DWY25多功能全液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)【石油】【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1章 概述 . 3 . 3 點(diǎn) . 6 . 9 章小結(jié) . 10 第 2章 挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 11 方案的確定 . 11 . 11 變幅機(jī)構(gòu)分類 . 12 . 13 . 13 鏟裝置的工作特點(diǎn) . 13 . 14 . 15 第 3章 挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)分析與有限元分析 . 16 . 16 . 16 . 18 壓挖掘機(jī)的理論挖掘阻力 . 18 . 18 . 20 斗的受力分析 . 20 . 22 . 25 . 27 . 29 第 4章 整機(jī)穩(wěn)定性分析 . 30 定性及計(jì)算方法 . 30 定性 . 30 . 30 . 32 . 33 第 5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 34 . 34 . 34 . 35 . 35 . 35 . 35 . 36 要液壓元件的選型設(shè)計(jì) . 36 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的選型設(shè)計(jì) . 36 作機(jī)構(gòu)液壓缸的選型設(shè)計(jì) . 36 . 36 . 37 結(jié) 論 . 38 參考文獻(xiàn) . 39 致謝 . 40 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 第 1 章 概述 言 液壓挖掘機(jī)是交通運(yùn)輸、能源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設(shè)等各項(xiàng)工程建設(shè)的重要施工裝備，它的使用也反映了這些部門的施工機(jī)械化水平。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，滿足用戶需求，對(duì)加速現(xiàn)代化工程建設(shè)有著重大的意義。 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置是完成液壓挖掘機(jī)各項(xiàng)功能的主要部分，其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響到液壓挖掘機(jī)的工作性能和可靠性。本文根據(jù)液壓挖掘機(jī)反鏟裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，通過(guò)類比各種型號(hào)挖掘機(jī)和其他工程車輛，將挖掘機(jī)的動(dòng)臂設(shè)計(jì)為組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，大大擴(kuò)大了挖掘范圍，增加了機(jī)械工作效率。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 內(nèi)外液壓挖掘機(jī)現(xiàn)狀、特點(diǎn) 近十年來(lái)，液壓挖掘機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)是圍繞提高可靠性和效率、降低成本為核心，繼續(xù)向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展；并著眼于 動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能。由于微電子技術(shù)的應(yīng)用，使其自動(dòng)化、機(jī)電一體化和智能化的進(jìn)程加快。為適應(yīng)應(yīng)用范圍和使用條件的不斷擴(kuò)大，標(biāo)準(zhǔn)化、組件化成為必要的條件，另外動(dòng)力也不僅限于柴油機(jī)，也可以電力為動(dòng)力。以全壽命理論為導(dǎo)向，延長(zhǎng)維修周期、加快維修進(jìn)度和降低維修費(fèi)用；以人機(jī)工程學(xué)為基礎(chǔ)，更好地設(shè)計(jì)和裝備駕駛室，提高機(jī)械作業(yè)性能，降低振動(dòng)和噪聲，消除公害，是這液壓挖掘機(jī)得以成功發(fā)展的關(guān)鍵。最近幾年，各地對(duì)液壓挖掘機(jī)的需求量日益增加，液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是不可回避的事實(shí)。其主要特點(diǎn)是： （ 1）結(jié)構(gòu) 緊湊、機(jī)動(dòng)靈活、零部件少、成本低、工作重量輕、生產(chǎn)能力高、挖掘高度高；下挖準(zhǔn)確，具有良好的選采性能；功能多樣，完成挖掘作業(yè)后可以迅速轉(zhuǎn)化為輔助作業(yè)，如可自行清理場(chǎng)地，保持工地平整等。 （ 2）中小型液壓挖掘機(jī)通用性強(qiáng)，既可以進(jìn)行強(qiáng)力挖掘作業(yè)，也可以完成地表平整等輕巧作業(yè)，近年來(lái)還發(fā)展到裝有碎石器，進(jìn)行建筑物拆除和大塊礦巖破碎等作業(yè)；用途廣泛，依靠人機(jī)系統(tǒng)操縱和控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率最大限度地靈活運(yùn)用，從而發(fā)揮機(jī)器的強(qiáng)大挖掘力，快速作業(yè)，且操作輕巧。 （ 3）產(chǎn)品規(guī)格以中小型為主，逐漸向微型化發(fā)展，同時(shí)兼顧發(fā)展大斗容 、大買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 功率液壓挖掘機(jī)。例如在日本，由于缺乏勞動(dòng)力，為降低施工成本而大力發(fā)展微型液壓挖掘機(jī)，它們可在環(huán)境狹窄、惡劣施工條件下代替人工勞動(dòng)。隨著礦山開采的大型化，在歐洲發(fā)展了一批大型液壓挖掘機(jī)。德馬克公司 6251 的 、O&K 公司 5201 的 、利勃海爾公司 5301 的 和日本神戶公司 4201的 等液壓挖掘機(jī)均可以與礦用載重汽車配套。 （ 4）應(yīng)用微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和智能化。以液壓挖掘機(jī)為主體，傳感檢測(cè)、信息處理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和接口等部分組合在一起，用微機(jī)和檢測(cè)裝置進(jìn)行記錄、 優(yōu)選和顯示挖掘機(jī)系統(tǒng)重要參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率分配，節(jié)省燃料、減少磨損、提高效率和可靠性。液壓挖掘機(jī)智能化的最終結(jié)果是機(jī)器人化，甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)人操縱或遙控，以便在人們無(wú)法接近的危險(xiǎn)條件下作業(yè)。目前國(guó)外各制造公司競(jìng)相研制智能化的液壓挖掘機(jī)，可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 1。 （ 5）改善司機(jī)工作環(huán)境，不斷提高操作舒適性。設(shè)有全封閉防噪聲、隔灰塵的駕駛室，與車架的連接采用抗振橡膠墊塊，提高耐振性和舒適性，使工作噪聲降到 80下。室內(nèi)色彩協(xié)調(diào)、溫度適宜、視野開闊、彈性座椅可調(diào)、自動(dòng)化操作省力。裝有可靠的駕駛室翻轉(zhuǎn)支 撐機(jī)構(gòu)，給維修帶來(lái)極大的方便并大大提高安全性能。 早在 1958 年我國(guó)便開始了液壓挖掘機(jī)的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品，如 。當(dāng)時(shí)由于受配件如發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓件及企業(yè)自身?xiàng)l件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。自改革開放以來(lái)，國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的重要階段。出現(xiàn)了一批實(shí)力比較雄厚的生產(chǎn)企業(yè)如中國(guó)一拖、柳州工程機(jī)械廠、黃河工程機(jī)械廠、廣西玉柴股份有限公司等。它們生產(chǎn)的部分產(chǎn)品已出口，打破了多年來(lái)主要由少數(shù)幾家國(guó)外挖 掘機(jī)制造企業(yè)壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的局面，使國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量和質(zhì)量都上了一個(gè)新臺(tái)階。 90 年代以來(lái)，隨著迅速發(fā)展的微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等新技術(shù)日益滲透到液壓挖掘機(jī)技術(shù)中，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的液壓挖掘機(jī)技術(shù)水平得以迅速提高，使一度與國(guó)外技術(shù)水平縮小的國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)再次與國(guó)外液壓挖掘機(jī)差距拉大了。因此，國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)大部分被國(guó)外產(chǎn)品所占據(jù)的局面長(zhǎng)期得不到改善。 隨著我國(guó)改革開放的進(jìn)一步深入，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施投資的規(guī)模日益擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)用戶對(duì)高質(zhì)量、高水平、高效率的液壓挖掘機(jī)的需求愈來(lái)愈迫切 。尤其是在城市建設(shè)中，對(duì)于中小型液壓挖掘機(jī)的需求與日俱增。 對(duì)美國(guó)、日本和德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家工程機(jī)械的發(fā)展研究表明，他們?cè)谏鲜黾夹g(shù)方面都有不同程度的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)和液壓挖掘機(jī)相結(jié)合的機(jī)電一體化技術(shù)更是發(fā)展迅速，促進(jìn)了液壓挖掘機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展。 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。在買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 中國(guó)城市建設(shè)飛速發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)于中小型挖掘機(jī)的外形尺寸，以及行走機(jī)構(gòu)都有一定的限制。所以現(xiàn)在面臨的問(wèn)題就是開發(fā)研究新型 液壓挖掘機(jī)。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 壓挖掘機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 液壓挖掘機(jī)問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷了探索、發(fā)展和提高等階段，目前，不少國(guó)家液壓挖掘機(jī)的使用在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、水力、礦山、市政工程等土石方施工中已越來(lái)越占有重要的位置 ;也是交通運(yùn)輸、能源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)以及國(guó)防施工等各項(xiàng)工程建設(shè)的重要施工裝備，是各國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可替代的裝備。液壓挖掘機(jī)的使用反映了這些國(guó)家的施工機(jī)械化水平。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，滿足用戶需求，已成為生產(chǎn)和研制部門的重大課題 2。 （ 1）整機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 液壓挖掘機(jī)的整機(jī)發(fā)展，趨向 于大型化、微型化、多能化和專用化。大型礦用全液壓挖掘機(jī)在短短幾年內(nèi)已由 100 噸級(jí)發(fā)展到 420 噸級(jí)，功率提高到 2352 馬力，斗容達(dá) 30 立方米，目前發(fā)展仍是方興未艾。大型機(jī)的特征是動(dòng)力源采用兩臺(tái)或多臺(tái)柴油機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，采用了節(jié)省能源、回收功率和積蓄能等功率有效利用的措施。結(jié)合城市建設(shè)和農(nóng)村建筑的需要，國(guó)外發(fā)展了微型挖掘機(jī)，方米以下，最小的達(dá) 方米。微型機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便靈活，零部件盡量提高標(biāo)準(zhǔn)化程度。數(shù)量最龐大的中型機(jī)和小型機(jī)趨于一機(jī)多能的途徑，有的國(guó)家統(tǒng)計(jì)，非建筑用的中、小型 機(jī)已占 30%左右，主要是在冶金工業(yè)和林業(yè)中作物料裝卸和其他用途。中型機(jī)和小型機(jī)的特點(diǎn)是發(fā)展多種專業(yè)裝置進(jìn)行不同的作業(yè) (也有通過(guò)液壓接頭，帶動(dòng)裝在工作裝置旁的油馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)另一輸送設(shè)備 )，不斷提高性能，貫徹三化和提高單位機(jī)重的功率等。發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，可以提高工作效率，解決特殊施工困難，例如，目前發(fā)展有步履式、履帶低比壓式、低噪音、水下專用、水陸兩用等品種。配合水下資源的開發(fā)，對(duì)水下專用挖掘機(jī)更較重視，開展了無(wú)線電遙控、電液遙控和同步顯示控制技術(shù)在水下挖掘機(jī)中應(yīng)用的研究。 （ 2）工作裝置的發(fā)展趨勢(shì) 工作 裝置的型式進(jìn)一步擴(kuò)大，除了常用的正鏟、反鏟以外，發(fā)展了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊工具、集裝叉、高空作業(yè)架、絞盤與拉鏟等幾十種品種。工作裝置的更換快速而簡(jiǎn)便，甚至在司機(jī)室內(nèi)按動(dòng)電鈕，幾秒鐘即可換好，并且通過(guò)挖掘過(guò)程的研究，來(lái)控制工作裝置的挖掘軌跡。目前正在研究連桿式、仿形式、套筒伸縮式、斗桿追隨式和具有運(yùn)算輸入裝置的軌跡控制裝置。 （ 3）控制技術(shù)的發(fā)展 將飛速發(fā)展的電子技術(shù)運(yùn)用于控制領(lǐng)域，通過(guò)可編程控制元件、總線控制技術(shù)的成功運(yùn)用、大幅度減化控制系統(tǒng) 、提高操縱控制性能和安全性能，使大型挖掘機(jī)的操縱變得越來(lái)越容易、越來(lái)越靈敏，更具人性化。各種帶有總線接口的發(fā)買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓閥、油泵、馬達(dá)等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，成為挖掘機(jī)發(fā)展的重要支撐 。 （ 4）智能化 隨著挖掘機(jī)噸位的增大，智能化顯得越來(lái)越重要，主要是指故障自診斷和自動(dòng)安全保護(hù)功能的不斷擴(kuò)展和提升。由于可編程控制技術(shù)的逐漸成熟，這類功能的實(shí)現(xiàn)顯得越來(lái)越容易，也必將成為挖掘機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)。 章小結(jié) 本章主要介紹了挖掘機(jī)在交通運(yùn)輸、能源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設(shè)等各項(xiàng)工程建設(shè)中起到越來(lái)越大的作用，隨 著國(guó)家對(duì)道路建設(shè)的需求迅速增長(zhǎng)，挖掘機(jī)的應(yīng)用巨大市場(chǎng)，以及國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)的發(fā)展情況及目前的發(fā)展趨勢(shì)，為本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)提供了行業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 第 2 章 挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 壓挖掘機(jī)方案的確定 多功能全液壓挖掘機(jī) 適用于 房屋建筑 、 道路工程 、 水利建設(shè)、農(nóng)田開發(fā)、港口建設(shè)、國(guó)防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)、保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起到巨大作用。根據(jù)行走裝置結(jié)構(gòu)、動(dòng)臂和斗桿的不同形式大致可以劃分成以下兩種類型。 底盤結(jié)構(gòu)分類 按底盤結(jié)構(gòu)方式可分為履帶式、輪胎式、 汽車式、步履式、軌道式、拖式、浮式等液壓挖掘機(jī)，如圖 2示。 a) 履帶式液壓挖掘機(jī) b) 輪胎式液壓挖掘機(jī) C）浮式挖掘機(jī) d）汽車式挖掘機(jī) 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 e）軌道式挖掘機(jī) f）步履式挖掘機(jī) 圖 2底盤結(jié)構(gòu)分類 履帶式液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是 履帶式重心低，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)也可以移動(dòng) ，驅(qū)動(dòng)力大，接地比壓小，越野性能好，穩(wěn) 定性好，爬坡能力大，轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。缺點(diǎn)是履帶式的行走制造成本高，運(yùn)行速度低，功率消耗大，零件磨損快，長(zhǎng)距離運(yùn)行時(shí)要用運(yùn)輸車輛。 輪胎式液壓挖掘機(jī)運(yùn)行速度快，機(jī)動(dòng)性好，不損壞路面，但是接地比壓大，爬坡能力小，作業(yè)時(shí)需要用專門支腿，穩(wěn)定性和安全性稍差。 輪胎式液壓挖掘機(jī)運(yùn)行速度快，機(jī)動(dòng)性好，不損壞路面，但是接地比壓大，爬坡能力小，作業(yè)時(shí)需要用專門支腿，穩(wěn)定性和安全性稍差。 汽車式挖掘機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高。汽車式挖掘機(jī)突出的缺點(diǎn)是汽車前方為挖掘作業(yè)盲區(qū)，影響挖掘性能的發(fā)揮。 步履式、軌道式、浮式挖掘機(jī)適 用于特殊工作，實(shí)用性不夠廣泛。 變幅機(jī)構(gòu)分類 變幅機(jī)構(gòu)可分為整體式和組合式，其中組合式包括伸縮式和非伸縮式結(jié)構(gòu)。如圖 2示。 a) 整體式動(dòng)臂 +整體式斗桿結(jié)構(gòu) b) 組合式動(dòng)臂 +整體式斗桿結(jié)構(gòu) 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 c) 整體式動(dòng)臂 +伸縮式斗桿結(jié)構(gòu) 圖 2變幅機(jī)構(gòu)分類 整體式結(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，一般適用于作業(yè)條件相似的反鏟裝置。 組合式結(jié)構(gòu)的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；能夠較合理地滿足各類作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單的解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問(wèn)題，下動(dòng)臂一般可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換；裝車運(yùn)輸也比較方便。 定設(shè)計(jì)方案 根據(jù)不同類型底盤和動(dòng)臂斗桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)確定本次設(shè)計(jì)方案為：底盤選用履帶式，采用組合式動(dòng)臂和整體式斗桿變幅機(jī)構(gòu)的反鏟裝置。主動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)主動(dòng)臂缸的伸縮，使主動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，副動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在主動(dòng)臂上，通過(guò)副動(dòng)臂缸的伸縮，使副動(dòng)臂連同斗桿繞主動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞副 動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。底盤采用利勃海爾 構(gòu)，回轉(zhuǎn)支撐采用內(nèi)齒式回轉(zhuǎn)支撐，發(fā)動(dòng)機(jī)用 采用全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的高速方案， 此類型挖掘機(jī)操作輕便靈活、安全可靠，能滿足挖掘、挖溝等作業(yè)施工要求。 幅機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則 鏟裝置的工作特點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)的反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下土壤（基坑、溝壕等）。其挖掘軌跡決定于各油缸的運(yùn)動(dòng)及其相互配合情況。通常情況下，分為動(dòng)臂挖掘、斗桿挖掘、轉(zhuǎn)斗挖掘等幾種情況 3。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 （ 1）動(dòng)臂挖掘：當(dāng)采用動(dòng)臂油缸工作來(lái)進(jìn)行挖掘時(shí)（斗桿和鏟斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半徑和最長(zhǎng)的挖掘行程。此時(shí)鏟斗的挖掘軌跡系以動(dòng)臂下鉸點(diǎn)為中心，斗齒至該鉸點(diǎn)的距離為半徑所作的圓弧線。其極限挖掘高度和挖掘深度（不是最大挖掘深度）即圓弧線之起終點(diǎn)，分別決定于動(dòng)臂的最大上傾角和下傾角 (動(dòng)臂與水平線之夾角 )，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)而且由于穩(wěn)定條件限制挖掘力的發(fā)揮，實(shí)際工作中基本上不采用。 （ 2）斗桿挖掘：當(dāng)僅以斗桿油缸工作進(jìn)行挖掘時(shí)，鏟斗的挖掘軌跡為圓弧線，弧線的長(zhǎng)度與包角決定于斗 桿油缸的行程。當(dāng)動(dòng)臂位于最大下傾角，并以斗桿油缸進(jìn)行挖掘工作時(shí)，可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時(shí)，能夠保證裝滿鏟斗，故挖掘機(jī)實(shí)際工作中常以斗桿油缸工作進(jìn)行挖掘。 （ 3）轉(zhuǎn)斗挖掘：當(dāng)僅以鏟斗油缸工作進(jìn)行挖掘時(shí)，鏟斗的挖掘軌跡也為圓弧線，弧線的包角及弧長(zhǎng)決定于鏟斗油缸的行程。顯然，以鏟斗油缸上作進(jìn)行挖掘時(shí)的挖掘行程較短，如使鏟斗在挖掘行程結(jié)束時(shí)裝滿土壤，需要有較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤。所以一般挖掘機(jī)的斗齒最大挖掘力都在采用鏟斗油缸工作時(shí)實(shí)現(xiàn)。采用鏟斗油 缸挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率。因此，在一般土方工程挖掘中，轉(zhuǎn)斗挖掘較常采用。 在實(shí)際挖掘工作中，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壁時(shí)，則需采用動(dòng)臂與斗桿兩種油缸的同時(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)程需要改變鏟斗切削角等情況下，則要求采用斗桿與鏟斗油缸同時(shí)工作。雖然此時(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。顯然，這種動(dòng)作能夠?qū)崿F(xiàn)還決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 當(dāng)反鏟裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸已 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），即可用 動(dòng)分析求得挖掘機(jī)挖掘軌跡的包絡(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。對(duì)于反鏟裝置主要的工作尺寸為最大挖掘深度、最大卸載高度和最大挖掘半徑。包絡(luò)圖中有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機(jī)停機(jī)點(diǎn)底下，這一范圍的土壤雖可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影響機(jī)械的穩(wěn)定和安全上作，除有條件的挖溝作業(yè)外一般不使用。挖掘機(jī)反鏟裝置的最大的挖掘力決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸，以及各油缸間作用力之影響（斗桿、動(dòng)臂油 缸的閉鎖壓力及力臂）外，還決定于整機(jī)的穩(wěn)定和地面附著情況。因此反鏟裝置不可能在任何位置都能發(fā)揮最大挖掘力 4。 鏟裝置的設(shè)計(jì)原則 （ 1）主要工作尺寸及作業(yè)范圍的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮與同類型相比時(shí)的先買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 進(jìn)性，性能與主參數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定。 （ 2）滿足整機(jī)挖掘力大小及分布情況的要求。 （ 3）功率利用情況好，理論工作循環(huán)時(shí)間短。 （ 4）確定各個(gè)鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證剛度和強(qiáng)度的前提下，重量越輕越好。 （ 5）應(yīng)考慮到通用性和穩(wěn)定性。 （ 6）運(yùn)輸或停放時(shí)應(yīng)有合理的姿態(tài)。 （ 7）液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化，采用系列參數(shù)。 （ 8）作裝置應(yīng)安全可靠，拆裝方便。 （ 9）滿足特殊使用要求。 章小結(jié) 本章主要介紹了各種挖掘機(jī)，通過(guò)對(duì)比最終確定了挖掘機(jī)的方案，借鑒其他挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)來(lái)確定要設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式，變幅機(jī)構(gòu)采用油缸變幅，其次介紹了挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 第 3 章 挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)分析與有限元分析 挖掘機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)中，最困難的工作就是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)軌跡校核，目前多采用軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組進(jìn)行求解，但對(duì)于 運(yùn)動(dòng)部件多于三個(gè)的機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)起來(lái)就要麻煩得多，并且設(shè)計(jì)工作不直觀，設(shè)計(jì)結(jié)果也不盡人意。而美國(guó) 司開發(fā)的基于 作系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)軟件 能充分解決上述問(wèn)題，該軟件是集設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)軌跡校核及有限元分析于一體的強(qiáng)大應(yīng)用軟件，其建模速度快，直觀，并能充分顯示出各部件運(yùn)動(dòng)中相互之間的協(xié)調(diào)關(guān)系 5。 掘機(jī)反鏟裝置的運(yùn)動(dòng)分析 本章僅對(duì)工作裝置進(jìn)行仿真分析，因此，在 建立液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維實(shí)體模型（如圖 3示），按照是否存在相對(duì) 運(yùn)動(dòng) (暫時(shí)不考慮行走運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)裝置 )將挖掘機(jī)劃分為：動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、鏟斗搖桿、鏟斗連桿、主動(dòng)臂液壓缸、副動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、左履帶、右履帶。 圖 3掘機(jī)模型圖 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 液壓挖掘機(jī)的基本參數(shù)是標(biāo)示和衡量挖掘機(jī)性能的重要指標(biāo)，同時(shí)也是挖掘機(jī)仿真與優(yōu)化樣機(jī)效能評(píng)估參數(shù)的組成之一。為測(cè)量液壓挖掘機(jī)工作范圍的主要作業(yè)尺寸，如最大挖掘半徑、最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大卸載高度等參數(shù)，這里采用 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)即 數(shù) 6。具體設(shè)置如下： 主動(dòng)臂液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： ,0,15,700)+2,0,1250)+,50)； 斗桿液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： ,0,6,850)+5,0,27,1000)+9,0,0)+,30)；鏟斗液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： ,0,9,600)+7,0,32,00)；副動(dòng)臂液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： 3,0,15,100)+2,0,200)+,00)。從而，得出液壓挖掘機(jī)工作范圍的包絡(luò)曲線圖（如圖 3示）。 仿真過(guò)程依次為：從圖 3作范圍的 A 點(diǎn)（此時(shí)鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸處于全縮狀態(tài)）開始調(diào)整主動(dòng)臂液壓缸到全縮狀態(tài)（ 線），調(diào)整斗桿液壓缸由全縮到全伸（ 線），調(diào)整鏟斗液壓缸由全縮到全伸狀態(tài)（ 線），調(diào) 整主動(dòng)臂液壓缸和副動(dòng)臂液壓缸由全縮到全伸（ 線）、調(diào)整鏟斗液壓缸由全伸到全縮（ 線）、調(diào)整斗桿液壓缸由全伸到全縮（ 線）、調(diào)整主動(dòng)臂液壓缸和副動(dòng)臂液壓缸由全伸到全縮（ 線） ,在運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(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)底下，這一范圍的 土壤雖能挖及，但可能引起土壤的崩塌而影響挖掘機(jī)的穩(wěn)定和安全工作，除有條件的挖溝作業(yè)（作業(yè)寬度小于挖掘機(jī)履帶內(nèi)側(cè)距離）外一般不使用。 由圖 3得出挖掘機(jī)的主要作業(yè)尺寸的仿真值： 最大挖掘半徑 的仿真值是 7510大挖掘深度的仿真值是 4702 最大挖掘高度的仿真值是 7242大卸載高度的仿真值是 3495 圖 3掘機(jī)包絡(luò)圖 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 掘機(jī)反鏟裝置的動(dòng)力學(xué)分析 壓挖掘機(jī)的理論挖掘阻力 挖掘機(jī)的挖掘力是指液壓缸力通過(guò)相應(yīng)構(gòu)件傳遞給斗齒，用來(lái)切削土壤的作用力挖掘力是挖掘機(jī)的主要性能參數(shù)，它與液壓缸的推力、各鉸點(diǎn)的位置有關(guān)根據(jù)挖掘機(jī)挖掘方式的不同，挖掘過(guò)程可以分為：鏟斗液壓缸挖掘，斗桿液壓缸挖掘及作復(fù)合動(dòng)作挖掘一般認(rèn)為斗容量小于 小型的液壓?jiǎn)味贩寸P 挖掘機(jī)或在土質(zhì)松軟時(shí)以鏟斗挖掘?yàn)橹鳎窏U挖掘主要適用于正鏟大功率裝置和一些堅(jiān)硬的土壤或破碎巖石 7 （ 1）斗桿挖掘時(shí)挖掘阻力 6001 0 1 7 4 3 式中：0K 挖掘比阻力； 斗桿挖掘時(shí)的切削厚度； B 切削刃寬度影響系數(shù)， 1 ； b 鏟斗的平均寬 度；6r 斗桿挖掘時(shí)的切削半徑； 土壤的松散系數(shù)；g 斗桿挖掘過(guò)程中的總轉(zhuǎn)角； q 斗容量。 （ 2）鏟斗挖掘時(shí)挖掘阻力 Z a x m a c （ 3 式中： C 土壤的硬度系數(shù)，對(duì)不同 的土壤條件取值不同，這里設(shè)挖機(jī)用于級(jí)土壤的挖掘，取值為 4； R 鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒尖距離； 某一挖掘位置時(shí)鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半； 某一挖掘位置處轉(zhuǎn)斗的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角； B 切削刃寬度影響系數(shù)， 1 ； A 切削角變化影響系數(shù)； Z 帶有斗齒的系數(shù)； X 斗側(cè)壁厚影響系數(shù)， ,其中 S 為側(cè)壁厚度 ；D 切削刃擠壓土壤的力。 （ 3）復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)挖掘阻力 切向挖掘阻力 ，法向挖掘阻力 2 1 其中：0K 挖掘比阻力； b 斗寬； h 挖掘深度； 挖掘阻力系數(shù)。 由于液壓挖掘機(jī)大都采用復(fù)合動(dòng)作挖掘，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)可知斗寬 b =650掘深度 h =130為該鏟斗所要涉及的工礦最多為級(jí)土壤，計(jì)算得1 =22000N。挖掘阻力垂直分力 2 4 022 0 00%4212 。 壓挖掘機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真與有限元分析 作用在鏟斗刃口上的挖掘阻力可分為兩種情況： 1)對(duì)稱載荷； 2)偏心載荷。這買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 里只研究對(duì)稱載荷的情況，物料的重力 G 的方向始終垂直向下，位置在鏟斗的中部切向挖掘阻力 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 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 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)。具體如下： 主動(dòng)臂液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： ,0,15,700)+2,0,1250)+,50)； 斗桿液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： ,0,6,850)+5,0,27,1000)+9,0,0)+,30)；鏟斗液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： ,0,9,600)+7,0,32,00)；副動(dòng)臂液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)： 3,0,15,100)+2,0,200)+,00)；切向挖掘阻力函數(shù)： ,0,32,22000)+2,0,59,法向挖掘阻力函數(shù)： ,0,32,9240)+2,0,59,重力函數(shù)： ,0,32,5000)+2,0,)+,5000)。 下面采用 挖掘機(jī)復(fù)合挖掘進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析仿真，計(jì)算出各個(gè)液壓缸的受力曲線圖（圖 3 3示）。 圖 3動(dòng)臂油缸反作用力曲線 圖 3動(dòng)臂油缸反作用力曲線 圖 3桿油缸反作用力曲線 圖 3斗油缸反作用力曲線 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 由反作用力曲線可知，主動(dòng)臂油缸的最大受力為 274012N，副動(dòng)臂油缸的最大受力為 388821N，斗桿油缸的最大受力為 250254N，鏟斗油缸的最大受力為111380N， 此結(jié)果為液壓系統(tǒng)變幅油缸的選型設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 掘機(jī)反鏟裝置的靜力學(xué)分析 由文獻(xiàn) 8可以計(jì)算得出鏟斗的基本尺寸，并在 斗的受力分析 斗的理 論挖掘阻力 由于液壓挖掘機(jī)大都采用復(fù)合動(dòng)作挖掘，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)可知斗寬 b =650掘深度 h =130為該鏟斗所要涉及的工礦最多為級(jí)土壤，計(jì)算得1 =22000N。挖掘阻力垂直分力 2 4 022 0 00%4212 。 斗有限元分析 （ 1）零件材料 表 3斗零件材料 零件序號(hào) 零件名稱 材料 質(zhì)量 體積 1 斗齒 m 2 鏟斗 m （ 2）載荷、約束信息（如圖 3 表 3荷、約束信息 制約 于 4 面 鉸接。 力 /扭矩 于 5 面 應(yīng)用法向力 22000 力 /扭矩 于 5 面 應(yīng)用法向力 9240N 使用均勻分布 圖 3荷、約束信息 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 （ 3）結(jié)果分析（如圖 3 表 3斗分析結(jié)果 名稱 類型 最小 位置 最大 位置 應(yīng)力 1 力 2 (節(jié) : 49120 ( (節(jié) : 56308 (位移 1 位移 0 m 節(jié) : 8483 (m 節(jié) : 3391 (應(yīng)變 1 對(duì)等應(yīng)變 單元 : 7534 (單元 : 29763 (表 3束處反作用力 選擇組 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 4 個(gè)面 N 后，將鏟斗載荷傳遞到連桿機(jī)構(gòu)，并計(jì)算出每個(gè)連桿的受力情況。其中連桿和搖桿均為二力桿。 a) 鏟斗應(yīng)力圖 b）鏟斗位移圖 c）鏟斗應(yīng)變圖 圖 3斗分析結(jié)果 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 由以上設(shè)計(jì)結(jié)果，可知鏟斗設(shè)計(jì)合理，取鏟斗安全系數(shù)為 n s 得，M P a 5 ， 所以符合挖掘機(jī)械設(shè)計(jì)要求。 桿的受力分析 反鏟裝置的 斗桿強(qiáng) 度主要為彎矩所控制，故其計(jì)算位置可跟據(jù)反鏟工作中挖掘力對(duì)斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來(lái)確定。根據(jù)斗桿工作情況的分析和試驗(yàn)說(shuō)明，危險(xiǎn)斷面最大應(yīng)力發(fā)生在采用轉(zhuǎn)斗挖掘的工況下。其計(jì)算位置可按以下條件確定，一般取以下兩個(gè)位置 9： 計(jì)算位置 1，如圖 3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。 這時(shí)，工作裝置上的作用力有工作裝置各部分的重量，作用于斗側(cè)齒上的挖掘阻力 （包括切向分力1W， 法向分力2 W r （ 3 式中： r 橫向阻力 回轉(zhuǎn)平臺(tái)制動(dòng)器可承受的最大力矩。 圖 3桿計(jì)算位置 I 圖 3算位置 2 計(jì)算位置 2，如圖 3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。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 此時(shí)工作裝置上的作用力僅為工作裝置的自重及斗齒上的作用力1 有限元分析 （ 1）零件材料 表 3桿零件材料 零件序號(hào) 零件名稱 材料 質(zhì)量 體積 1 斗桿 克 m （ 2）載荷、約束、網(wǎng)格信息（如圖 3 圖 3算位置 I 網(wǎng)格和載荷 （ 3） 結(jié)果分析（如圖 3 表 3桿分析結(jié)果 名稱 類型 最小 位置 最大 位置 應(yīng)力 1 力 0N/ (節(jié) : 31856 ( (節(jié) : 11516 ( 位移 1 位移 m 節(jié) : 42 (m 節(jié) : 22147 (應(yīng)變 1 對(duì)等應(yīng)變 單元 : 15837 (單元 : 7889 ( 表 3束處反作用力 選擇組 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 面 1 N 2 N 文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 a）應(yīng)力圖 b）位移圖 c）應(yīng)變圖 圖 3 桿分析結(jié)果 由分析結(jié)果可知斗桿最大應(yīng)力為 斗桿安全系數(shù)為 2，由n s 得 =345/2=計(jì)符合要求。 有限元分析 （ 1）零件材料如表 3 （ 2）載荷、約束、網(wǎng)格信息（如圖 3示） 圖 3算位置 2 網(wǎng)格和載荷 （ 3）結(jié)果分析（圖 3 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資 料 a）應(yīng)力圖 b）合位移圖 c）應(yīng)變圖 圖 3析結(jié)果圖 由計(jì)算結(jié)果可知，斗桿最大應(yīng)力為 斗桿安全系數(shù)為 2，由n s 得 =345/2=以設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。 動(dòng)臂的受力分析 計(jì)算位置 1（如圖 3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)，斗邊點(diǎn)遇到障礙； 該工況也就是最大挖掘深度工況。 計(jì)算位置 2（如圖 3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 10。 買文檔送全套 紙 Q 號(hào)交流 414951605 含 紙和