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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?。籋ydraulic system??；Innovation 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
結(jié)論………………………………………………………………………………………………21
致謝………………………………………………………………………………………………22
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………23
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(mén)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?？紤]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(chē)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(shū)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,?。?.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?。?.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，而取＝1.6～1.7，＝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，?。?.75m；
—鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般?。?0°～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，?。?40°；
—?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，專用反鏟可取＜0.8；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)?。?0°。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
?。健 ∈剑?-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(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)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。或采用矩陣方法即根據(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(chē)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(huà)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(huà)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(xiě)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
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