單斗反鏟挖掘機運動分析作業(yè)參數(shù)計算運動仿真運動包絡(luò)圖繪制

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上反鏟挖掘機工作裝置設(shè)計說明書目錄專心-專注-專業(yè)反鏟挖掘機工作裝置設(shè)計說明書1. 設(shè)計任務(wù)1) 設(shè)計一款反鏟挖掘機的工作裝置，完成其工作裝置的參數(shù)設(shè)計；2) 選定某個工況，進行工作裝置的運動分析并且完成該工況下的鉸接點坐標計算；3) 反鏟工作裝置的主要作業(yè)參數(shù)計算；4) 選定某個工況，完成該工況下某幾個鉸接點的受力分析；5) 運用三維建模軟件，完成工作裝置的三維建模工作；6) 運動動力學仿真軟件ADAMS，畫出工作裝置的挖掘包絡(luò)圖。2. 工作裝置主要部件的參數(shù)設(shè)計2.1 反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計過程以SY305C-9H履帶式挖掘機為樣機，采用該樣機的主要技術(shù)參

2、數(shù)來進行設(shè)計工作，相當于一個設(shè)計反推工作。挖掘機反鏟工作裝置主要由支座、動臂、動臂油缸、斗桿、斗桿油缸、六連桿機構(gòu)、鏟斗和鏟斗油缸組成。圖1所示的是最常用的反鏟挖掘機工作裝置的結(jié)構(gòu)形式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等工作。圖1 普通反鏟工作裝置由于本次設(shè)計工作對液壓系統(tǒng)沒有詳細要求，因此本章節(jié)內(nèi)容主要包括動臂、斗桿、六連桿機構(gòu)和鏟斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計。反鏟工作裝置的設(shè)計方法有解析計算法、幾何作圖法、比擬法、優(yōu)化設(shè)計法和虛擬樣機設(shè)計法等。比擬法是通過尋找與待設(shè)計及其同類型樣機的比例關(guān)系，參照樣機來確定工作裝置各部件上的鉸接點位置。由于反

3、鏟挖掘機已經(jīng)是一個比較成熟的機械產(chǎn)品，因此，本設(shè)計過程采用比擬法來完成反鏟挖掘機工作裝置的設(shè)計，并利用虛擬樣機技術(shù)完成工作裝置的三維建模與運動分析。2.1.1 確定動臂結(jié)構(gòu)形式和動臂油缸的布置方案動臂的結(jié)構(gòu)形式主要為整體式動臂和組合式動臂兩種，整體式動臂結(jié)構(gòu)簡單但適應(yīng)性較差。組合式動臂結(jié)構(gòu)復雜，可滿足不同作業(yè)范圍和尺寸的要求。從動臂結(jié)構(gòu)外形上看，又將整體式動臂分為彎動臂和直動臂。整體式彎動臂有利于反鏟地面以下的挖掘作業(yè)，但在結(jié)構(gòu)彎曲部位容易引起由于結(jié)構(gòu)和工藝問題而導致的應(yīng)力集中等強度方面的問題。雖然如此，通過分析比較和實踐實驗，在各類反鏟液壓挖掘機上，整體式彎動臂仍得到了普遍應(yīng)用，因而是首選方

4、案。對于大中型挖掘機，動臂油缸一般為雙缸，并布置與動臂兩側(cè)；對于小型或微型挖掘機，為簡化結(jié)構(gòu)，在滿足使用要求的前提下，可以采用單動臂油缸，并將動臂油缸與動臂的鉸接點只與動臂中部下方。參考SY305C-9H機型，本次設(shè)計對象采用整體式彎動臂和雙動臂油缸結(jié)構(gòu)。2.1.2 確定斗桿和斗桿油缸的布置斗桿的結(jié)構(gòu)方案有多種選擇。整體式斗桿結(jié)構(gòu)簡單，但適應(yīng)性差，難以滿足不同作業(yè)尺寸的要求；組合式斗桿結(jié)構(gòu)復雜，但是適應(yīng)性較好。反鏟挖掘機的斗桿油缸一般布置與動臂和斗桿的上方，這樣布置可以保證挖掘機在挖掘作業(yè)時斗桿油缸的大腔工作，以產(chǎn)生較大的挖掘力。根據(jù)SY305C-9H機型，采用整體式斗桿和單斗桿油缸，位于動臂

5、和斗桿上方。2.1.3 確定鏟斗連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式挖掘機的連桿主要有四桿機構(gòu)、六桿共點機構(gòu)和六桿非共點機構(gòu)三類。目前大多數(shù)挖掘機上采用的是六點連桿結(jié)構(gòu)形式，同時參考SY305C-9H機型，確定本次設(shè)計連桿結(jié)構(gòu)采用六桿共點連桿機構(gòu)。2.2 鏟斗結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定鏟斗的主參數(shù)有斗容量q（這里取0.6m3），轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和平均斗寬b，它們與轉(zhuǎn)斗挖掘機裝滿轉(zhuǎn)角（90°110°之間取值，這里取為100°）之間的公式如下。鏟斗主參數(shù)如圖2所示。圖2 鏟斗主參數(shù)式中：松散系數(shù)，范圍在1.241.3之間，這里取1.28； q斗容量，參考SY305C-9H機型，取1.4m3； b斗寬，

6、參考一些其他的機型，取1500mm。計算求得：，這里取1240mm。主參數(shù)選定之后，接下來考慮鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)和具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括鏟斗上兩鉸接點的距離、KQV，鏟斗的結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3 鏟斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所以取。KQV一般在95°105°范圍選取，這里取為100°。2.3 動臂機構(gòu)設(shè)計2.3.1 動臂機構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容1) 確定動臂油缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括伸縮臂、動臂油缸的最短長度和行程；2) 確定動臂的結(jié)構(gòu)形式，包括動臂長度、彎角及上下動臂的長度；3) 確定動臂及動臂油缸在轉(zhuǎn)臺上的鉸接點C及A的位置坐標；4) 確定動臂油缸與動臂的鉸接點B在動臂上的位置坐標；5) 計

7、算動臂的擺角范圍及動臂油缸的作用力臂2.3.2 具體的設(shè)計步驟第一步：參照底盤及轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)情況布置鉸接點A的位置，該點一般在轉(zhuǎn)臺上前端，在垂直方向要適當高于轉(zhuǎn)臺地面，初步確定A點坐標：。根據(jù)SY305C-9H機型，最大挖掘半徑為11050mm，又因為，動臂斗桿長度比取2.33，根據(jù)上式確定動臂長度，。第二步：確定動臂油缸的最大長度和最小長度：參照SY305C-9H機型和設(shè)計手冊初選動臂油缸的伸縮比（這里先取1.6），動臂油缸行程，則動臂油缸長度計算如下：第三步：AC長度AC與水平面的傾角：以反鏟為主的通用機，因此，這里取。第四步：確定動臂彎角，參考范圍在110°170°之間，

8、這里取值。上下動臂的比值，初步定為，則上下動臂長度計算如下。在（如圖4所示）中，由余弦定理得：對于普通反斗動臂來說U點和B點很接近，因此不妨認為B點和U點重合，則可以確定：圖4 動臂機構(gòu)參數(shù)及鉸接點的位置參數(shù)第五步：根據(jù)前面的設(shè)計確定動臂油缸與動臂的鉸接點B點的位置。對于彎動臂結(jié)構(gòu)且采用雙動臂油缸的情況，動臂油缸均對稱布置于動臂的兩側(cè)，動臂油缸與動臂的鉸接點B一般位于動臂彎曲部位，且與動臂折彎點U比較接近或重合，因此初選時就可以將B點與U點重合。因此，BC距離， 第六步：校核動臂機構(gòu)三角形ABC的運動情況，檢查是否存在干涉問題。這可根據(jù)動臂油缸在兩個極限長度、時，三角形ABC是否成立進行判斷。

9、圖5所示的即為兩種極限情況，校核過程如下。圖5 動臂油缸兩極限長度時動臂機構(gòu)三角形的幾何關(guān)系根據(jù)三角形存在定理檢查三角形ABC運動是否干涉。 13 46其中。此處我們列出動臂幾何尺寸表如表1：表1 動臂幾何尺寸表對象長度(mm)AC(l5)1250BC(l7)3300BF4125CF(l1)6860L1max4000L1min2500將數(shù)據(jù)帶入式1-34-6，不等式成立，動臂運動無干涉。因此，動臂機構(gòu)不存在干涉問題，初步設(shè)計通過。第七步：確定動臂相對于回轉(zhuǎn)平臺的擺角范圍。如圖6工作裝置鉸接點示意圖所示，CF與停機面的夾角為：式中：AC與停機面的夾角，依據(jù)前文取值 結(jié)構(gòu)角動臂最大仰角：動臂最大俯

10、角：動臂的擺角變化范圍：圖6 工作裝置鉸接點示意圖2.4 斗桿機構(gòu)的設(shè)計2.4.1 反鏟斗桿機構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容1) 確定斗桿油缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括伸縮臂、斗桿油缸的最短長度和行程；2) 確定斗桿油缸在動臂上的鉸接點D的位置坐標；3) 確定斗桿后部長度及E點在斗桿上的位置坐標；4) 計算斗桿的擺角范圍；5) 確定斗桿的具體參數(shù)。2.4.2 斗桿具體設(shè)計步驟第一步：確定斗桿油缸的最大長度和最小長度。參照SY305C-9H機型和設(shè)計手冊初選斗桿油缸的伸縮臂，行程，計算過程與動臂油缸一樣，得。第二步：確定斗桿油缸的最大力臂，斗桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。因為最大力臂的確定涉及到斗桿的最大挖掘力，即與斗桿液壓

11、缸有關(guān)。因此本處采用比擬法，參照SY305C-9H機型，初步確定。圖7斗桿結(jié)構(gòu)參數(shù)圖第三步：確定斗桿油缸在動臂上的鉸接點D的位置。按照圖6所示的幾何關(guān)系，推得斗桿油缸和動臂的鉸接點D與斗桿和動臂鉸接點F的距離表達式為：式中：斗桿的擺角范圍，參考范圍為105°125°，這里取115°。所以。D點的確切位置應(yīng)根據(jù)動臂結(jié)構(gòu)情況及斗桿油缸的裝配關(guān)系來定。D點位于上動臂的上翼板之上，高度應(yīng)該保證斗桿油缸的拆裝，并使其能順利擺動，但也不應(yīng)高出太多。第四步：確定斗桿前后端的夾角，其參考范圍在130°170°之間，這里選取中間值150°。第五步：檢驗

12、斗桿機構(gòu)是否存在干涉問題。與動臂干涉檢驗的方法一致，這里檢驗的是斗桿油缸與斗桿機構(gòu)組成的，檢驗結(jié)果不存在干涉。斗桿初步設(shè)計合理。第六步：確定斗桿相對于動臂的擺角的范圍。如圖6所示的工作裝置鉸接點示意圖，以逆時針為正，順時針為負，計算公式如下：式中： 結(jié)構(gòu)角，取為150°因為又故斗桿相對于動臂的最大仰角：斗桿相對于動臂的最小俯角：所以斗桿相對于動臂的擺角范圍：2.5 反鏟鏟斗連桿機構(gòu)的設(shè)計由2.1節(jié)確定本次設(shè)計采用六桿共點機構(gòu)的連桿形式。反鏟鏟斗連桿設(shè)計要保證鏟斗有足夠的轉(zhuǎn)角范圍；要使鏟斗斗齒上能產(chǎn)生足夠大的挖掘力；要保證機構(gòu)不發(fā)生干涉。以下采用解析法來完成連桿機構(gòu)的幾何參數(shù)設(shè)計。第一

13、步：初選反鏟鏟斗的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。這在2.2節(jié)中已經(jīng)都有說明。第二步：確定鏟斗油缸的最大長度和最小長度。參考同類機型SY305C-9H，確定鏟斗油缸伸縮比和形成：，則鏟斗油缸的最大長度和最小長度分別為：。第三步：初選鏟斗連桿機構(gòu)的尺寸參數(shù)。圖8為六桿非共點機構(gòu)的主要參數(shù)結(jié)構(gòu)圖。圖8鏟斗連桿機構(gòu)的主要參數(shù)六桿共點機構(gòu)MH點重合，即。連桿機構(gòu)尺寸確定：，。3. 反鏟工作裝置的運動分析及坐標計算3.1 符號約定與坐標系的建立如圖6所示，在運動分析之前，對鉸接點和坐標系的符號約定如下：A動臂油缸與機身的鉸接點；B動臂油缸與動臂的鉸接點；C動臂與機身的鉸接點；D斗桿油缸與動臂的鉸接點；E斗桿油缸與斗桿的鉸

14、接點；F動臂與斗桿的鉸接點；G鏟斗油缸與斗桿的鉸接點；M鏟斗油缸與搖臂的鉸接點；N搖臂與斗桿的鉸接點；K鏟斗與連桿的鉸接點；V處于縱向?qū)ΨQ中心面內(nèi)的斗齒尖；Q斗桿與鏟斗的鉸接點；a回轉(zhuǎn)平臺底面距停機面的垂直距離，參照SY305C-9H機型，取1.15m；bC點至回轉(zhuǎn)平臺底面的垂直距離，這里取1.12m；c工作裝置對稱平面內(nèi)C點至回轉(zhuǎn)中心的水平距離，這里取0.25m；坐標系OXYZ固結(jié)于履帶式接地中心隨整機一起移動的動坐標系；坐標系分別為固結(jié)于上部轉(zhuǎn)臺、動臂、斗桿和鏟斗上的動坐標系；轉(zhuǎn)臺繞Z軸的轉(zhuǎn)角，動臂相對于回轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)角，斗桿相對于動臂的擺角和鏟斗相對于斗桿的擺角，均以逆時針為正，順時針為負

15、。3.2 反鏟工作裝置工況的選定根據(jù)2.3與2.4節(jié)的計算可知，參考文獻可知鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍如圖9所示，根據(jù)經(jīng)驗取值，因此。圖9 鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍 因此初步選定工況為：。3.3 回轉(zhuǎn)平臺的運動分析及坐標計算如圖6所示，在沒有坡度的情況下，為回轉(zhuǎn)平臺相對于基本地面坐標系OXYZ的Z軸轉(zhuǎn)過的角度。在回轉(zhuǎn)平臺上，C點和A點的位置相對不變，因此可根據(jù)數(shù)學關(guān)系推導出這兩點的計算公式： 式中：分別為AC兩點在坐標系中的坐標值：；坐標系遠點在OXYZ坐標系的坐標值。選定工況的，則AC兩點的坐標計算如下：3.4 動臂的運動分析及坐標計算動臂在OXYZ坐標系中的位置坐標可以看做是以下過程形成的：1) 隨動臂坐標系繞

16、轉(zhuǎn)動；2) 隨固結(jié)于轉(zhuǎn)臺的動坐標系繞軸轉(zhuǎn)動；因此，動臂上各點在固定坐標系OXYZ中的位置坐標表達式如下：式中：動坐標系的原點在動坐標系中的位置； 動臂上各鉸接點繞軸旋轉(zhuǎn)作用。根據(jù)3.2節(jié)選定的工況，計算B、D、F三點的坐標如下：（1）B點坐標計算： 如圖6所示，在動坐標系中，B點坐標可以在中由以及計算求得。（2）F點坐標計算：在中，F(xiàn)點在軸上，因此。（3）D點坐標計算：在中，D點坐標計算：，因此，。所以，D點的坐標換算為：3.5 斗桿的運動分析及坐標計算斗桿上各點在固定坐標系OXYZ中的位置坐標可以看做經(jīng)過以下過程形成：1) 隨斗桿坐標系繞軸轉(zhuǎn)動；2) 隨動臂坐標系繞軸轉(zhuǎn)動；3) 隨固結(jié)于轉(zhuǎn)臺

17、的動坐標系繞轉(zhuǎn)動。因此，斗桿上各點在固定坐標系OXYZ中的位置坐標表達式如下：式中：斗桿坐標系原點在動臂坐標系中的坐標位置； 斗桿上各交接點繞軸的旋轉(zhuǎn)作用。（1）斗桿上E點坐標計算：如圖6所示，斗桿上E點在斗桿坐標系中的坐標值與EF（）和有關(guān)。所以。根據(jù)3.2節(jié)選定的工況，E點在OXYZ坐標系中的位置坐標計算如下：（2）斗桿上Q點坐標計算： 如圖6所示，斗桿Q點在軸上，因此。所以： （3）斗桿上G點坐標計算：如圖6所示，斗桿上G點在坐標系中坐標位置的計算與FG長度和角度值有關(guān)，在2.4節(jié)斗桿設(shè)計中并未涉及到這兩個參數(shù)的計算，因此在后續(xù)建模的時候得以確定，。所以，G點坐標計算： （4）斗桿上N點

18、的坐標計算：如圖6所示，N點在坐標系中的位置坐標計算與（225mm）和N點到軸的垂直距離有關(guān)，計算為：。所以。因此，N點的坐標換算為： 3.6 連桿及鏟斗的運動分析及坐標計算圖10所示的是六桿共點機構(gòu)的幾何關(guān)系示意圖，圖中GM即為鏟斗油缸，MN為搖臂，MK為連桿。由3.2節(jié)選取的工況，即鏟斗油缸處于全縮狀態(tài)，也即。圖10 鏟斗連桿機構(gòu)幾何關(guān)系示意圖根據(jù)坐標變化方法，可以得到M點在OXYZ坐標系中的坐標表達式如下：其中N點在坐標系中的位置已知，下面說明的計算。式中：結(jié)構(gòu)角，中運用余弦定理求得為19.08°； 結(jié)構(gòu)角，中運用余弦定理求得136.24°； 結(jié)構(gòu)角，中運用余弦定理求

19、得43.17°； 中， 所以： 所以， K點在OXYZ坐標系中的位置坐標計算：式中：斗桿坐標系原點在動臂坐標系中的坐標位置； 斗桿上各交接點繞軸的旋轉(zhuǎn)作用； K點在鏟斗坐標系中的坐標值。根據(jù)3.2節(jié)選定工況，K點的坐標換算如下： 4. 反鏟工作裝置作業(yè)參數(shù)計算根據(jù)國際標準和國家標準以及行業(yè)標準，反鏟單斗液壓挖掘機的主要幾何作業(yè)參數(shù)通常有以下幾個：1) 最大挖掘深度；2) 最大挖掘高度；3) 最大挖掘半徑；4) 最大卸載高度；5) 停機面上的最大挖掘半徑；6) 最大垂直挖掘深度；7) 水平底面為2.5m時的最大挖掘深度。下面分別計算說明，并將計算結(jié)果與SY305C-9H機型的同類型參數(shù)

20、進行對比。4.1 最大挖掘深度計算反鏟最大挖掘深度是指動臂油缸全縮即動臂最低，F(xiàn)、Q、V三點一線并垂直于基準地平面時，斗齒尖距基準地平面的垂直距離，如圖11所示。圖11 最大挖掘深度示意圖 圖12 最大挖掘高度示意圖4.2最大挖掘高度計算反鏟最大挖掘高度是指動臂油缸全伸即動臂仰角最大，斗桿油缸和鏟斗油缸全縮時斗齒尖距基準地平面的垂直距離，如圖12所示。4.3最大挖掘半徑計算最大挖掘半徑是指斗桿油缸全縮，C、Q距離最大且C、Q、V三點一線并平行于基準地平面時斗齒尖距回轉(zhuǎn)中心線的最大距離，如圖13所示。此時，動臂油缸和鏟斗油缸的長度不在極限長度上。圖13 最大挖掘半徑示意圖在中，由余弦定理：，所以

21、：。4.4 停機面上的最大挖掘半徑停機面上的最大挖掘半徑是指斗桿油缸全縮，C、Q距離最大且C、Q、V三點一線，同時斗齒觸底時斗齒尖距回轉(zhuǎn)中心線的最大垂直距離，如圖14所示。此時，動臂油缸與鏟斗油缸的長度不一定在極限長度上。其中：圖14 停機面最大挖掘半徑示意圖4.5 最大卸載高度最大卸載高度是指在Z坐標軸方向上，鏟斗鉸軸處于最高位置時，鏟斗可達到的最低點至GRP平面之間的距離。當動臂油缸全縮即動臂仰角最大、斗桿油缸全縮以及鏟斗上Q、V連線垂直于基準地平面時，斗齒尖距停機面的垂直距離即為最大卸載高度，如圖15所示。圖15 最大卸載高度示意圖 圖16 最大垂直挖掘深度4.6 最大垂直挖掘深度最大垂

22、直挖掘深度是指在Z軸方向上，切削刃垂直于GRP平面時所能達到的最深點距GRP平面之間的距離，如圖16所示。對的具體求解應(yīng)該分以下兩類情況進行，并取其中的最大值。（1） 當三組油缸全縮、而斗刃仍無法達到垂直于GRP平面時，計算如下：式中：切削刃外側(cè)底面與QV連線的夾角，參考SY305C-9H機型取值為50°；（2） 當三組油缸全縮、斗刃可以達到垂直于GRP平面時，分為以下兩種方法達到斗刃垂直于GRP平面的狀態(tài)：a. 保持動臂油缸最短、斗桿油缸最短，而只調(diào)整鏟斗油缸長度，此時b. 保持動臂油缸最短、鏟斗油缸最短而只調(diào)整斗桿油缸長度，此時綜合以上的計算結(jié)果，。4.7 水平底面為2.5m時的

23、最大挖掘深度按照國際標準，水平底面為2.5m時的最大挖掘深度是指在Z坐標軸方向上，切削刃在平行于Y坐標軸方向上有2.5m水平底面時，其至GRP平面之間的距離，如圖17所示。該參數(shù)反應(yīng)了挖掘機能挖出2.5m寬底面的最大深度，其值越大，作業(yè)范圍越寬，挖掘深度越大。圖17 水平底面為2.5m時的最大挖掘深度4.8 計算結(jié)果對比將上述計算過程得到的工作裝置各個作業(yè)參數(shù)，與參考機械SY305C-9H機型的作業(yè)參數(shù)對比，得到對比表格表2。對比發(fā)現(xiàn)，根據(jù)參考機型設(shè)計的挖掘機，由于設(shè)計比較粗糙，沒有考慮液壓部分挖掘力的參數(shù)，因此各個作業(yè)參數(shù)上都存在一定的出入，尤其是最大挖掘高度和最大卸載高度，出入較大?？傮w上

24、，可以認為符合實際工況和作業(yè)要求的。表2 工作裝置作業(yè)參數(shù)對比作業(yè)參數(shù)設(shè)計機型（mm）參考機型SY305C-9H（mm）最大挖掘深度-6690-7410最大挖掘高度867510100最大挖掘半徑1083411050最大卸載高度40357025最大垂直挖掘深度-6224-61705. 某工況下鉸點K、Q的受力分析5.1 工況選定 挖掘機工作裝置的受力分析是設(shè)計各部件具體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，只有在掌握了其受力情況的前提下才能使設(shè)計的結(jié)構(gòu)得到最大性能的發(fā)揮。由于挖掘過程中各部件的動作速度較小，受力較大，因此，這節(jié)內(nèi)容從靜力學的角度分析挖掘機工作裝置的受力。首先要做以下的己知和假設(shè)條件。 己知條件和假設(shè)： （

25、1） 己知各部件的幾何鉸接點位置坐標及重量和重心位置坐標； （2） 不考慮鉸接點的摩擦，即傳遞效率； （3） 不考慮工作裝置的運動加速度及其慣性力；（4） 不考慮偏載和橫向載荷；（5） 假設(shè)斗齒尖所受挖掘阻力在工作裝置縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，其方向沿著斗齒運動軌跡的切線方向，其值己知。選定工況：為了便于受力計算，仍選定3.2節(jié)中的工況，這樣各點的坐標可以利用第三節(jié)中的計算結(jié)果。5.2 鉸點K、Q的受力分析如圖18所示。在不計部件重量的情況下，可把二連桿HK當做二力桿，其兩端的受力沿著連桿HK兩鉸接中心連線方向。此時，根據(jù)受力平衡條件，由鏟斗油缸大腔主動發(fā)揮決定的鏟斗液壓缸的理論挖掘力按下式計算：圖18

26、鉸接點Q、K受力分析圖式中：油缸數(shù)目； 鏟斗油缸缸徑這里取120mm； 系統(tǒng)壓力，取35 MPa； 動臂相對于停機面的轉(zhuǎn)角； 斗桿相對于動臂的擺角； 鏟斗相對于斗桿的轉(zhuǎn)角。由于該工況下各點在OXYZ坐標系中的位置坐標均已知，如表3中所示。表3 選定工況下各點的坐標值點坐標A（0，875，1187.47）B(0，2128.62，4938.08)C(0，250，2270)D(0，3040.95，5584.46)E(0，6190.75，6714.98)F(0，6190.93，5700)Q(0，7665.76，3145.3)K(0，7805.97，3530.56)M(0，7675.77，3486.07

27、)G(0，7103.75，5996.66)N(0，7675.77，3188.13)根據(jù)坐標點不難算出的力臂，由于連桿在簡化的模型中受力分析可知是二力桿，那么受力的方向必定沿著桿件方向。這樣可以算得Q、K點的受力如下：由于斗桿鏟斗等的重量都是自己取值，沒有正確的參考依據(jù)，因此這里就只計算了一個鉸接點的受力分析，其余鉸接點的受力分析可以參考Q、K點的計算方法。6. 工作裝置主要部件的三維建模針對前面的設(shè)計分析，本節(jié)內(nèi)容主要是完成工作裝置主要零部件的三維建模工作，由于上述的設(shè)計工作只確定主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而在三維建模時，這些參數(shù)還不足以將零部件的三維形狀完全表達。因此，一些不涉及到結(jié)構(gòu)重要外形的參數(shù)則

28、在三維建模時直接確定。本節(jié)主要介紹動臂、斗桿、連桿和鏟斗的三維建模，采用的三維軟件是Solidworks2014。6.1 零部件的三維建模動臂的簡化三維建模主要是依據(jù)動臂上鉸接點C、B、F、D的相對位置關(guān)系來完成的，主要是的三邊和三角來實現(xiàn)建模尺寸的確定。在solidworks中的三維模型如圖19所示。斗桿的簡化三維模型主要根據(jù)斗桿上鉸接點E、F、G、N、Q的相對尺寸關(guān)系來實現(xiàn)，三維模型如圖20所示。連桿的簡化三維模型如圖21所示。圖19 動臂的簡化三維模型圖20 斗桿的簡化三維模型圖21 連桿的簡化三維模型鏟斗的簡化三維模型主要根據(jù)鏟斗的各項參數(shù)比如轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和平均斗寬b等確定。具體的三維

29、模型如圖22所示。動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸的簡化三維模型類似，只是缸徑和長度有所差別，以動臂油缸為例建模，如圖23所示。搖臂的簡化三維模型如圖24所示。底座的簡化三維模型建立主要依據(jù)底座上AC兩點的相對位置關(guān)系建立的，如圖25所示。圖22 鏟斗的簡化三維模型圖23 動臂油缸的簡化三維模型圖24 搖臂的簡化三維模型圖25 底座的簡化三維模型6.2 整體三維模型將已經(jīng)建成的各主要零部件的三維模型按照一定的約束關(guān)系建立裝配體，如圖26所示。至此，創(chuàng)建本次設(shè)計的工作裝置的簡化三維模型的工作全部完成。圖26 工作裝置的簡化三維模型7. 包絡(luò)圖的繪制7.1 ADAMS軟件簡介ADAMS軟件是有美國me

30、chanical dynamics inc公司研制的集建模、求解、可視化技術(shù)與一體的虛擬樣機軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。本節(jié)內(nèi)容主要運用了ADAMS軟件運動學仿真的內(nèi)容來實現(xiàn)反鏟工作裝置包絡(luò)圖的繪制工作。7.2 Solidworks模型導入ADAMS步驟由于ADAMS軟件不是專業(yè)的三維建模軟件，因此復雜零部件的仿真一般是在專業(yè)三維軟件中建立模型，然后導入到ADAMS中完成運動學和動力學分析。因此，對于本次設(shè)計的反鏟工作裝置同樣采用這種方法，將第六節(jié)內(nèi)容中完成的三維模型導入到ADAMS中，然后再進行運動學分析。具體的導入步驟如下：1) 在solidworks軟

31、件中將反鏟工作裝置的裝配體另存為parasolid格式，并將文件拷貝到ADAMS的工作目錄下；2) 在ADAMS的“文件>導入”中選擇文件類型為parasolid（*.x_t）文件，再選中第一步中創(chuàng)建的文件；3) 編輯各個物體的屬性，右擊修改；4) 修改各個物體的名稱，右擊重命名；圖27顯示了反鏟工作裝置導入到ADAMS后的模型。圖27 反鏟工作裝置在ADAMS中的模型7.3反鏟工作裝置的ADAMS挖掘包絡(luò)圖繪制步驟第一步：添加運動約束。ADAMS中的約束有很多種，比如固定約束、旋轉(zhuǎn)副、移動副、圓柱副、萬向節(jié)副、螺旋副等。分析反鏟裝置的運動可知反鏟工作裝置中的運動約束只有三種：固定約束、旋轉(zhuǎn)副和移動副。固定約束存在于：底座與GROUND之間；旋轉(zhuǎn)副存在于：動臂與底座之間；動臂與斗桿之間；斗桿與搖臂之間；