤，常采用大仰角機(jī)構(gòu)，總轉(zhuǎn)角必須選擇適當(dāng)，不宜過(guò)大。設(shè)計(jì)時(shí)還要避免當(dāng)鏟斗液壓缸全伸時(shí)斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
（1） 工作進(jìn)度表
1. 查找資料，外文資料翻譯（不少于6000字符），開(kāi)題報(bào)告 第1周-第2周
2．運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 第3周-第4周
3．總裝配圖設(shè)計(jì) 第5周-第6周
4. 工作裝置各部分基本尺寸設(shè)計(jì) 第7周-第8周
5．用UG/proe對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)體建模和設(shè)計(jì) 第9周-第11周
6. 繪制零、部件圖 第12周-第13周
7. 畢業(yè)論文撰寫 第14周-第16周
8 .答辯準(zhǔn)備及論文答辯 第17周-第17周
（2） 挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要特點(diǎn)：
反鏟主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。其挖掘軌跡決定于各油缸的運(yùn)動(dòng)及其相互配合的情況。當(dāng)采用動(dòng)臂油缸工作并進(jìn)行挖掘時(shí)（斗桿油缸和鏟斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半徑和最長(zhǎng)的挖掘行程。此時(shí)鏟斗的挖掘軌跡是以動(dòng)臂下鉸點(diǎn)為中心，斗齒尖至該鉸點(diǎn)的距離為半徑而做的圓弧線，其極限挖掘高度和深度（不是最大挖掘深度即圓弧線之起點(diǎn)、終點(diǎn)，分別決定于動(dòng)臂的最大上傾角和下傾角（動(dòng)臂對(duì)水平線的夾角），也即決定于動(dòng)臂油缸的行程。由于這種挖掘方式時(shí)間長(zhǎng)并且由于穩(wěn)定條件限制挖掘力的發(fā)揮，實(shí)際工作中基本不采用。
在實(shí)際挖掘工作過(guò)程中，往往需要采用各種油缸的聯(lián)合工作。如當(dāng)挖掘基坑時(shí)由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑時(shí)，則采用動(dòng)臂與斗桿兩種油缸同時(shí)工作當(dāng)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(guò)程需要改變鏟斗與切削角等情況下，則要求采用斗桿與鏟斗油缸共同工作。顯然此時(shí)挖掘機(jī)的挖掘軌跡是由相應(yīng)油缸分別工作時(shí)的軌跡組合而成。當(dāng)然，這種動(dòng)作能否實(shí)現(xiàn)決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)絡(luò)圖，即挖掘機(jī)在任意正常工作周位置時(shí)，控制到的工作范圍，圖上各控制尺寸即液壓挖掘機(jī)的工作尺寸。
對(duì)于反鏟裝置的只要工作尺寸為最大挖掘深度和最大挖掘半徑，包絡(luò)圖中可能有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機(jī)停機(jī)點(diǎn)以下，這一范圍的土壤雖然能挖掘但可能引起土壤的崩塌而影響機(jī)械的穩(wěn)定性和安全性，除有條件的挖溝作業(yè)一般不使用。故有的挖掘機(jī)工作尺寸圖上標(biāo)明有效的工作范圍，或以虛線表明此段的挖掘軌跡如圖所示。
圖一
挖掘機(jī)反鏟裝置的最大挖掘力決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力，油缸尺寸，以及油缸間作用力影響（斗桿，動(dòng)臂油缸的閉鎖壓力及力臂）外。還決定與整機(jī)的穩(wěn)定和地面的附著情況。反鏟挖掘機(jī)速度結(jié)構(gòu)尺寸已定的條件下決定于液壓系統(tǒng)對(duì)工作油缸的供油量，對(duì)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸為提高其單獨(dú)工作的挖掘速度，在液壓系統(tǒng)中可采用合流供油措施來(lái)保證。液壓反鏟都采用轉(zhuǎn)斗卸土，卸載較準(zhǔn)確，平穩(wěn)，便于裝車工作。
五、參考文獻(xiàn)
[1]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版,第三卷),第十四篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社,1992年
[2]付 越，鄧子龍. 基于ProE的液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真，遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào).2007..6.pp50-53.
[3] 鄧子龍，劉杰，高財(cái)?shù)摰?挖掘機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化.機(jī)械與電子.2009.1.pp13-16.
[4] 李濱城，何允紀(jì).液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置運(yùn)動(dòng)的模擬.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).1995.6.pp74-80
[5] 劉玉強(qiáng)，王學(xué)軍.液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品與科技.1997.1.pp12-15
[6] Yu. I. Berezhnoi and Yu. A. Potapov. Method for the intermittent optimization of the working of a block by a rotary excavator Refractories and Industrial Ceramics, 1982, Volume 23, Numbers 3-4, Pages 183-186
·
液壓反鏟裝置設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：盧越 班級(jí)：078105222
指導(dǎo)老師：邢普
摘 要：本次設(shè)計(jì)的題目是液壓挖掘機(jī)反鏟裝置機(jī)構(gòu)。與其它類型的挖掘機(jī)相比，這種類型的挖掘機(jī)因有良好通過(guò)性能應(yīng)用最廣，對(duì)松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長(zhǎng)以及浮式履帶來(lái)降低接地比壓。液壓挖掘機(jī)反鏟裝置的主要特點(diǎn)為：反鏟是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置。液壓挖掘機(jī)的反鏟裝置由動(dòng)臂，斗桿鏟斗，以及動(dòng)臂油缸，斗桿油缸，鏟斗油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各部件之間的連接全部采用鉸接，通過(guò)油缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘工作中的各種動(dòng)作。動(dòng)臂的小鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂油缸來(lái)支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過(guò)動(dòng)臂油缸的伸縮可使動(dòng)臂繞小鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而升降。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)位置由斗桿油缸來(lái)控制，當(dāng)斗桿油缸伸縮時(shí)，斗桿便可繞動(dòng)臂上焦鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過(guò)鏟斗油缸伸縮使鏟斗繞該點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常以連桿機(jī)構(gòu)與鏟斗連接。本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)是斗容量0.2m3,它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作裝置。
在設(shè)計(jì)中，采用了輪胎式行走裝置，來(lái)滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺(tái)是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個(gè)更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動(dòng)控制而使整機(jī)性能得以改善。與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，其挖掘力提高到2～3倍，整機(jī)質(zhì)量約為5噸，挖掘力約為30kN，最大卸載高度約為2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半徑約為5.728m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。另外，還對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置提出基于結(jié)構(gòu)推理的機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī) ；挖掘機(jī)構(gòu) ；創(chuàng)新設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師簽名：
The design of hydraulic excavator shovel device
Student name: luyue class:0781052
Supervisor:xingpu
ABSTRACT:This designed topic is the marching hydraulic excavator excavational organization. Compared with other types excavators, this kind of type excavator used very universal that because has good through theperformance, also may use to lengthens widens as well as the floating type caterpillar band to reduce pressure for the soft ground or the bogregion.
The hydraulic excavator main characteristic is: The small and medium-sized hydraulic excavator shovel is the main work device. Hydraulic excavator shovel device by the arm, dou stem bucket, and arm oil cylinder, dou rod oil cylinders, the bucket of cylinder and linkage mechanism. Its structure feature is between components All adopt the connection by oil cylinder hinged adjustable to realize the various movements excavation. Moving arm little hinge point and rotary platform, and with hinged arm oil cylinder to support and change the dip Angle, through arm arm Oil cylinder telescopic can make moving arm around small hinge point lifting rotation. Dou lever arm hinged on the upper arm, dou rod and the relative By dou pole position to control oil cylinder, when dou rod oil cylinder telescopic, dou lever arm can be around the upper energizer hinge point rotation. Bucket and measures Rod front-end loader, and through hinged cylinder telescopic made the bucket turning around the point. To increase the bucket corner, usually by connecting rod Institutions and bucket connection. theperformance good,and may make the high speed reverse, the transmission steady,structure simple, may absorb attacks and vibrates, the operation reduces effort, and to be easy to realize the automated control, is easy to realize the standardization, the seriation, the universalization.This designed main parameter is scoop capacity 0.2m3, it is long to the middle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator，s the work installment and the hydraulic transmissionprinciple.
In the design, used marching walked the installment to satisfied request. Upside the turnplate is the entire rotation , thereof it may work in a greater scope. And further because uses the hydraulicsteering to enable the entire machine performance to improve. Compared with the mechanical type excavator, its excavation strength enhance to 2 ~ 3 times, the entire machine weight approximately is 5 tons,the excavation strength approximately is 30kN, the biggest unloading high approximately is 2.65m, biggest digging depth is 4.2m, the biggest excavation radius approximately is 5.728m, thus can see the entire machine work ability to have the very big improvement, not only excavation strength big, but also machine weight light, transmission steadyly, work efficiency is high, the structure is compact. Moreover, but also proposes to the excavator work installment based on the structureinference organization plan innovation design method.
Key word：Hydraulic pressure excavator ；Excavation organization??；Hydraulic system ；Innovation design
Signature of supervisor:
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置設(shè)計(jì)
系 別 航空工程系
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào) 078105222
學(xué)生姓名 盧越
指導(dǎo)教師 邢普
二O一一 年 5 月
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是液壓挖掘機(jī)反鏟裝置機(jī)構(gòu)。與其它類型的挖掘機(jī)相比，這種類型的挖掘機(jī)因有良好通過(guò)性能應(yīng)用最廣，對(duì)松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長(zhǎng)以及浮式履帶來(lái)降低接地比壓。
液壓挖掘機(jī)反鏟裝置的主要特點(diǎn)為：反鏟是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置。液壓挖掘機(jī)的反鏟裝置由動(dòng)臂，斗桿鏟斗，以及動(dòng)臂油缸，斗桿油缸，鏟斗油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各部件之間的連接全部采用鉸接，通過(guò)油缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘工作中的各種動(dòng)作。動(dòng)臂的小鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂油缸來(lái)支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過(guò)動(dòng)臂油缸的伸縮可使動(dòng)臂繞小鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而升降。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)位置由斗桿油缸來(lái)控制，當(dāng)斗桿油缸伸縮時(shí)，斗桿便可繞動(dòng)臂上焦鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)是斗容量0.2m3,它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作裝置。
在設(shè)計(jì)中，采用了輪胎式行走裝置，來(lái)滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺(tái)是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個(gè)更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動(dòng)控制而使整機(jī)性能得以改善。與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，其挖掘力提高到2～3倍，整機(jī)質(zhì)量約為5噸，挖掘力約為30kN，最大卸載高度約為2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半徑約為5.728m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。另外，還對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置提出基于結(jié)構(gòu)推理的機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī) ；反鏟機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)
ABSTRACT
This designed topic is the marching hydraulic excavator excavational organization. Compared with other types excavators, this kind of type excavator used very universal that because has good through theperformance, also may use to lengthens widens as well as the floating type caterpillar band to reduce pressure for the soft ground or the bogregion.
The hydraulic excavator main characteristic is: The small and medium-sized hydraulic excavator shovel is the main work device. Hydraulic excavator shovel device by the arm, dou stem bucket, and arm oil cylinder, dou rod oil cylinders, the bucket of cylinder and linkage mechanism. Its structure feature is between components All adopt the connection by oil cylinder hinged adjustable to realize the various movements excavation. Moving arm little hinge point and rotary platform, and with hinged arm oil cylinder to support and change the dip Angle, through arm arm Oil cylinder telescopic can make moving arm around small hinge point lifting rotation. Dou lever arm hinged on the upper arm, dou rod and the relative By dou pole position to control oil cylinder, when dou rod oil cylinder telescopic, dou lever arm can be around the upper energizer hinge point rotation. This designed main parameter is scoop capacity 0.2m3, it is long to the middle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator，s the work installment and the hydraulic transmissionprinciple.
In the design, used marching walked the installment to satisfied request. Upside the turnplate is the entire rotation , thereof it may work in a greater scope. And further because uses the hydraulicsteering to enable the entire machine performance to improve. Compared with the mechanical type excavator, its excavation strength enhance to 2 ~ 3 times, the entire machine weight approximately is 5 tons,the excavation strength approximately is 30kN, the biggest unloading high approximately is 2.65m, biggest digging depth is 4.2m, the biggest excavation radius approximately is 5.728m, thus can see the entire machine work ability to have the very big improvement, not only excavation strength big, but also machine weight light, transmission steadyly, work efficiency is high, the structure is compact. Moreover, but also proposes to the excavator work installment based on the structureinference organization plan innovation design method.
Key word：Hydraulic pressure excavator ；Excavation organization ；Hydraulic system?。籌nnovation design
目 錄
1 緒論 1
1.1液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 1
1.1.1液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 1
1.1.2液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) 2
1.2反鏟裝置的工作原理 2
2 總體設(shè)計(jì)方案 4
2.1工作裝置設(shè)計(jì)方案原則 4
2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體） 4
2.2.1對(duì)液壓系統(tǒng)作業(yè)動(dòng)作要求 4
2.2.2對(duì)液壓系統(tǒng)基本的要求 5
3挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì).............................6
3.1確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………………………………..6
3.2動(dòng)臂、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇…………………………………………………………...6
3.2.1反鏟裝置總體方案的選擇………………………………………………………….6
3.2.2鏟斗參數(shù)的選擇 7
3.2.3 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 8
4 液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真 13
4.1模型建立………………………………………………………………………………..13
4.2構(gòu)件運(yùn)動(dòng)配裝……………………………………………………………………..……15
4.3構(gòu)件運(yùn)動(dòng)仿真………………………………………………………………………17
1 緒論
液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它的工作過(guò)程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開(kāi)始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。
液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。
在建筑工程中，可用來(lái)挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場(chǎng)地等。更換工作裝置后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹(shù)根等作業(yè)。
在水利施工中，可用來(lái)開(kāi)挖水庫(kù)、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。
在鐵路、公路建設(shè)中，用來(lái)挖掘土方、建筑路基、平整地面和開(kāi)挖路旁排水溝等。
在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來(lái)挖掘電纜溝和管道等。
在露天采礦場(chǎng)上，可用來(lái)剝離礦石或煤，也可用來(lái)進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。
所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ～Ⅳ級(jí)土壤埋，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300～400個(gè)工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
1.1液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型
1.1.1液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)
液壓挖掘機(jī)在動(dòng)力裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，即靠液體的壓力能進(jìn)行工作。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。
①能無(wú)級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá)1000∶1。
②能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達(dá)1r/min.
③快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作調(diào)整反轉(zhuǎn)。例如電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩比其平穩(wěn)盍?xí)r的驅(qū)動(dòng)力矩大50%，而液壓馬達(dá)則不大于5%，加速中等功率電動(dòng)機(jī)需1s到數(shù)秒，而加速液壓馬達(dá)只需0.1s。
④傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
⑤易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。
基于液壓傳動(dòng)的上述優(yōu)點(diǎn)，液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比，具有下列主要特點(diǎn)。
①大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機(jī)器重量，傳動(dòng)平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比，挖掘力約高30%，例如1.0m液壓挖掘機(jī)鏟斗挖掘力120～150KN，而同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)只有100KN左右。
挖掘機(jī)在工作時(shí)的主要?jiǎng)幼靼ㄐ凶?、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動(dòng)作，其中動(dòng)作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種入選運(yùn)動(dòng)一般速度不高，而所需作用力卻很大，要求在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)變速或換向來(lái)完成各種復(fù)雜動(dòng)作。機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)完成上述運(yùn)動(dòng)需通過(guò)磨擦離合器、減速器、制動(dòng)器、逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升和推壓機(jī)構(gòu)等配合來(lái)完成。因此，機(jī)械傳動(dòng)挖掘力不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機(jī)則不需要龐大和復(fù)雜的蹭傳動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，液壓挖掘機(jī)的質(zhì)量大約比相同斗容量的機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)輕30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機(jī)上的各種液壓元件可相對(duì)獨(dú)立布置，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時(shí)也易于改進(jìn)或變型。
②液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有防止過(guò)載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡(jiǎn)便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無(wú)論驅(qū)動(dòng)功率多大，操縱均很靈活、省力，司機(jī)的工作條件得到改善。更換工作裝置時(shí)，由于不牽連轉(zhuǎn)臺(tái)上部的其他機(jī)構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機(jī)械式挖掘機(jī)則受到提升機(jī)構(gòu)和推壓機(jī)構(gòu)的牽連和限制。
③由于液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)普遍采用了以微處理器國(guó)核心的電子控制單元（ECU），使發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)整機(jī)狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷?！ ?
④液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高質(zhì)量和降低成本。
1.1.2液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)
液壓挖掘機(jī)種類繁多，可以從不同角度對(duì)其類型進(jìn)行劃分。
⑴根據(jù)液壓挖掘機(jī)種類主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)類型劃分。
根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動(dòng)，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓（或稱半液壓）傳動(dòng)兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則為全液壓挖掘機(jī)。若液壓挖掘機(jī)中的某一個(gè)機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機(jī)。一般說(shuō)來(lái)，這種 區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機(jī)構(gòu)上。對(duì)液壓挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)，工作裝置及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須是液壓傳動(dòng)，只有行走機(jī)構(gòu)有的為液壓傳動(dòng)，有的為機(jī)械傳動(dòng)。
（2）根據(jù)工作裝置劃分
根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成作業(yè)動(dòng)作。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。
1.2反鏟裝置的工作原理
反鏟工作裝置是液壓挖掘機(jī)的一種主要工作裝置，如圖1－1所示。
液壓反鏟工作裝置一般由動(dòng)臂1、動(dòng)臂液壓缸2、斗桿液壓缸3、斗桿4、鏟斗液壓缸5、鏟斗6、連桿7和搖桿8等組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過(guò)改變各液壓缸行程來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘過(guò)程中的各種動(dòng)作。動(dòng)臂1的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂液壓缸2來(lái)支承動(dòng)臂，通過(guò)改變動(dòng)臂液壓缸的行程即可改變動(dòng)臂傾角，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的升降。斗桿4鉸接于動(dòng)臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸5控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時(shí)，斗桿即可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗6則鉸接于斗桿4的末端，通過(guò)鏟斗液壓缸5的伸縮來(lái)使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)（即連桿7和搖桿8）與鏟斗連接。液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過(guò)程為，先下放動(dòng)臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時(shí)，提升動(dòng)臂使鏟斗離開(kāi)土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開(kāi)始下一次作業(yè)循環(huán)。動(dòng)臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時(shí)裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機(jī)的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實(shí)現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。例如，挖掘基坑時(shí)由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動(dòng)臂和斗桿同時(shí)工作；當(dāng)挖掘基坑底時(shí)，挖掘行程將結(jié)束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過(guò)程中調(diào)整切削角時(shí)，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時(shí)工作。
2 總體設(shè)計(jì)方案
2.1工作裝置設(shè)計(jì)方案原則
設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求：
①主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計(jì)通用反鏟裝置時(shí)要考慮與同類型、同等級(jí)機(jī)器相比的先進(jìn)性。考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。
②整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具有一定的先進(jìn)性。
③功率利用情況盡可能好，理論工作時(shí)間盡可能短。
④確定鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時(shí)盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。
⑤作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)要注意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換裝方便。
⑥運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。
⑦工作裝置液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。
⑧工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置使于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。
⑨要采取合理措施來(lái)滿足特殊使用要求。
2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體）
按照挖掘機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和裝置的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)連接起來(lái)的組合體叫做挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M(jìn)行傳送，然后通過(guò)液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。
2.2.1對(duì)液壓系統(tǒng)作業(yè)動(dòng)作要求
液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動(dòng)頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地理?xiàng)l件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。
液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的作業(yè)動(dòng)作要求如下。
①保證液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。
②保證工作裝置的動(dòng)作與回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作既能單獨(dú)動(dòng)作，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高液壓挖掘機(jī)的作業(yè)效率。
③履帶式液壓挖掘機(jī)的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高 挖掘機(jī)的機(jī)動(dòng)性。
④保證液壓挖掘機(jī)工作安全可靠，對(duì)各機(jī)構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護(hù)措施。例如，對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而下降過(guò)快；防止機(jī)器下坡行駛時(shí)超速溜坡等。
2.2.2對(duì)液壓系統(tǒng)基本的要求
根據(jù)液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動(dòng)作和環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)液壓系統(tǒng)提出如下要求。
①液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
②液壓系統(tǒng) 和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動(dòng)沖擊作用下，應(yīng)具有足夠的可靠性。
③選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。
④由于液壓挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。
⑤在必要時(shí)采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機(jī)操作的舒適性，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
⑥在液壓系統(tǒng)中采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，提高液壓挖掘機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，使液壓挖掘機(jī)具有節(jié)能、高效和自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化的特點(diǎn)。
3 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)
3.1確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式
3.1.確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式
動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動(dòng)臂分為整體式和組合式兩類。
直動(dòng)臂構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī),如圖3－1所示。
采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見(jiàn)形式。整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意，有時(shí)采用三節(jié)變動(dòng)臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。
整體式變動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，風(fēng)度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全 不通用的工作裝置。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖2－1所示。
組合式動(dòng)臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。
組合式動(dòng)臂與整體式動(dòng)臂相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)是：
1．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時(shí)調(diào)整時(shí)間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時(shí)可以進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。
2．較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問(wèn)題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便。一般情況下，下動(dòng)臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。
3．裝車運(yùn)輸比較方便。
由于上述優(yōu)點(diǎn)，組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多時(shí)采用組合式動(dòng)臂較為合適。
本次設(shè)計(jì)作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動(dòng)臂。
3.2動(dòng)臂、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇
3.2.1反鏟裝置總體方案的選擇
反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時(shí)照顧其它條件下性能。
反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面：
1.動(dòng)臂及動(dòng)臂液壓缸的布置
確定用組合式或整體式動(dòng)臂，以及組合式動(dòng)臂的組合方式或整體式動(dòng)臂的形狀。確定動(dòng)臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。
前面已確定采用整體式動(dòng)臂，動(dòng)臂液壓缸的布置為下置式。
2.確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，即特性參數(shù)=。
對(duì)于一定的工作尺寸而言，動(dòng)臂與斗桿之間的長(zhǎng)度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)＞2時(shí)，（有反鏟取＞3）稱為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)＜1.5葉屬于短動(dòng)臂長(zhǎng)斗桿方案。在1.5～2之間稱為中間比例方案。
要求適用性較強(qiáng)而又無(wú)配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的反鏟常取中間比例方案。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時(shí)，不同的配置或鉸點(diǎn)連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對(duì)象明確的條件下采用整體式動(dòng)臂和斗桿固定鉸接，值由作業(yè)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看大宜用于斗桿挖掘?yàn)橹鳎蚱鋭偠容^易保證。而值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鳌?
本設(shè)計(jì)采用中間比例方案,取＝1.8。
3．根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素一般取＝1.6～1.7，個(gè)別情況下因動(dòng)臂擺角和鉸點(diǎn)布置要求可以取≤1.75，而?。?.6～1.7，＝1.6～1.7。
3.2.2鏟斗主要參數(shù)的選擇
斗容量、平均斗寬，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（這里令＝）是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。、及三者與之間有以下幾何關(guān)系
= 式(3－1)
其中：—0.2m 其中：=0.2m3(已知)，鏟斗斗容量；
—鏟斗挖掘半徑，單位m；
—鏟斗斗寬，根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范
圍，取＝0.75m；
—鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取＝90°～100°，?。?5°＝1.658rad
把、、代入式(3－1)得：
0.2＝××0.75×（1.658－sin95°）×
解得：＝0.803m
反鏟工作液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù)表 表3－2
液壓缸種類
參 數(shù) 意 義
特性參數(shù)
參 數(shù) 符 號(hào)
動(dòng)臂液壓缸
λ=
斗桿液壓缸
λ=
鏟斗液壓缸
λ=
3.2.3 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇
由于鏟斗容量＝0.2m3,根據(jù)國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)類比法，選出參數(shù)機(jī)重＝5噸。
又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法，參考機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表①，
線尺寸參數(shù):=m
得出:最大挖掘半徑—=3.35×=5.728m；
最大挖掘深度—=2.05×=3.505m；
最大卸載高度—＝1.55×=2.65m；
據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑值一般與+ + 的和值很接近。因此由要求，已定的和可按下列經(jīng)驗(yàn)公式初選、：
?。健 ∈剑?-2）
=K
其中：=5.728m；＝1.8；
經(jīng)計(jì)算得出：=1.759m；
= =1.8×1.759=3.166m
在三角形CZF中，、和都可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選出：
其中：—?jiǎng)颖鄣膹澖?，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，取＝140°；
—?jiǎng)颖坜D(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn)B的位置來(lái)考慮，初步設(shè)計(jì)?。?.1～1.3，?。?.2；
因此根據(jù)公式：可以算出、、
l＝
l＝K l 式（3-3）
α=∠ZCF＝arccos()
經(jīng)計(jì)算得出：ZC= =1.529m；
ZF= =1.834m；
=17.9°
如圖3－1所示。
動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比K4按不同情況選取，專用反鏟可?。?.8；以反鏟為主的通用機(jī)，斗容量1m3左右的通用機(jī)，本設(shè)計(jì)中?。?。
加大會(huì)使減小或使增大，這下符合反鏟作業(yè)要求，因此基本用作反鏟的小型機(jī)取＞60°。本設(shè)計(jì)中?。?0°。
斗桿液壓缸全縮時(shí)=最大（圖3－12），本設(shè)計(jì)中?。ǎ?70
°。取決于液壓缸布置形式，（圖3-11），動(dòng)臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能為零。動(dòng)臂單液壓缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)一般置于動(dòng)臂下翼加耳座上，B在Z的下面。初定∠BCZ＝5°，根據(jù)已知∠CZF＝22.1° ，解得∠BCF＝
17.1°。
由圖3-22得最大卸載高度的表達(dá)式為
式（3-4）
由圖3-13得最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為
式（3-5）
將這兩式相加，消去，并令＝＋，＝+-，得到：
＋－［- -A)］+
［-1］=0 式（3-6）
又特性參數(shù)：
＝ 式（3-7）
因此 ?。?
=) 式（3-8）
將上式代入式（3-6）則得到一元函數(shù)f()=0。式中和已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法求出，經(jīng)計(jì)算得出：＝29.6°；＝73.5°
最后由式（3-5）求為
＝ 式（3-9）
＝
＝0.638m
然后，可通過(guò)反函數(shù)，可求σ和ρ：
經(jīng)計(jì)算得出：＝1.63；＝0.67；=0.952m；
＝1.52m；=1.61m
得到的結(jié)果符合下列幾何條件：+=2.36≥；|- ︳=0.96≤1
4 液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真
4.1 模型的建立：
在ProE中模型是由很多特征組成的，所以在建立柱塞泵泵體的時(shí)需要建立相關(guān)特征，一般在建立特征的時(shí)候都要進(jìn)行草繪，然后根據(jù)草繪的圖元再轉(zhuǎn)化為三維圖形，例如挖掘機(jī)動(dòng)臂的造型設(shè)計(jì)。
（1）【新建】名為b的【零件】文件。單擊【插入】/【掃描】/【伸出項(xiàng)】，繪制如圖4.1的草繪，雙向拉伸260得到如圖4.2的實(shí)體圖形。
圖4.1
圖4.2
（2）繼續(xù)上一步驟，【掃描】/【伸出項(xiàng)】后繪制如圖4.3草繪，雙向拉伸160得到圖4.4的實(shí)體。
圖4.3 圖4.4
（3）單擊【插入】/【掃描】/【切口】，選擇上一步驟的外形輪廓線進(jìn)行切剪，雙向切剪120后得到圖4.5的連接支撐。
圖4.5
（4）單擊基準(zhǔn)軸工具，在圖4.1的兩個(gè)圓心處建立兩個(gè)基準(zhǔn)軸。繼續(xù)單擊【切剪】草繪如圖4.6的草繪后雙向切剪180，得到圖4.7的動(dòng)臂前端。
圖4.6 圖4.7
（5）繼續(xù)【掃描】/【伸出項(xiàng)】后繪制如圖4.8草繪，雙向拉伸260得到圖4.9的實(shí)體。
圖4.8 圖4.9
（6）單擊【插入】/【掃描】/【切口】，繪制如圖4.10的外形輪廓線進(jìn)行切剪，雙向切剪104后得到圖4.11的連接支撐。
圖4.10 圖4.11
（7）單擊【孔工具】，在動(dòng)臂的兩端創(chuàng)建兩個(gè)通孔A-5，A-6，如圖4.12，得到動(dòng)臂的總體造型。
圖4.12
4.2 構(gòu)件運(yùn)動(dòng)配裝：
用ProE進(jìn)行裝配能夠發(fā)現(xiàn)很多實(shí)際中很難發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們還可以用ProE進(jìn)行干涉分析，為了合理的確定鏟斗關(guān)系，用ProE進(jìn)行仿真是再好不過(guò)的一種方法了，這樣即經(jīng)濟(jì)又迅速。當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝配中出現(xiàn)了問(wèn)題時(shí)，只要回過(guò)去修改零件就可以了，ProE會(huì)自動(dòng)更新修改后的裝配關(guān)系。例如：挖掘機(jī)鏟斗的連接。
（1）繼續(xù)單擊【添加組件】，導(dǎo)入鏟斗零件h，約束類型選擇【銷釘】，選擇【軸對(duì)齊】為兩零件e、h端部通孔的中心軸，【平移】為零件e端部?jī)煽變?nèi)側(cè)和零件h下部孔外側(cè)，如圖4-10。
（2）繼續(xù)單擊【添加組件】，導(dǎo)入連桿零件j，約束類型選擇【銷釘】，選擇【軸對(duì)齊】為兩零件j、h端部通孔的中心軸，【平移】為零件j端部孔內(nèi)側(cè)和零件h下部孔外側(cè)，如圖4-11。
圖4-10 圖4-11
（3）單擊【添加組件】，導(dǎo)入鏟斗油缸零件i，如4.1.2（3）所示完成約束。再次單擊【添加組件】，導(dǎo)入鏟斗油缸活塞零件l，如4.1.2（4）所示【軸對(duì)齊】為兩零件l、j端部通孔的中心軸，【平移】為零件j端部孔內(nèi)側(cè)和零件l下部孔外側(cè)，完成約束。如圖4-12，圖4-13所示。
圖4-12 圖4-13
（4）繼續(xù)單擊【添加組件】，導(dǎo)入搖桿零件k，約束類型選擇【銷釘】，選擇【軸對(duì)齊】為兩零件j、k端部通孔的中心軸，【平移】為零件k端部孔內(nèi)側(cè)和零件j孔外側(cè)，新建約束【圓柱】，選擇【軸對(duì)齊】為零件k上端部通孔的中心軸和斗桿e下部小孔中心軸，如圖4-14。
圖4-14
（5）重復(fù)第（2）、（4）步驟，在另外一邊繼續(xù)導(dǎo)入連桿和搖桿。
在部分仿真都已經(jīng)結(jié)束后，可以連接成整體的仿真如圖4.15和圖4.16.
圖4.15和圖4.16都為整體仿真
圖4.16
4.3構(gòu)件運(yùn)動(dòng)仿真
挖掘機(jī)鏟斗斗尖軌跡的包絡(luò)圖,即挖掘機(jī)在任一正常工作位置時(shí)所控制到的工作范圍。它是挖掘機(jī)后來(lái)進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)分析的前提和基礎(chǔ)。機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組合而成的，其中每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式至少與一個(gè)構(gòu)件相連接，這種連接既使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又使兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。目前包絡(luò)線圖的繪制方法多采用繪圖法即當(dāng)反鏟工作裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸己定時(shí)(包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗尺寸、鉸點(diǎn)位置,相對(duì)的允許轉(zhuǎn)角或各油缸的行程等) ,用作圖法求得挖掘機(jī)挖掘軌跡的包絡(luò)圖?；虿捎镁仃嚪椒锤鶕?jù)相鄰兩桿件的平移、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系,為關(guān)節(jié)鏈中的每一個(gè)桿件建立附加坐標(biāo)系。在桿機(jī)構(gòu)的分析中利用坐標(biāo)變換,求出不同位置的節(jié)點(diǎn)力與位移的關(guān)系,然后在計(jì)算機(jī)上用C + + 程序編程。這兩種方法復(fù)雜、工作量大而且不直觀,而采用Pro/ E 的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模塊,可以通過(guò)限制挖掘機(jī)的極限位置而得到挖掘機(jī)的鏟斗斗尖運(yùn)動(dòng)軌跡即挖掘機(jī)包絡(luò)線圖,這大大節(jié)省了運(yùn)動(dòng)分析的時(shí)間,并提高分析的質(zhì)量。挖掘機(jī)在工作中有幾個(gè)典型的工況位置。
4.3.1 （1）鏟斗最高位置處的姿態(tài)。鏟斗最高位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全伸,斗桿油缸和鏟斗油缸全縮時(shí)。
(2)最高卸載高度處的姿態(tài)。工作裝置處于最高卸載高度處,動(dòng)臂油缸全伸,斗桿油缸全縮,鏟斗處在垂直工作地面向下的位置,該位置挖掘機(jī)工作裝置先滿斗上升,到卸載位置處開(kāi)始卸載,其目標(biāo)是使裝載車達(dá)到盡可能多的物料裝載。其中涉及的運(yùn)動(dòng)包括:上升過(guò)程的加速與減速,卸載過(guò)程的抖動(dòng)卸料及卸載完后的加速下降。
(3)最大挖掘半徑的姿態(tài)。挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范中,最大挖掘半徑是評(píng)價(jià)挖掘能力的主要標(biāo)準(zhǔn)之一,它決定著挖掘機(jī)的挖掘范圍。該位置出現(xiàn)在斗桿油缸全縮,鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)這3 點(diǎn)處于同一直線上,且動(dòng)臂油缸縮進(jìn)使鏟斗齒尖處于地面上。在該位置處,工作裝置下落時(shí),挖掘機(jī)將會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力,在挖掘的過(guò)程中也將受到很大的土壤阻力。
(4)最深挖掘位置處的姿態(tài)。此位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮,斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直于挖掘面。該位置處,鏟斗中物料較多,土壤挖掘阻力較大,大臂、斗桿與鏟斗的受力都很大,同時(shí)該位置也是用于計(jì)算斗桿與鏟斗的危險(xiǎn)情況的典型受力工況位置。了解挖掘機(jī)各個(gè)典型位置后,以保證挖掘機(jī)具有良好的綜合性能為原則,包括能夠得到較大的挖掘深度和挖掘半徑等較大的挖掘范圍;鏟斗滿斗時(shí)土壤不會(huì)外卸,卸載時(shí)土壤能夠卸除干凈;并且考慮到反鏟裝置的強(qiáng)度等原則來(lái)確定動(dòng)臂與斗桿之間、斗桿與鏟斗之間的最大夾角和最小轉(zhuǎn)角。然后使用[Mechanism]中的[ 連接軸設(shè)置] ,分別對(duì)動(dòng)臂、斗桿、和鏟斗的運(yùn)動(dòng)范圍加以限制。接下來(lái)可以通過(guò)Pro/ E中的[ 拖動(dòng)]功能拖動(dòng)動(dòng)臂得到動(dòng)臂的極限位置;再固定旋轉(zhuǎn)支撐和動(dòng)臂拖動(dòng)斗桿得到斗桿的極限位置;最后固定動(dòng)臂和斗桿,拖動(dòng)鏟斗以得到鏟斗的極限位置。整個(gè)挖掘機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)極限位置分析后,就可以創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)器。
挖掘機(jī)具有多個(gè)自由度,且各個(gè)自由度之間形成一個(gè)完整的閉環(huán)結(jié)構(gòu),因此它的機(jī)構(gòu)仿真屬于多驅(qū)動(dòng)器開(kāi)環(huán)機(jī)構(gòu)仿真。創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)器, 選擇[Mechanism]中的[伺服電動(dòng)機(jī)]分別在回轉(zhuǎn)裝置與動(dòng)臂、動(dòng)臂與斗桿、斗桿與鏟斗的連接軸處創(chuàng)建3 個(gè)伺服電機(jī),在[ 規(guī)范]處選擇[ 位置] ,在[ 模]處選擇[表] ,根據(jù)各零件的運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置時(shí)間和位置,以確定不同時(shí)間電機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)角。然后進(jìn)行運(yùn)行分析,選擇[Mechanism]中的[運(yùn)行] ,新建分析定義,設(shè)置好開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間,按照各個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)順序添加電機(jī),并設(shè)置好每個(gè)電機(jī)的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間。這樣, 挖掘機(jī)就會(huì)在要求的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。選擇[Mechanism]中的[運(yùn)動(dòng)軌跡] ,選擇鏟斗末端一點(diǎn),就可以得到挖掘機(jī)鏟斗的包絡(luò)線圖,如圖4.17所示。挖掘機(jī)各極限位置如圖4.18 所示
圖4.17 挖掘機(jī)包絡(luò)
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
圖4.18 挖掘機(jī)工作裝置各極限位置
(a) 鏟斗和斗桿油缸全縮、動(dòng)臂油缸全伸; (b) 斗桿油缸全縮,鏟斗和動(dòng)臂油缸全伸; (c) 鏟斗、斗桿和動(dòng)臂油缸全伸;(d) 鏟斗油缸全縮,斗桿和動(dòng)臂油缸全伸; (e) 鏟斗、動(dòng)臂油缸全縮、斗桿油缸全伸; (f) 鏟斗、斗桿和動(dòng)臂油缸全縮運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果可以以動(dòng)畫的形式表現(xiàn),也可以以參數(shù)的形式輸出。啟動(dòng)[Mechanism]中的[ 測(cè)量] 選擇鏟斗末端的一點(diǎn),可得到這一點(diǎn)隨時(shí)間變化的X 和Y方向的位置參數(shù),如圖4 所示。從圖4 中可以得到挖掘機(jī)的工作參數(shù),如最大挖掘半徑和最大挖掘深度,分別為圖4.19 (a) , ( b) 最低點(diǎn)的絕對(duì)值。這樣不僅可知零件之間是否干涉,干涉的體積有多大,還可獲知挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)是否滿足性能要求。根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行修改,可以大大的提高設(shè)計(jì)的效率。挖掘機(jī)反鏟工作裝置,用Pro/ E 的Mechanism 模塊進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,探討了一種效率更高的繪制挖掘機(jī)鏟斗包絡(luò)線圖的方法。從分析結(jié)果看,整個(gè)過(guò)程與實(shí)際的工藝過(guò)程非常吻合,這樣可在設(shè)計(jì)階段解決外觀造型設(shè)計(jì)、裝配工藝問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)干涉問(wèn)題等。挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真的實(shí)現(xiàn),結(jié)束了挖掘機(jī)設(shè)計(jì)只能在物理樣機(jī)上進(jìn)行的歷史,創(chuàng)造了新的挖掘機(jī)設(shè)計(jì)途徑。仿真結(jié)果還可以以動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來(lái),也可以以參數(shù)形式輸出,得到挖掘機(jī)各部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù),為以后靜動(dòng)態(tài)分析提供了依據(jù),節(jié)省了設(shè)計(jì)的時(shí)間,也提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。
(a) X 方向
(b) Y 方向
圖4.19 挖掘機(jī)鏟斗末端一點(diǎn)位置參數(shù)
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)學(xué)期，是在大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，它將理論與實(shí)際結(jié)合在一起，即總結(jié)了大學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又給我們提供了應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和查閱有關(guān)資料的能力，是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和完善。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，將機(jī)械、液壓結(jié)合在一起，突出體現(xiàn)了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展方向，同時(shí)，各學(xué)科的交叉與綜合顯得相當(dāng)明顯，這也是多學(xué)科發(fā)展的方向。
設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用AutoCAD制圖。和proe設(shè)計(jì)，使計(jì)算更準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)更合理，充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何查閱資料，如何應(yīng)用已學(xué)的知識(shí)，深刻體會(huì)了所學(xué)知識(shí)的重要性，以及使所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)的整體的必要性，逐漸形成一套自己提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、最后解決問(wèn)題的整套思路。這些寶貴財(cái)富都會(huì)使自己在將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中受益匪淺。由于所學(xué)知識(shí)有限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏，因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)中難免存在缺陷與不足，懇請(qǐng)各位老師及評(píng)閱者批評(píng)指正，將在今后的學(xué)習(xí)和工作中進(jìn)行彌補(bǔ)。
致 謝
本課題是在導(dǎo)師邢普的悉心指導(dǎo)下完成的，在將近三個(gè)月的設(shè)計(jì)期間，刑老師在學(xué)習(xí)上給予我許多關(guān)懷和幫助。在導(dǎo)師的指導(dǎo)和培養(yǎng)下，本人獨(dú)立思考與解決實(shí)際問(wèn)題的能力明顯有了很大的提高。邢老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、一絲不茍的作風(fēng)使我受益非淺；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，從而使設(shè)計(jì)在原有能力上更合理、更完美。在論文完成之際謹(jǐn)向辛勤培養(yǎng)自己的邢老師致以深深的敬意和衷心的感謝。
在課題進(jìn)展中，還得到了許多可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友的指導(dǎo)和幫助，在些，一并表示表示誠(chéng)摯的謝意。
特別感謝我的父母，他們多年來(lái)對(duì)我的學(xué)業(yè)提供了物質(zhì)資助和精神支持，使我順利完成學(xué)業(yè)。
最后衷心感謝百忙之中抽出時(shí)間評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師。
本文在寫作過(guò)程中參考了大量的學(xué)術(shù)專著和論文，對(duì)此特向本文引用的文獻(xiàn)資料的國(guó)內(nèi)外作者表示由衷的敬意和感謝
參考文獻(xiàn)
［1］ 曹善華、余涵.單斗液壓挖掘機(jī).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1980
［2］ 孔德文、趙克利.液壓挖掘機(jī).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007
［3］ 高衡、張全根.液壓挖掘機(jī).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981
［4］ 閻書文.機(jī)械式液壓挖掘機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982
［5］ 天津工程機(jī)械研究所.單斗液壓挖掘機(jī).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1976
［6］ 何存興.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng).華中科技大學(xué)出版社，2000
［7］ 張鐵.液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)、原理及使用.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2002
［8］ 黃宗益，王康.液壓挖掘節(jié)能控制.建筑機(jī)械，1997
［9］ 張平格.液壓傳動(dòng)與控制.北京：冶金工業(yè)出版社，2004
［10］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002
［11］ 吳相憲、王正為、黃玉堂.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1993
［12］ 唐大放、馮曉寧、楊現(xiàn)卿.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001
［13］ 李壯云.中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2001
［14］ 唐經(jīng)世、高車安.工程機(jī)械.北京：中國(guó)鐵道出版社，1996
［15］ 周士昌.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
［16］ 杜迪生、張永惠.挖掘機(jī)電氣傳動(dòng)與故障診斷.北京：冶金工業(yè)出版社，1994
［17］ 張玉川.進(jìn)口液壓挖掘機(jī)國(guó)產(chǎn)化改造.成都：西南交通大學(xué)出版社，1999
［18］ R.N.Hancox,Hydraulic System for Excamator,U.S.Patent 3406850.
OCT.22,1968
［19］ R.K.Tessmann,I.T.Hong,Hydraulic Pump Performance as a Function
Of Speed and Pressure,SAE961741
[20] 張華,郭榮春,周進(jìn). 挖掘機(jī)動(dòng)臂在Pro/ E 中的動(dòng)態(tài)模擬與分析[J ] . 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2005.
[21] 王志利,韓剛. Pro/ EN GINEER 在挖掘機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J ] . 起重運(yùn)輸機(jī)械,2005
[23] 孫印杰,田效伍,鄭延斌. 野火中文版Pro/ Engineer 基礎(chǔ)與實(shí)例教程[M] . 北京:電子工業(yè)出版社,2004.
[24] 方建軍,劉仕良. 機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析———Pro/ Engineer Wildfire 工程應(yīng)用[M] . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004 .
[25] 范進(jìn)楨,張寶忠,秦貴林. 挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J ] . 煤礦機(jī)械,2004
[26] 朱向哲,林偉,謝禹鈞. 雙螺桿非嚙合螺紋元件錯(cuò)列角對(duì)擠出特性的影響[J ] . 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào),2005 ,18
[27] 祝凌云,李斌. Pro/ EN GINEER 運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析[M] . 北京:人民郵電出版社,2004.
[28] 郭衛(wèi),楊武成,張傳偉. 基于Pro/ E 的液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真[J ] . 建筑機(jī)械
23
收藏