液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置仿真設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE+仿真】
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液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置仿真設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名:付鵬達(dá) 班級(jí):088105409 指導(dǎo)老師:邢普摘要: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 指導(dǎo)老師簽名:畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置仿真設(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2000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5周3總裝配圖設(shè)計(jì) 第6 周-第8周4工作裝置各部分基本尺寸設(shè)計(jì) 第9 周-第10周 5. 用UG/Solidworks對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)體建模和設(shè)計(jì) 第11周-第12周6. 繪制零、部件圖 第13周-第14周7. 畢業(yè)論文撰寫(xiě) 第15周-第16周8 .答辯準(zhǔn)備及論文答辯 第17周-第19周 、主 要參考資料:1 李愛(ài)峰.6.5M3液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置的仿真分析 重工科技 2001.1.pp43-462郭曉寧. 基于ADAMS 的液壓挖掘機(jī)機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)化模型.中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào).2008.12.pp433-4373 張正兵. 正鏟液壓挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及生產(chǎn)率研究.重慶大學(xué)碩士論文2008.4.4 陳進(jìn), 張石強(qiáng), 李世六等. 正鏟液壓挖掘機(jī)四邊形機(jī)構(gòu)牽連運(yùn)動(dòng)分析. 中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào).2007.1.pp1-4.5 張林艷.鄧子龍. 挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)的建立與動(dòng)力學(xué)仿真,遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào).2008.9.pp44-496 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 0881054 班 學(xué)生(簽名): 填寫(xiě)日期: 2012 年 月 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):附注:任務(wù)書(shū)應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首頁(yè)。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(shū)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(mén)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)題目: 液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置設(shè)計(jì) 系 別 航空工程工程系專業(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) 088105409學(xué)生姓名 付鵬達(dá)指導(dǎo)教師 邢普二O一二 年 四 月 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文目錄1 前言(1)1.1課題研究的背景和意義(1)1.2 液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)(1)1.2.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)(2)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(13)3 工作裝置尺寸的設(shè)計(jì)確定(17)3.1應(yīng)用舉例(17) 3.1.2動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度確定(17)3.1.2機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定(18)3.2 油缸鉸點(diǎn)及行程確定(19)3.2.1動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定(19)3.2.2 斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定(19)3.2.3 鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定(19)3.3工作裝置的位置模型建立(19)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(25)3.4.1動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定(25)3.4.2斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定(28)3.4.3鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定(31)3.5液壓正鏟挖掘機(jī)三維模型(32)4 結(jié)論(34)參考文獻(xiàn)(35)致謝(36) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置設(shè)計(jì) 系 別 航空工程工程系專業(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) 088105409學(xué)生姓名 付鵬達(dá)指導(dǎo)教師 邢普二O一二 年 四 月 1、 選題的依據(jù)及意義: 與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)重礦機(jī)械行業(yè)還存在不小的差距,主要表現(xiàn)為:產(chǎn)品總量供大于求,生產(chǎn)能力過(guò)剩;供需關(guān)系失衡,低檔產(chǎn)品積壓,現(xiàn)代重要技術(shù)裝備仍依靠進(jìn)口;科技和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力薄弱,缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力;企業(yè)多而散,經(jīng)濟(jì)效益低;經(jīng)營(yíng)機(jī)制不適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)要求等。為此,國(guó)家將重礦機(jī)械行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)確定為:提高產(chǎn)品技術(shù)水平和成套能力,提高生產(chǎn)技術(shù)水平和裝備現(xiàn)代化,提高集約化生產(chǎn)程度和管理水平,提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益,使之盡快成為能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求,并具有參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的行業(yè)。在這種國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)發(fā)展的大情形下,我們進(jìn)行挖掘機(jī)工作裝置的合理性分析是有必要的,這有利于國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展,為我國(guó)發(fā)挖掘機(jī)行業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地打好基礎(chǔ)。二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)(含文獻(xiàn)綜述): 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。1)開(kāi)發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要,國(guó)外發(fā)展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘機(jī),最小的斗容量?jī)H在0.01m。另外,數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能,配備了多種工作裝置除正鏟、反鏟外,還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤(pán)、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤(pán)及拉鏟等,以滿足各種施工的需要。與此同時(shí),發(fā)展專門(mén)用途的特種挖掘機(jī),如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。 2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī),不斷改進(jìn)和革新控制方式,使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無(wú)線電操縱,利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切,挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。 3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu),加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如,德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置,使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來(lái)工作;美國(guó)林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng),可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了CAPS(計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)),提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率,更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。 4)更新設(shè)計(jì)理論,提高可靠性,延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家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。 5)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù),改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室,安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅,用隔音措施降低噪聲干擾。 6)進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過(guò)程中,壓力減小時(shí)和增大流量來(lái)襝,使液壓泵功率保持恒定,亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量(降低速度),使挖掘力成倍增長(zhǎng)率加;采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通,成為開(kāi)式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速成運(yùn)動(dòng)。此外,液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用,為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。7)迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代,為了節(jié)省能源消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染,使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè),降低挖掘機(jī)口音,改善駕駛員工作條件,逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動(dòng)控制技術(shù)。隨著對(duì)挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高,促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用,并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀(jì)80年代,以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù),特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用,推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣,并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志,亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門(mén)控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。3、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案: 主體工作:挖掘機(jī)工作原理分析,動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸選型設(shè)計(jì),斗桿挖掘工況挖掘性能分析,斗桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪制相關(guān)圖紙。 挖掘機(jī)工作裝置主要有動(dòng)臂、斗桿和鏟斗,斗桿有整體式和組合式兩種,大多數(shù)挖掘機(jī)斗采用整體式斗桿,當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長(zhǎng)度或杠桿比時(shí)采用更換斗桿的辦法,或者在都趕上設(shè)置2-4個(gè)可供調(diào)節(jié)時(shí)選擇的與動(dòng)臂端不鉸接的孔。由于工作半徑、最大高度和最大深度的不同工作裝置都有不同的參數(shù)。通過(guò)計(jì)算算出一個(gè)工況的工作參數(shù),再通過(guò)編程算出各個(gè)工況的工作參數(shù)。 首先用已知數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)工況的合理性之后,再運(yùn)用matlab軟件模擬出各個(gè)工況的工作參數(shù)曲線,以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的參數(shù)都是合理的。在這里主要模擬出斗桿的工作參數(shù)在各個(gè)工況都是合理的。 最后通過(guò)合理的設(shè)計(jì)分析,選擇最優(yōu)的工作參數(shù),使得挖掘機(jī)的工作裝置能夠適合多種復(fù)雜的工況,低功耗,高功率。特別是通過(guò)斗桿挖掘工況挖掘性能的分析,使得挖掘機(jī)的斗桿更進(jìn)一步的優(yōu)化。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1-2周:搜集資料,熟悉挖掘機(jī)的工作原理,整體結(jié)構(gòu),完成開(kāi)題報(bào)告的寫(xiě)作,摘要。3周:完成挖掘機(jī)主體參數(shù)的選擇。4-6周:完成挖掘機(jī)動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的選型設(shè)計(jì)和斗桿挖掘工況挖掘性能的分析7-8周:完成工作裝置的繪制。 9周:開(kāi)始設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的整理,各種資料的確定。 10周:細(xì)化設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),完成電子版本的說(shuō)明書(shū)。11周:做最后設(shè)計(jì)的完善。 12-13周:準(zhǔn)備答辯5、 參考文獻(xiàn) 1透視我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)J.工程機(jī)械,2008(39) 2 陳軍科.挖掘機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向J.社科論壇 3 寧高平.建設(shè)長(zhǎng)期健康發(fā)展的挖掘機(jī)行業(yè)J.工程機(jī)械,2010 4 李克青.2008年國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展回顧J.工程建設(shè),2009,(41) 5 曹善華.單斗挖掘機(jī)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 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)隨著人類空間獲活動(dòng)的延伸,以及人類對(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,研究專業(yè)性的挖掘機(jī)設(shè)計(jì)理論、方法甚至是專用軟件,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:重視試驗(yàn)研究工作,液壓挖掘機(jī)的研制除了保證機(jī)械技術(shù)性能以外,十分重視挖掘機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性,研制過(guò)程中,進(jìn)行各種性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn),包括構(gòu)件強(qiáng)度試驗(yàn)、系統(tǒng)試驗(yàn)、操縱試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)等,要通過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)試驗(yàn)和用戶評(píng)價(jià),才進(jìn)行定型生產(chǎn);重視電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,設(shè)計(jì)制造更輕便的工作裝置,而不削弱其強(qiáng)度,其實(shí)對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的研究已經(jīng)十分成熟。它的應(yīng)用加快了新產(chǎn)品的發(fā)展速度,使新產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到批量生產(chǎn)的周期縮短到23年左右。 (3)采用新結(jié)構(gòu)和新材料,利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù),仍是保證和提高液壓挖掘機(jī)性能的一個(gè)較重要的途徑2。1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 自20世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)外一些先進(jìn)商用有限元、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)入我國(guó),如ANSYS,ADAMS,MEDYNA,MOCAL,ALGOR等,應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)分析、仿真和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)對(duì)于挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)理論與方法的研究可歸納如下: (1)工作裝置的運(yùn)動(dòng)分析。對(duì)工作裝置的運(yùn)動(dòng)分析,關(guān)系到挖掘機(jī)的力學(xué)分析,是其他分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)15利用個(gè)人編制的軟件對(duì)液壓小型反鏟挖掘機(jī)各種靜態(tài)姿態(tài)角度下的理論挖掘力進(jìn)行了分析與仿真;文獻(xiàn)16利用矩陣變換原理對(duì)單斗反鏟液壓挖掘機(jī)進(jìn)行了詳盡的闡述;文獻(xiàn)17對(duì)液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置各主要構(gòu)件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,得到了反鏟裝置各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)和實(shí)現(xiàn)挖掘力的限制條件;文獻(xiàn)18利用拉格朗日第方程對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置建立了挖掘作業(yè)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)其動(dòng)能、勢(shì)能和挖掘力進(jìn)行計(jì)算,為分析挖掘作業(yè)工作裝置所受到的力和運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系、控制作業(yè)規(guī)劃和仿真提供了理論基礎(chǔ)。 (2)工作裝置的優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法己在我國(guó)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。它是建立在近代數(shù)學(xué)最優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)程序之上,解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題的一種有效工具,是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)應(yīng)用中的一個(gè)重要方面。它運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中,能根據(jù)產(chǎn)品的要求,合理地確定和計(jì)算各項(xiàng)參數(shù),以其達(dá)到最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)。文獻(xiàn)19應(yīng)用變換矩陣來(lái)建立數(shù)學(xué)模型,編制挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)軟件對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行快速有效的計(jì)算。文獻(xiàn)20針對(duì)液壓挖掘機(jī)鏟斗連桿機(jī)構(gòu)采用復(fù)合形法進(jìn)行優(yōu)化求解,并且給出了程序設(shè)計(jì)的流程框圖。文獻(xiàn)21提出了利用優(yōu)化方法分析計(jì)算挖掘機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定系數(shù)和具體解決方法,找出并分析了挖掘機(jī)在特定工況下的最不穩(wěn)定姿態(tài),為挖掘機(jī)的穩(wěn)定性分析提供了理論計(jì)算公式和具體分析手段。文獻(xiàn)22開(kāi)發(fā)了液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置通用分析軟件,只能對(duì)現(xiàn)有的機(jī)型進(jìn)行分析,沒(méi)有從原理出發(fā)對(duì)工作裝置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),并進(jìn)行優(yōu)化。國(guó)內(nèi)太原重型機(jī)械學(xué)院和浙江大學(xué)在這方面做出了突出的貢獻(xiàn),浙江大學(xué)1988年開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于液壓挖掘機(jī)CAD的大型軟件系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上于90年代初開(kāi)發(fā)了液壓挖掘機(jī)的集成化智能CAD系統(tǒng);此外太原重型機(jī)械有限公司研究所利用UG開(kāi)發(fā)計(jì)算68m挖掘機(jī)的三維仿真軟件;徐州工程機(jī)械研究所利用I-DEAS軟件完成WY20整機(jī)、WY20A工作裝置的三維實(shí)體造型等。但是由于受客觀條件的限制,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中大部分工作還是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和理論,雖然采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,但主要針對(duì)國(guó)內(nèi)小型液壓反鏟挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)做了大量工作。 (3)正鏟工作裝置設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。由于礦山條件惡劣,液壓挖掘機(jī)在礦山?jīng)]有得到廣泛應(yīng)用,因此國(guó)內(nèi)對(duì)液壓正鏟挖掘機(jī)的研究很少,沒(méi)有形成自己的設(shè)計(jì)體系。近年來(lái)隨著液壓技術(shù)的發(fā)展及液壓元件質(zhì)量的提高,大型液壓正鏟挖掘機(jī)在礦山才得到應(yīng)用,合理地設(shè)計(jì)工作裝置的主要構(gòu)件是行業(yè)發(fā)展的需要。 目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于:提高工作裝置結(jié)構(gòu)件的可靠性和耐久性;對(duì)工作裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì),提高挖掘機(jī)的挖掘性能,同時(shí)使挖掘機(jī)設(shè)計(jì)人員從繁忙的計(jì)算中解脫出來(lái)。因此,開(kāi)發(fā)一個(gè)專業(yè)化的工作裝置設(shè)計(jì)的工具軟件顯得非常必要。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 本論文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、銷軸組成挖掘機(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。(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)。(5) 銷軸的設(shè)計(jì)及螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型2液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)分析2.1 液壓正鏟挖掘機(jī)的基本組成和工作原理液壓正鏟挖掘機(jī)由工作裝置,上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分組成,如圖 2.1 所示。其中上部轉(zhuǎn)臺(tái)包括動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)備和駕駛室;工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸組成,如圖 2.2 所示。 圖 2.1 液壓正鏟挖掘機(jī)的基本組成圖 2.2 液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置挖掘作業(yè)時(shí),操縱動(dòng)臂油缸使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面,然后操縱斗桿油缸和鏟斗油缸,使斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后,操縱動(dòng)臂油缸,使鏟斗升高離開(kāi)挖掘面,在回轉(zhuǎn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下,使鏟斗回轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn),然后操縱斗桿和鏟斗油缸使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)至合適位置,再回縮開(kāi)斗油缸轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗,使斗前、斗后分開(kāi)卸載物料。卸載后,開(kāi)斗油缸伸長(zhǎng)使斗前、斗后閉合,將工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次循環(huán)挖掘工作。轉(zhuǎn)移工作場(chǎng)地時(shí),操縱行走馬達(dá),驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)完成移動(dòng)工作4。 在實(shí)際挖掘作業(yè)中,由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同,反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過(guò)程僅為一般的理想過(guò)程。2.2 工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定正鏟工作裝置的構(gòu)造:正鏟工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、工作液壓缸和連桿機(jī)構(gòu)等組成。動(dòng)臂是焊接的箱形結(jié)構(gòu),由高強(qiáng)度鋼板焊成,也有的是鑄造的混合結(jié)構(gòu),和反鏟工作裝置相比,正鏟動(dòng)臂較短且是單節(jié)的。動(dòng)臂下端和轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接,動(dòng)臂油缸一般為雙缸,在布置上動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)高于動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)且靠后。這種布置方案能保證動(dòng)臂具有一定的上傾角和下傾角,以滿足挖掘和卸載的需要,同時(shí)也保證動(dòng)臂機(jī)構(gòu)具有必要的提升力矩和閉鎖力矩。 斗桿也是焊接箱形結(jié)構(gòu)或鑄造混合結(jié)構(gòu)。斗桿的一端與動(dòng)臂的上端鉸接,斗桿油缸的兩端分別與動(dòng)臂和斗桿的下緣鉸接,形成了斗桿機(jī)構(gòu)。由于正鏟常以斗桿挖掘?yàn)橹?,這樣的結(jié)構(gòu)布置適合于向前推壓,液壓缸大腔進(jìn)油可以發(fā)揮較大的挖掘力。 正鏟斗鉸接在斗桿的端部,鏟斗油缸的兩端分別與斗桿中部和連桿裝置連接,形成轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu),一般為六連桿機(jī)構(gòu)。有時(shí)鏟斗缸的活塞桿直接和鏟斗鉸接形成四連桿機(jī)構(gòu)。挖掘機(jī)正鏟的鏟斗根據(jù)結(jié)構(gòu)和卸土方式可分為前卸式和底卸式兩大類。 前卸式鏟斗卸土?xí)r直接靠鏟斗油缸使斗翻轉(zhuǎn),土鑲從斗的前方卸出。這種構(gòu)造簡(jiǎn)單,斗體是整體結(jié)構(gòu),剛度和強(qiáng)度都比較好,并且不需要另設(shè)卸土油缸,但是為了能將土卸盡,要求卸土?xí)r前壁與水平夾角大于45度,因而要求鏟斗的轉(zhuǎn)角加大,結(jié)果導(dǎo)致所需的鏟斗油缸功率增加,或者造成轉(zhuǎn)斗挖掘力下降或卸土?xí)r間延長(zhǎng)。此外,前卸式鏟斗還影響有效卸載高度。底卸式鏟斗靠打開(kāi)斗底卸土。所示的鏟斗是靠專門(mén)的油缸起閉斗底。挖掘時(shí)斗底關(guān)閉,卸土?xí)r斗底打開(kāi),土城從底部卸出。這類結(jié)構(gòu)的卸土性能較好,要求鏟斗的轉(zhuǎn)角也小,但必須增設(shè)卸土油缸,此外,斗底打開(kāi)后也影響到有效卸載高度。這類開(kāi)斗方式現(xiàn)在已少用,目前挖掘機(jī)上采用較多的是另一種底卸式鏟斗,鏟斗由兩半組成,靠上部 的鉸連接。卸土油缸裝在斗的后壁中。油缸收縮時(shí)通過(guò)杠桿系統(tǒng)使斗前壁(順板)向上翹起,將土壤從底部卸出。用這種方式卸載,卸載高度大,卸載時(shí)間較短,裝車(chē)時(shí)鏟斗得以更靠近車(chē)休并且還可以有控制地打開(kāi)額板,使土或石塊比較緩慢地卸出,因而減少了對(duì)車(chē)輛的撞擊,延長(zhǎng)了車(chē)輛的使用壽命。另外這種斗還能用于挑選石塊,很受歡迎,但鏟斗的重量加大較多,因而在工作裝置尺寸、整機(jī)穩(wěn)定性相同的情況下斗容量有所減少,并且由于斗由兩部分組成,受力情況較差。采用底卸式鏟斗結(jié)構(gòu),鏟斗的轉(zhuǎn)角可以減小,因而有些挖掘機(jī)已取消了鏟斗油缸的連桿裝置,鏟斗油缸直接與斗體相連接,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),并在一定程度上加大了轉(zhuǎn)斗挖掘力5。 當(dāng)挖掘機(jī)挖掘比較松軟的對(duì)象、或用于裝載散粒物料時(shí),正鏟斗可以換成裝載斗,在整機(jī)重量基本不變的情況下,這種斗的容量可以大大增加,因而提高了生產(chǎn)率。裝載斗一般都是前卸式,不裝斗齒,以減小挖掘松散物料時(shí)的挖掘阻力。本設(shè)計(jì)中我采用圖2.3這一結(jié)構(gòu)。圖 2.3 液壓正鏟挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.4 液壓正鏟挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2.4所示是5 m3正鏟挖掘機(jī)工作裝置的示意圖,采用直動(dòng)臂、直斗桿形式,鏟斗為前卸式。動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸在轉(zhuǎn)臺(tái)上的鉸點(diǎn)分別為C和A,它們的位置以停機(jī)面為X軸,整機(jī)回轉(zhuǎn)中心線為Y軸(圖b)的直角坐標(biāo)值來(lái)表示。這臺(tái)挖掘機(jī)的主要工作油缸共5只,其中動(dòng)臂油缸兩只,置于動(dòng)臂的兩側(cè);斗桿油缸一只,置于斗桿的中部;鏟斗油缸兩只,鉸于斗桿中部。主要工作油缸的主要參數(shù)列于表21中。表 2.1 5m3正鏟液壓挖掘機(jī)主要油缸的主要參數(shù)2.3 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析2.3.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂CF的位置由動(dòng)臂油缸AB的長(zhǎng)度決定。和動(dòng)臂水平傾角之間的關(guān)系可用下式表示 (2-1) (2-2)從上式看出,a11-a2對(duì)的影響很大,當(dāng)動(dòng)臂和油缸的參數(shù)不變時(shí),a11-a2愈大動(dòng)臂提升高度愈小。關(guān)于這點(diǎn)在以后還要討論6。設(shè)動(dòng)臂油缸全縮時(shí)動(dòng)臂傾角為;動(dòng)臂油缸全伸時(shí)動(dòng)臂傾角為,那么在動(dòng)臂油缸由全縮到全伸,動(dòng)臂總的轉(zhuǎn)角為: (2-3)為了便于運(yùn)算和比較,仍用無(wú)因次比例系數(shù)表示,即; (2-4)代入式(22)可以得到動(dòng)臂油缸全縮和全伸時(shí)相應(yīng)的動(dòng)臂傾角值 (2-5) (2-6)而動(dòng)臂總轉(zhuǎn)角為 (2-7)動(dòng)臂油缸伸縮時(shí)對(duì)C點(diǎn)的力臂也在不斷變化,由圖可知 (2-8)顯然,當(dāng)ABAC時(shí)有最大值,此時(shí),而相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度為:=此時(shí)的動(dòng)臂傾角為若用動(dòng)臂油缸相對(duì)力臂(即來(lái)表示油缸長(zhǎng)為時(shí)的力臂,則 (2-9)綜上所述,動(dòng)臂傾角、力臂和都是的參數(shù)。2.3.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析斗桿FQ的位置由動(dòng)臂CF和斗桿油缸DE的長(zhǎng)度所決定。但是動(dòng)臂的位置隨動(dòng)臂油缸的伸縮而變化,為了便于分析斗桿油缸對(duì)頭桿位置的影響,假定動(dòng)臂不動(dòng),那么斗桿鉸點(diǎn)F以及斗桿油缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)D就可以看作為固定基座。與斗桿、動(dòng)臂夾角之間的關(guān)系為 (2-10) (2-11)設(shè)斗桿油缸全縮時(shí)動(dòng)臂與頭桿的夾角為,全伸時(shí)為,那么當(dāng)油缸由全縮到全伸時(shí)斗桿總的轉(zhuǎn)角為 (2-12)斗桿油缸的作用力臂也是可變值。 (2-13)當(dāng)EFDE時(shí)有最大值,即,這時(shí)相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度為相應(yīng)的斗桿轉(zhuǎn)角為 (2-14)用斗桿油缸相對(duì)力臂值(即)來(lái)表示時(shí)的力臂,則 (2-15)2.3.3斗齒尖的幾種特殊工作位置的計(jì)算(1)最大挖掘半徑(圖2.5)這時(shí)C、Q、V在同一條水平線上,而且頭桿油缸全伸,即;最大挖掘半徑為 (2-16)最大挖掘半徑處的挖掘高度相應(yīng)為 圖 2.5 最大挖掘半徑(2)最大挖掘高度(圖2.6) 圖 2.6 最大挖掘高度最大挖掘高度為: (2-17)最大挖掘高度時(shí)的挖掘半徑 (2-18)如果最大轉(zhuǎn)斗角度不能保證QV垂直向上,即,則應(yīng)根據(jù)實(shí)際的值求相應(yīng)的挖掘高度,如圖左上角所示,此時(shí) (2-19)(3)最大挖掘深度(圖2.7)這時(shí)動(dòng)臂油缸全縮,頭桿FQ及QV垂直向下,即,。 最大挖掘深度為 (2-20)最大挖掘深度時(shí)的挖掘半徑為 (2-21)假若,則FQ不可能呈垂直狀態(tài),此時(shí)必須根據(jù)具體情況計(jì)算實(shí)際的最大挖掘深度6。圖 2.7 最大挖掘深度(4)停機(jī)平面上的最大挖掘半徑(圖2.8)這是指斗齒靠在地面上、斗桿全部伸出而斗底平面與停機(jī)平面平行的工況。此時(shí)QV線與地面交成角(角是一個(gè)重要的鏟斗參數(shù),設(shè)計(jì)中應(yīng)認(rèn)真確定),根據(jù)這種定義可知圖 2.8 停機(jī)平面上的最大挖掘半徑;,其中 (2-22) (2-23)這時(shí)停機(jī)平面上的最大挖掘半徑為 (2-24)如果,則必須根據(jù)具體情況重新進(jìn)行計(jì)算。3 工作裝置尺寸的設(shè)計(jì)確定3.1應(yīng)用舉例本章以液壓正鏟5挖掘機(jī)為例,對(duì)工作裝置參數(shù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。 結(jié)合 2.4.1 節(jié)的分析,初選動(dòng)臂與平臺(tái)鉸點(diǎn) A 的坐標(biāo): =0.65m,=2.56m。 3.1.1 動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度確定 由式(3-1)得4.1由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果如表 3.1 所示。 表3-1圖 3.1動(dòng)臂三維模型圖 3.2斗桿三維模型3.1.2機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定液壓正鏟5挖掘機(jī)的工作尺寸如表 3.2 所示。 表3.2動(dòng)臂、斗桿及鏟斗機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角范圍如表 3.3 所示。 表3.33.2 油缸鉸點(diǎn)及行程確定3.2.1動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定初取動(dòng)臂油缸全伸和全縮時(shí)的力臂比 =1.1,油缸全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度比=1.6,。由動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)及行程計(jì)算得,由于A鉸點(diǎn)在平臺(tái)的端部,計(jì)算得,動(dòng)臂油缸行程3.2.2 斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定初取斗桿油缸全伸和全縮時(shí)的力臂比 ,油缸全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度比:,。經(jīng)斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程計(jì)算得:,斗桿油缸行程。3.2.3 鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定 初取斗桿油缸全伸和全縮時(shí)的力臂比 ,油缸全伸和全縮時(shí)的長(zhǎng)度比:16 。經(jīng)鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程計(jì)算得:,斗桿油缸行程。3.3工作裝置的位置模型建立 現(xiàn)從動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)鉸點(diǎn)A出發(fā),借助各相關(guān)轉(zhuǎn)角q 1、q 2和q 3,建立各關(guān)鍵點(diǎn)B、C、DV的位置模型,得到各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo),從而為下一步的分析提供依據(jù)。 以地面為橫坐標(biāo),以回轉(zhuǎn)中心線為縱坐標(biāo),建立直角坐標(biāo)系XOY如圖2.4所示。 3.3.1 動(dòng)臂與平臺(tái)鉸點(diǎn)位置C的確定對(duì)由反鏟挖掘機(jī)改裝的正鏟來(lái)說(shuō),動(dòng)臂鉸座往往就沿用反鏟動(dòng)臂的鉸座。一般,鉸座都在轉(zhuǎn)臺(tái)中心的前方(0),近來(lái)大型正鏟的鉸座卻有向后移(靠近回轉(zhuǎn)中心線)的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)時(shí),可用類比法確定或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式初步選取,在此基礎(chǔ)上推薦以履帶軸距L為基本長(zhǎng)度。履帶軸距L (3-1) 式中:為斗容量,3.3.2 動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度的確定同上轉(zhuǎn)斗半徑也可用類比法確定或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式初步選取,在此基礎(chǔ)上推薦以履帶軸距L為基本長(zhǎng)度。3.3.3 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定在動(dòng)臂長(zhǎng)度、斗桿長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)斗半徑及動(dòng)臂油缸與平臺(tái)鉸點(diǎn)C初步確定之后,根據(jù)挖掘機(jī)工作尺寸的要求利用解析法求各機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍,其中包括動(dòng)臂機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、斗桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、鏟斗機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍6。(1) 斗桿轉(zhuǎn)角和的確定可根據(jù)最大挖掘半徑確定。最大轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)不小于 (3-2)根據(jù)停機(jī)平面上最小挖掘半徑確定。所謂停機(jī)平面上的最小挖掘半徑依不同工作情況而異,有的是指鏟斗最靠近機(jī)體(斗桿油缸全縮)、斗齒尖處于停機(jī)平面而斗底平行于地面,在這種狀態(tài)下開(kāi)始挖掘時(shí)的挖掘半徑。圖 3.3 停機(jī)平面上的最小挖掘半徑如圖3.3所示,這時(shí)斗桿和動(dòng)臂間的夾角為最小(),鏟斗與地面相交成角(見(jiàn)圖2.7),而斗齒尖V到回轉(zhuǎn)中心的距離為。從幾何推導(dǎo)可知 (3-3)式中、Q點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo),且=; (3-4) (3-5) (3-6) 帶入式(3-5)整理后得 (3-7) 有些挖掘機(jī)不要求鏟斗水平鏟入,而往往以一定的后角開(kāi)始挖掘,因而最小挖掘半徑可能比前一種小,加大了停機(jī)平面上的挖掘范圍。在這種情況下QV與水平的夾角將增至。根據(jù)有的資料介紹,為使鏟斗容易切人土壤,開(kāi)始挖掘時(shí)的后角可取為。應(yīng)該注意不論鏟斗開(kāi)始挖掘時(shí)的位置如何,必須以不碰撞履帶板為原則,因此() (3-8)式中 R驅(qū)動(dòng)輪半徑(毫米);履帶行走裝置水平投影的對(duì)角線與縱軸問(wèn)的夾角; 考慮轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)連桿裝置及余隙在內(nèi)的間隙,初步設(shè)計(jì)時(shí)可取200400毫米。(2) 動(dòng)臂傾角和的確定動(dòng)臂最大傾角根據(jù)最大挖掘高度確定。由圖2.5并根據(jù)式(217)和(218)經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出 (3-9)因此先確定后,再根據(jù)可得。動(dòng)臂最小傾角。根據(jù)最大挖掘深度確定。由圖2.5和式(220)得到 (3-10)(3)鏟斗轉(zhuǎn)角和的確定 轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求:滿足工作尺才的要求,即保證所要求的、等參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn);挖掘過(guò)程中能夠調(diào)整切削后角,保證工作正常進(jìn)行,滿足挖掘過(guò)程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)斗要求及卸載要求。A.必須滿足工作尺寸的要求為滿足挖掘高度要求(圖2.5) (3-11)為滿足最大挖掘半徑要求(圖2.4) (3-12)為滿足停機(jī)平面上最小挖掘半徑要求(圖2.8) (3-13) (3-14) (3-15) (3-16)為滿足最大挖掘深度要求(圖2.6)B必須滿足挖掘過(guò)程中調(diào)整切削后角的要求挖掘過(guò)程中隨著鏟斗向前運(yùn)動(dòng),斗的切削后角也不斷發(fā)生改變,為了保證挖掘正常進(jìn)行,斗底不應(yīng)與地面發(fā)生摩擦,即0,為此必須使又 將式代入,整理后得到 (3-17)C必須滿足卸載要求由于前卸式鏟斗和底卸式鏟斗的卸載方法不同,因此對(duì)轉(zhuǎn)角的要求也不同。為使卸斗于凈,前卸式鏟斗在卸土?xí)r要求斗底與水平相交成以上的角,因此從圖2.5及式(311)得 (3-18)底卸式鏟斗卸土?xí)r可假定斗的后壁接近于垂直枚態(tài),斗底按近于水平位置,因此要求 (3-19)對(duì)比(242)和(243)可見(jiàn),從卸土要求來(lái)看,底卸式鏟斗的轉(zhuǎn)角可比前卸式少左右。D必須滿足挖掘結(jié)束時(shí)鏟斗后傾的要求為了使鏟斗在挖掘結(jié)束時(shí)脫離工作面并在提升過(guò)程中使斗內(nèi)物科不致撒落,鏟斗必須后傾。根據(jù)裝裁機(jī)的要求鏟斗裝滿后斗底必須向上傾斜角, 顯然這時(shí)QV連線也必然向上翹起角。結(jié)合圖2.7和2.12可知+ (3-20)根據(jù)以上所得的公式(311)(320)就可以初步確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍。但是求出這些參數(shù)后還必須校接所規(guī)定的其它工作參數(shù),如最大卸載高度、最大卸載高度時(shí)的卸載半徑、最大挖掘高度時(shí)的挖掘半徑等,如不能滿足則應(yīng)加以修正。3.4工作裝置油缸鉸點(diǎn)及行程確定3.4.1動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定確定動(dòng)臂油缸及其鉸點(diǎn)位置時(shí)首先應(yīng)滿足動(dòng)臂變幅時(shí)力短和轉(zhuǎn)角的要求。圖2.13中設(shè)動(dòng)臂油缸全縮和全伸時(shí)的位置為和,則;。再假定鉸點(diǎn)B不在動(dòng)臂中心線CF上,且(當(dāng)B在CF線下方時(shí)為“十”,反之為“一”)。那么由幾何推導(dǎo)可以求出工作時(shí)動(dòng)臂油缸的起始力臂和終了力臂的值: (3-21) (3-22)式中各參數(shù)可見(jiàn)表及公式(333)。如果CF線處于水平線以下則用負(fù)值代入。圖 3.4 動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)計(jì)算示意圖設(shè)起始力臂和終了力臂的比值為K,則 (3-23)或 (3-24)展開(kāi)并整理后得到 (3-25)對(duì)式(324)、(325)可作如下分析:(1)公式表示了、K、諸值之間存在著一定的依賴關(guān)系。當(dāng)其它數(shù)值不變,降低值則K值下降,因而對(duì)上部挖掘有利;當(dāng)、K不變,降低值會(huì)使加大而減小,對(duì)挖高有利。這些都說(shuō)明正鏟的值應(yīng)當(dāng)比反鏟的小。但是如果工作尺寸已定,過(guò)多降低值會(huì)對(duì)下部挖掘不利,甚至在下部挖掘時(shí)不能提起滿載斗;此外為了保證、和K,降低值就必須加大值,加大了油缸行程,對(duì)油缸的穩(wěn)定性也有影響。所以當(dāng)確定值時(shí)必須全面考慮,籠統(tǒng)地給定正鏟或反鏟的值是不恰當(dāng)?shù)摹?2)當(dāng)、K等值固定,與之間也存在一定的關(guān)系,即為常數(shù)。在反鏟上由于需要提高地面以下的挖掘性能,值往往都是負(fù)值。因此加大可以減小動(dòng)臂的彎曲程度,對(duì)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有利。而正鏟動(dòng)臂一般不采用反鏟那樣大曲率的彎臂,角主要按油缸在動(dòng)臂上的鉸接方式而定,有時(shí)油缸鉸在動(dòng)留下緣的耳板上(動(dòng)臂截面不致削弱);有時(shí)靠?jī)蓚€(gè)鐘形座鉸于動(dòng)臂兩側(cè)(在雙缸方案中常采用)等等,因而角有正有負(fù),但角度一般部不大,因此對(duì)的影響也不很大。綜合上述兩點(diǎn),建議在初步設(shè)計(jì)中先確定動(dòng)臂結(jié)構(gòu),初選值,然后根據(jù)工作尺寸的需要,在確定、基礎(chǔ)上按公式(249)求合理的值。一般情況下正鏟的值不大干。(3)值主要應(yīng)從油缸的穩(wěn)定性出發(fā)選用,建議取1.61.7。(4)由于正鏟主要挖掘地面以上土,終了力臂不能忽視,故K值可建議在0.901.14的范圍內(nèi)選取。設(shè)計(jì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)時(shí)合理地確定A、B、C三點(diǎn)的位置非常重要。從和中還能得到如下關(guān)系式 (3-26) (3-27)用公式(24)代入得 (3-28) (3-29)令,代人上式,解聯(lián)立方程后得到 (3-30) (3-31)以上我們根據(jù)動(dòng)臂轉(zhuǎn)角需要和K值確定了、等比例系數(shù)和值,因此只要進(jìn)一步求出、中任一值就可以求得其它各參數(shù)。對(duì)于正鏟來(lái)說(shuō)動(dòng)臂油缸的主要作用是將滿載斗由任何可能挖掘的位置舉升到卸載點(diǎn)。而在最大挖掘半徑下舉升滿載斗時(shí)的提升力矩往往接近最大值,此時(shí)油缸的作用力臂也接近于最大值,且。另一方面油缸的缸徑一般部按照系列選用,并且還要考慮與其它油缸通用等問(wèn)題,因此缸徑?jīng)]有很多選擇的余地。鑒于以上情況可以在預(yù)先確定油缸數(shù)目和缸徑的前提下初步選擇鉸點(diǎn)距離AC()。 (3-32)式中 M提升力矩,圖214,即各部分重量對(duì)C點(diǎn)的力矩和,其中包括動(dòng)臂重量、斗桿重量、斗和土壤的重量、連桿裝置重量以及油缸重量、等。初步設(shè)計(jì)時(shí)這些重量和重心位置可根據(jù)類比法確定;s油缸推力, s,其中、分別為動(dòng)臂油缸數(shù)目和缸徑;p是系統(tǒng)的工作壓力;油缸和鉸點(diǎn)的機(jī)械效率,在初步設(shè)計(jì)時(shí)可取=0.85。 將結(jié)果代人式(333),就能求得其余參數(shù)值。動(dòng)臂機(jī)構(gòu)還必須按以下兩種情況進(jìn)行校核; 1)動(dòng)筒在上部或下部極限位置時(shí)的舉升能力;2)主要挖掘范圍內(nèi)挖掘時(shí)動(dòng)臂油缸能提供的閉鎖能力(借助電算結(jié)合整機(jī)挖掘力分析進(jìn)行)。3.4.2斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定選擇斗桿油缸在動(dòng)臂和斗桿上的鉸點(diǎn)D和E并確定斗桿油題的長(zhǎng)度和。如圖36所示,假設(shè)斗桿油缸全縮和全伸時(shí)的長(zhǎng)度為和,則。=,對(duì)F點(diǎn)的相應(yīng)力臂為和。也取比例系數(shù)圖 3.5 確定提升機(jī)構(gòu)的示意圖圖 3.6 斗桿機(jī)構(gòu)計(jì)算示意圖;則初始與終了力臂比K為K= (3-33)或 最后得到 (3-34)式中和相應(yīng)為DF、FC的夾角和EF、FQ的夾角。若CF或FQ落在的外側(cè),則夾角為正,反之為負(fù)。因此在初步設(shè)計(jì)中如果根據(jù)動(dòng)臂和斗桿的結(jié)構(gòu)形式及鉸點(diǎn)的固定方式預(yù)先確定一個(gè)角,則可按公式求出第二個(gè)角,或者根據(jù)所求的值結(jié)合具體結(jié)構(gòu)情況分別確定各值。計(jì)算斗桿機(jī)構(gòu)時(shí)建議K值取0.91,以使開(kāi)始挖掘和挖掘終了時(shí)作用力臂大致相同。值仍建議取1.61.7。 同樣,由和可列出聯(lián)立方程 (3-35) (3-36)令,并將代人上式,解聯(lián)立方程后得到 (3-37) (3-38)下面介紹一種根據(jù)挖掘作功的理論確定斗桿油缸參數(shù)的方法。設(shè)斗桿油缸挖掘時(shí)需要克服的切向挖掘阻力為,那么 (3-39)式中 b切削寬度(厘米); h平均切削深度(厘米); 挖掘比阻力,取設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定的最硬土壤的挖掘比阻力值(公斤厘米)。假設(shè)鏟斗在行程L(厘米)中裝滿,那么在裝斗過(guò)程中消耗到挖掘土壤上的功為( (3-40)式中 q斗容量(); 、鏟斗的充滿系數(shù)和土壤的松散系數(shù)。顯然這個(gè)功由斗桿油缸來(lái)完成,而在此期間斗桿油缸所作的功為 (3-41)式中 S斗桿油缸推力,其中,是斗桿油缸數(shù)量和缸徑,是系統(tǒng)工作壓力; 油缸和鉸點(diǎn)的機(jī)械效率,在初步設(shè)計(jì)時(shí)建議取=0.85; 油缸挖掘行程。在正鏟上一般認(rèn)為鏟斗應(yīng)在斗桿油缸60的行程內(nèi)裝滿,則=其中是斗桿油缸全行程。因此從作功出發(fā)可列出平衡方程式= (3-42) = (3-43)確定斗桿油缸行程之后,不難求出其全縮和全伸時(shí)的長(zhǎng)度,即 (3-44) (3-45)將式(347)、(348)和(3-38)所得的結(jié)果代入就可求出等值。所選購(gòu)油缸及斗桿機(jī)構(gòu)的其它參數(shù)應(yīng)按油缸極限位置時(shí)能產(chǎn)生偽挖掘力進(jìn)行驗(yàn)算,此時(shí)斗桿油缸的挖掘力應(yīng)不低于斗桿挖掘時(shí)遇到的正常挖掘阻力。3.4.3鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)保證鏟斗有一定的挖掘能力,并具有必要的閉鎖能力。但正鏟上轉(zhuǎn)斗挖掘不是主要的挖掘方式,因此在參數(shù)選擇時(shí)提出以下幾點(diǎn)作為參考:(1)在主要挖掘土壤中工作時(shí),轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)保證鏟斗在70一100的轉(zhuǎn)斗行程內(nèi)挖滿土;(2)在最硬的土壤中工作時(shí),轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)保證在主要挖掘范圍內(nèi)用斗桿油缸挖掘時(shí)鏟斗油缸具有必要的閉鎖能力;(3)參考前端裝載機(jī)設(shè)計(jì)要求,建議在鏟斗油缸全伸時(shí)斗齒上的挖掘力不低于滿斗土重的兩倍。 根據(jù)以上幾點(diǎn),在初步設(shè)計(jì)時(shí)也可以用挖掘作功的理論來(lái)選擇鏟斗油缸參數(shù)。與斗桿機(jī)構(gòu)計(jì)算相類似,可直接列出鏟斗油缸的行程 (3-46)式中 鏟斗油缸挖掘行程與全行程的比率,取1,其中大值適用于低卸式鏟斗,小值適用于前卸式鏟斗; 挖掘比阻力,建議采用主要挖掘土壤的值; 鏟斗油缸數(shù)量及缸徑; 油缸和鉸點(diǎn)的效率。在具有連桿裝置的情況下取=0.80.85。仍取油僅全伸和全縮時(shí)長(zhǎng)度之比為1.7),則鏟斗油缸長(zhǎng)度為 (3-47) (3-48)油缸的鉸點(diǎn)位置、連桿裝置的結(jié)構(gòu)形式及其鉸點(diǎn)布置在初步設(shè)計(jì)時(shí)可參考樣機(jī)或采用類比法預(yù)先確定,再根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)角及其與FQ連線的相對(duì)位置進(jìn)行校核。 圖 3.7 鏟斗三維模型3.5液壓正鏟挖掘機(jī)三維模型本文中液壓正鏟挖掘機(jī)的三維模型是通過(guò)PRO/E三維建模設(shè)計(jì)出來(lái)的,里面主要包含四大部件機(jī)體,動(dòng)臂,斗桿和鏟斗。其中動(dòng)臂,斗桿和鏟斗是其挖掘的主體運(yùn)動(dòng)裝置,通過(guò)三維建模并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,就能很清楚了解到正鏟挖掘機(jī)的工作原理和工作方式,如圖3.83.9:圖3.8圖3.9液壓正鏟挖掘機(jī)三維模型4 結(jié) 論 工作裝置是液壓正鏟挖掘機(jī)的重要工作部件,其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響到挖掘機(jī)的工作性能,所以對(duì)工作裝置的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化有著重要的意義。本文以大型液壓正鏟挖掘機(jī)的工作裝置為研究對(duì)象,初步設(shè)計(jì)工作裝置的相關(guān)幾何參數(shù)和力能參數(shù),并將其應(yīng)用到液壓正鏟 5挖掘機(jī)工作裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)中,主要結(jié)論如下: (1)分析液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置的組成及工作特點(diǎn),確定了工作裝置的結(jié)構(gòu)方案為挖掘裝載裝置。(2)建立了工作裝置挖掘位置模型,并根據(jù)開(kāi)采工藝參數(shù)、初始參數(shù)及邊界條件等,采用回歸方程法和原理設(shè)計(jì)法,確定出合理的動(dòng)臂、斗桿及鏟斗機(jī)構(gòu)的相關(guān)幾何參數(shù)和力能參數(shù)。 (3)當(dāng)鏟斗油缸挖掘時(shí),鏟斗油缸挖掘力的變化規(guī)律更加符合挖掘阻力的變化規(guī)律。即鏟斗相對(duì)于斗桿轉(zhuǎn)角時(shí),物料切向挖掘阻力值達(dá)到最大。 參 考 文 獻(xiàn)1王新中.國(guó)內(nèi)外礦用挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩rJ.礦山機(jī)械,2004(9):52-53 2礦用挖掘機(jī)發(fā)展方向J.中國(guó)礦業(yè)報(bào),2002,16(7):255 3張宏,趙光.從慕尼黑 bauma 展看當(dāng)今挖掘機(jī)技術(shù)發(fā)展J,建筑機(jī)械化,2007,6:8-10 4張潤(rùn)利,劉伯穎.工程機(jī)械專利信息之小型挖掘機(jī)篇J,工程機(jī)械,2006(4):21-26 5方良周.MX80 液壓挖掘機(jī)工作裝置的仿真與鏟斗機(jī)構(gòu)的優(yōu)化D.沈陽(yáng):東北大學(xué),1996 6同濟(jì)大學(xué)等.單斗液壓挖掘機(jī)(第二版)M.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1986,12:50-114 7趙培訓(xùn).單半液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析參數(shù)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的研究D.西安:西安公路交通大學(xué),1998 8范進(jìn)楨,孟憲慧等.挖掘機(jī)挖掘作業(yè)工程的動(dòng)力學(xué)研究J.礦山機(jī)械,2005,09:3941 9史清錄,林慕義,康健.挖掘機(jī)的最不穩(wěn)定姿態(tài)研究.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)J,2004(9): 3235 10張石強(qiáng).正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用分析方法研究D.重慶:重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006,10 11馮培恩,陳文平,潘雙夏.復(fù)雜機(jī)械CAD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)策略及應(yīng)用實(shí)例J.機(jī)械工程.1989 (4): 6-9 12潘雙夏,馮培恩,郭建瑞,全永新.液壓挖掘機(jī)智能CAD策略研究.機(jī)械工程J, 1991(10):19-22 13曹善華.單斗挖掘機(jī)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988:1-102 14唐銀啟主編.工程機(jī)械液壓與液力技術(shù)M.北京:人民交通出版社,2003,5:85-86 15(日)村岡虎雄著,李宗國(guó)譯.油缸M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1974,9:69-72 16趙應(yīng)樾.常用液壓缸與其修理M.上海:上海交通大學(xué)出版社,1996,2:12-15 17Serwach Andrzej; Frydlinski Stefan;Jabikowski, etc. Parametric Optimization of the Hydraulic System of the Excavator J. Staub-Reinhaltung der Luft, 1974,(30):26-31 19BRACH I.Hydraulic excavator systematic study of jib/lift cylinder connections.Foerdern Heben.1971, 21(5):56-60 20Ward Peter, Wakeling Andrew;Weeks Richard,etc.Design Of An Excavator Arm Using Optimization Techniques J.SAE Technical Paper Series, 1987,(5):64-67 致 謝本文的研究工作是在我的導(dǎo)師邢普老師的精心指導(dǎo)下完成的,從論文的選題,材料的收集,直到論文的多次修改,最后定稿,都傾注了導(dǎo)師的大量心血。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無(wú)不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和關(guān)心。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上,我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí),也學(xué)到了做人的道理,在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。對(duì)導(dǎo)師的熱心輔導(dǎo)和幫助,在此表示重心的感謝! 同時(shí),衷心感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授! 36
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