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DWY25多功能全液壓挖掘機(jī) 課題來(lái)源 成都神鋼公司指導(dǎo)教師 趙偉民教授答辯人 廖剛2009 6 1概述 近幾年來(lái) 國(guó)家加大了對(duì)交通方面的投資力度 尤其是在金融危機(jī)下 我國(guó)政府采取擴(kuò)大內(nèi)需宏觀經(jīng)濟(jì)政策 以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的形勢(shì) 在拉動(dòng)內(nèi)需的措施中加強(qiáng)了對(duì)鐵路 高速公路 城鄉(xiāng)道路的建設(shè) 這就為工程機(jī)械的的發(fā)展 提供前所未有的機(jī)遇 而作為交通運(yùn)輸 能源開(kāi)發(fā)以及城鎮(zhèn)建設(shè)等各項(xiàng)工程建設(shè)的挖掘機(jī)就顯示出他的巨大作用 因此 重視和加速挖掘機(jī)改進(jìn)創(chuàng)新 穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量 對(duì)加速現(xiàn)代化工程建設(shè)有著重大的意義 國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)的發(fā)展情況 挖掘機(jī)在國(guó)外早已形成系列 技術(shù)比較成熟 生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的卡特彼勒公司 O K newholland公司 德國(guó)的利勃海爾公司 而我國(guó)國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)總的來(lái)說(shuō)是機(jī)型和規(guī)格少 數(shù)量少 斗容量小 技術(shù)性能較低 可靠性和質(zhì)量總的來(lái)說(shuō)不如國(guó)外 品種 規(guī)格上滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要 國(guó)內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)吊管機(jī)起步較晚 而且噸位都很小 生產(chǎn)的機(jī)械質(zhì)量 性能 吊重等還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足管道建設(shè)需要 在設(shè)計(jì)和制造上的差距很難與國(guó)外廠家形成競(jìng)爭(zhēng) 圖1 1履帶式挖掘機(jī) 圖1 2輪胎式挖掘機(jī) 圖1 3浮式挖掘機(jī) 圖1 4汽車式挖掘機(jī) 圖1 5軌道式挖掘機(jī) 圖1 6步履式挖掘機(jī) 2 DWY25挖掘機(jī)方案及原理 2 1挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)DWY25多功能全液壓挖掘機(jī)主要由履帶底盤 鏟斗 組合式動(dòng)臂 斗桿組成 DWY25挖掘機(jī)整機(jī)建模如圖2 1所示 挖掘機(jī)模型圖 2 2DWY25多功能挖掘機(jī)的工作原理 1 變幅運(yùn)動(dòng)通過(guò)各個(gè)液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)變幅動(dòng)作 2 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)履帶地盤采用全回轉(zhuǎn)底盤 上車和下車通過(guò)中心回轉(zhuǎn)支承連接 使得上車能實(shí)現(xiàn)360 回轉(zhuǎn) 可以方便快速改變工作方向 3 工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與校核 3 1反鏟裝置運(yùn)動(dòng)分析采用solidworks軟件對(duì)液壓挖掘機(jī)的順序工作方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 在各個(gè)液壓缸添加驅(qū)動(dòng)函數(shù) 這里采用階躍函數(shù) 具體設(shè)置如下 主動(dòng)臂液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù) step time 9 0 15 700 step time 32 0 41 5 1250 step time 51 5 0 57 5 550 斗桿液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù) step time 0 0 6 850 step time 15 0 27 1000 step time 39 0 41 5 70 step time 44 5 0 51 5 930 鏟斗液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù) step time 6 0 9 600 step time 27 0 32 600 step time 41 5 0 44 5 600 副動(dòng)臂液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù) step time 13 0 15 100 step time 32 0 41 5 200 step time 51 5 0 57 5 100 從而得出挖掘機(jī)的包絡(luò)曲線 圖3 1 圖3 1挖掘機(jī)包絡(luò)曲線圖 最大挖掘半徑7510mm最大挖掘深度4702mm最大挖掘高度7242mm最大卸載高度3495mm 3 2反鏟裝置的動(dòng)力學(xué)分析 挖掘機(jī)在挖掘機(jī)過(guò)程中作用在鏟斗刃口上的挖掘阻力有物料的重力G 其方向始終垂直向下 位置在鏟斗斗齒上 切向挖掘阻力W1與法向挖掘阻力的方向相互垂直 并定義在鏟斗中齒上 其中切向挖掘阻力的方向始終沿鏟斗軌跡的切線指向鏟斗斗齒 法向挖掘阻力W2始終垂直于鏟斗軌跡的切線指向鏟斗斗齒 它們的方向相對(duì)于地面是隨著鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)而不斷的變化 但相對(duì)于鏟斗是不變的 以挖掘機(jī)復(fù)合動(dòng)作方式的作業(yè)循環(huán)時(shí)間為依據(jù) 用系統(tǒng)提供的STEP函數(shù)設(shè)定挖掘機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中的各個(gè)液壓缸的驅(qū)動(dòng)函數(shù)及受力函數(shù)具體設(shè)置如下 液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)同3 1 切向挖掘阻力函數(shù) step time 9 0 32 22000 step time 32 0 59 22000 法向挖掘阻力函數(shù) step time 9 0 32 9240 step time 32 0 59 92400 重力函數(shù) step time 9 0 32 5000 step time 32 0 41 5 0 step time 41 5 0 44 5 5000 從而測(cè)出各個(gè)液壓缸的受力情況 圖3 2到3 5所示 圖3 2主動(dòng)臂油缸反作用曲線圖 圖3 3副動(dòng)臂油缸反作用曲線圖 圖3 4斗桿油缸反作用力曲線 圖3 5鏟斗油缸反作用力曲線圖 3 3反鏟裝置的有限元分析3 3 1鏟斗的設(shè)計(jì)校核鏟斗在挖掘過(guò)程中受到土壤的阻力 其阻力分為切向挖掘阻力和法向挖掘阻力 因?yàn)樵撶P斗所要涉及的工礦大多為 級(jí)土壤 計(jì)算的切向分力W1 K0bh 22000N W2 0 42W1 在solidworks中的載荷和網(wǎng)格約束 如圖3 6 圖3 6鏟斗載荷和網(wǎng)格劃分 a 應(yīng)力圖 b 位移圖 圖3 7鏟斗分析結(jié)果 鏟斗材料為Q235 由結(jié)果可知鏟斗的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求 3 3 2斗桿的設(shè)計(jì)校核計(jì)算位置1的條件為 1 動(dòng)臂位于最低 動(dòng)臂液壓缸全縮 2 斗桿液壓缸作用力臂最大 斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角為90度 3 斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上 4 側(cè)齒遇障礙作用有側(cè)向力 計(jì)算位置2的條件為 1 動(dòng)臂位于動(dòng)臂液壓缸對(duì)鉸點(diǎn)有最大作用力臂處 2 斗桿液壓缸作用力臂最大 3 鏟斗位于發(fā)揮最大挖掘力位置 4 正常挖掘 即挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗 無(wú)側(cè)向力作用 a 斗桿計(jì)算位置1應(yīng)力圖 b 斗桿計(jì)算位置2應(yīng)力圖 材料為Q235 由應(yīng)力結(jié)果分布可以看出斗桿設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求 圖3 8斗桿結(jié)果分析 3 3 3組合式動(dòng)臂的有限元分析計(jì)算位置1其應(yīng)滿足以下條件 1 動(dòng)臂油缸全縮 2 斗齒尖 鏟斗與斗桿鉸點(diǎn) 斗桿與副動(dòng)臂鉸點(diǎn)在同一條直線 3 鏟斗挖掘時(shí) 斗齒邊遇到障礙 該工況也就是最大挖掘深度工況 計(jì)算位置2其滿足以下條件 1 動(dòng)臂油缸的作用力臂最大 2 斗桿的作用力臂最大 3 鏟斗進(jìn)行正常挖掘 鏟斗位于最大挖掘力位置 a 副動(dòng)臂網(wǎng)格劃分和載荷 b 副動(dòng)臂計(jì)算位置1應(yīng)力圖 c 副動(dòng)臂計(jì)算位置2應(yīng)力圖 圖3 9副動(dòng)臂分析結(jié)果 副動(dòng)臂材料為Q345 由應(yīng)力結(jié)果知副動(dòng)臂設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求 圖3 10主動(dòng)臂網(wǎng)格劃分 a 主動(dòng)臂計(jì)算位置1應(yīng)力圖 b 主動(dòng)臂計(jì)算位置2應(yīng)力圖 圖3 11主動(dòng)臂分析結(jié)果 主動(dòng)臂材料為HQ60 由結(jié)果可知主動(dòng)臂設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求 第4章穩(wěn)定性分析 4 1穩(wěn)定性分析挖掘機(jī)的穩(wěn)定性是指在最不利的傾覆線上的穩(wěn)定力矩之和大于或等于傾覆力矩之和 一般用穩(wěn)定性系數(shù)K 1 0 1 25 來(lái)表示起重機(jī)的穩(wěn)定性 a 挖掘失穩(wěn)狀態(tài)1b 挖掘失穩(wěn)狀態(tài)2 c 挖掘失穩(wěn)狀態(tài)3 圖4 1挖掘機(jī)失穩(wěn)狀態(tài)圖 根據(jù)挖掘機(jī)的三種極限工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算 結(jié)果都能使得K 1 符合挖掘機(jī)的穩(wěn)定性要求 第5章液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 限壓回路整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)限壓回路用來(lái)限制系統(tǒng)的壓力 使系統(tǒng)壓力不超過(guò)調(diào)定的值 用溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)限壓 2 卸荷回路卸荷回路采用換向閥中位卸荷 3 回轉(zhuǎn)回路在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回路上設(shè)有緩沖閥 利用緩沖閥使液壓馬達(dá)高壓腔的油液超過(guò)一定壓力時(shí)獲得出路 4 節(jié)流調(diào)速和背壓回路在液壓缸的回油路上裝以單向節(jié)流閥 形成節(jié)流限速回路 為了防止動(dòng)臂因自重降落速度太快而發(fā)生危險(xiǎn) 其大腔回油路上裝以單向節(jié)流閥 使動(dòng)臂下降速度受節(jié)流控制 在各個(gè)液壓缸的進(jìn)油和回油路上裝以背壓閥 實(shí)現(xiàn)各個(gè)液壓缸的安全工作 5 行走限壓回路利用節(jié)流閥調(diào)節(jié)馬達(dá)回油速度 防止挖掘機(jī)超速溜坡 圖5 1液壓原理圖 展望 1 運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì) 有限元分析等手段對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 2 對(duì)模型進(jìn)行試驗(yàn)研究 3 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)及其建模工作 謝謝 敬請(qǐng)各位老師多提寶貴意見(jiàn)