基于solidworks的液壓挖掘機(jī)手臂的建模與仿真論文

1、 1 / 22科技學(xué)院新科學(xué)院科技學(xué)院新科學(xué)院20152015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)屆本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）計(jì)）基于基于 SolidWorksSolidWorks 的液壓挖掘機(jī)手臂的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真的液壓挖掘機(jī)手臂的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真學(xué)生：學(xué)生：仝緒鋒仝緒鋒 所在院系：所在院系：新科學(xué)院機(jī)械工程系新科學(xué)院機(jī)械工程系 所學(xué)專業(yè)：所學(xué)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化導(dǎo)師：導(dǎo)師： 叢曉霞叢曉霞 武民武民 完成時(shí)間：完成時(shí)間： 20152015 年年 5 5 月月 1 1 號(hào)號(hào) 2 / 22液壓挖掘機(jī)手臂的液壓挖掘機(jī)手臂的三維建模與運(yùn)動(dòng)分析三維建模與運(yùn)動(dòng)分析摘摘 要要液壓挖掘機(jī)是工程

2、機(jī)械的重要品種之一，深受廣大施工單位的喜愛和青睞，液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的重要品種之一，深受廣大施工單位的喜愛和青睞，本論文通過對(duì)液壓挖掘機(jī)工作狀況和工作裝置進(jìn)行分析，首先對(duì)液壓挖掘機(jī)研本論文通過對(duì)液壓挖掘機(jī)工作狀況和工作裝置進(jìn)行分析，首先對(duì)液壓挖掘機(jī)研究意義和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行綜合論述，從而論述其對(duì)挖掘機(jī)研究的重要性和了解其究意義和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行綜合論述，從而論述其對(duì)挖掘機(jī)研究的重要性和了解其未來發(fā)展趨勢(shì)，為我國挖掘機(jī)的更新?lián)Q代提供幾點(diǎn)建議，其次對(duì)液壓挖掘機(jī)的未來發(fā)展趨勢(shì)，為我國挖掘機(jī)的更新?lián)Q代提供幾點(diǎn)建議，其次對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)工況進(jìn)行分析，從而全面了解液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)

3、進(jìn)行分析，對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)工況進(jìn)行分析，從而全面了解液壓挖掘機(jī)的狀況和影響其工作性能的因素，運(yùn)用狀況和影響其工作性能的因素，運(yùn)用 SolidworksSolidworks 軟件對(duì)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)軟件對(duì)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模和虛擬仿真，建立液壓挖掘機(jī)主要結(jié)構(gòu)：鏟斗、斗桿和動(dòng)臂的三維行三維建模和虛擬仿真，建立液壓挖掘機(jī)主要結(jié)構(gòu)：鏟斗、斗桿和動(dòng)臂的三維模型圖并進(jìn)行了論述分析模型圖并進(jìn)行了論述分析。本論文為提高液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定平衡和生產(chǎn)效率提。本論文為提高液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定平衡和生產(chǎn)效率提供理論依據(jù)。供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)，三維建模，運(yùn)動(dòng)仿真關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)，三維建模，運(yùn)動(dòng)仿真 3 /

4、 22HydraulicHydraulic pressurepressure excavatorexcavator threethree dimensionaldimensional modellingmodelling andand movementmovement analysisanalysisAbstractAbstractTheThe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator isis oneone ofof projectproject machinerymachinery importantimportant v

5、arietiesvarieties， deeplydeeply thethe generalgeneral constructionsconstructions affectionaffection andand thethe favorfavor， thethe presentpresent paperpaper throughthrough carriescarries onon toto thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator workingworking conditioncondition andan

6、d thethe workwork installmentinstallment thethe analysisanalysis， firstfirst carriescarries onon thethe synthesissynthesis elaborationelaboration toto thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator researchresearch significancesignificance andand thethe developmentdevelopment conditio

7、ncondition， thusthus elaborateselaborates itit thethe importanceimportance whichwhich studiesstudies toto thethe excavatorexcavator andand understoodunderstood itsits futurefuture trendtrend ofof developmentdevelopment， willwill provideprovide severalseveral suggestionssuggestions forfor ourour coun

8、trycountry excavatorexcavator renewalrenewal， nextnext willwill carrycarry onon thethe analysisanalysis toto thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator workwork characteristiccharacteristic， willwill carrycarry onon thethe analysisanalysis toto thethe excavatorexcavator workwork o

9、peratingoperating modemode， thusthus understoodunderstood comprehensivelycomprehensively thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator thethe conditioncondition andand willwill affectaffect itsits operatingoperating performanceperformance thethe factorfactor， willwill carrycarry onon

10、 thethe threethree dimensionaldimensional modellingmodelling andand thethe hypothesizedhypothesized simulationsimulation usingusing thethe SolidworksSolidworks softwaresoftware toto thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator mainmain organizationEstablishesorganizationEstablishes

11、thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator mainmain structure:structure: TheThe scoopscoop， thethe bucketbucket armarm andand movedmoved thethe armarm thethe threethree dimensionaldimensional moldedmolded reliefrelief mapmap andand havehave carriedcarried onon thethe elaborationel

12、aboration analysisanalysis。TheThe presentpresent paperpaper forfor enhancesenhances thethe hydraulichydraulic pressurepressure excavatorexcavator thethe equilibriumequilibrium andand thethe productionproduction efficiencyefficiency providesprovides thethe theorytheory basisbasisKeywords:Keywords: Hy

13、draulicHydraulic pressurepressure excavator;Threeexcavator;Three dimensionaldimensional modelling;Movementmodelling;Movement simulationsimulation 4 / 22目目 錄錄緒論緒論.5 51 1 液壓挖掘機(jī)論述液壓挖掘機(jī)論述 5 51.1 挖掘機(jī)發(fā)展背景 51.2 課題的研究意義 61.3 國外發(fā)展?fàn)顩r 61.4 軟件介紹 71.5 課題的主要容 82.2.液壓挖掘機(jī)工作裝置與工況分析液壓挖掘機(jī)工作裝置與工況分析 8 82.1 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程 82

14、.2 液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)原則 92.3 工作裝置的典型工況分析 113 3 液壓挖掘機(jī)的三維建模液壓挖掘機(jī)的三維建模 13133.1 鏟斗 143.2 斗桿 153.3 動(dòng)臂 153.4 其他零部件 163.4 三維建模 184 4 液壓挖掘機(jī)的模型的建立液壓挖掘機(jī)的模型的建立 19195 運(yùn)動(dòng)仿真 196 6 結(jié)論結(jié)論 2020參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 2020致致 2121 5 / 22緒論緒論1 1 液壓挖掘機(jī)論述液壓挖掘機(jī)論述液壓挖掘機(jī)在現(xiàn)實(shí)中有著廣泛的用途，它廣泛應(yīng)用于民用與工業(yè)建筑、水利施工、交通運(yùn)輸、軍事工程等機(jī)械施工中，它為減輕工人沉重的體力勞動(dòng)，確保工程質(zhì)量，加快建設(shè)進(jìn)度以與提

15、高工作效率和加快國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方面起到了巨大的作用。液壓挖掘機(jī)采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，它傳動(dòng)平穩(wěn)，加速性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面，受到建筑施工部門的青睞。我們要提高液壓挖掘機(jī)的工作效率和工作性能，大力加快液壓挖掘機(jī)的更新?lián)Q代，使我國的液壓挖掘機(jī)處于世界領(lǐng)先地位。1.11.1 挖掘機(jī)發(fā)展背景挖掘機(jī)發(fā)展背景液壓挖掘機(jī)是用途最廣泛的工程機(jī)械之一，目前被廣泛應(yīng)用于建筑工程、水利工程、現(xiàn)代化軍事工程等機(jī)械施工中。第一臺(tái)挖掘機(jī)械是 1796 年英國人發(fā)明的，1950 年，世界第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)在德國誕生，期間經(jīng)歷了蒸汽驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)和燃機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種驅(qū)

16、動(dòng)方式。從 20 世紀(jì) 60 年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展時(shí)期。我國從 1967 年開始自主研制液壓挖掘機(jī)，成功開發(fā)的產(chǎn)品有 WY100、W4-60 等。近年來，我國經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)需求不斷增大，我們要不斷改進(jìn)和提高挖掘機(jī)產(chǎn)品性能，使之達(dá)到世界先進(jìn)水平。則圖 1-1 所示即為最常見的液壓挖掘機(jī)。 6 / 22圖圖 1-11-1 液壓挖掘機(jī)液壓挖掘機(jī)液壓挖掘機(jī)最通用和常見的結(jié)構(gòu)形式是鉸鏈?zhǔn)焦ぷ餮b置，它的工作裝置主要由動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要結(jié)構(gòu)用鉸鏈連接在一起，它是一種多桿機(jī)構(gòu)，各桿件系統(tǒng)圍繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在油缸的作用下來實(shí)現(xiàn)各種位置的運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力元件使整個(gè)挖掘機(jī)液壓

17、系統(tǒng)的重要部分，它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，為整個(gè)工作過程提供動(dòng)動(dòng)力?？刂圃锤鞣N液壓閥在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、方向和流速。輔助元件有油箱、油管、壓力表、濾油器等等。液壓油有各種礦物油，乳化油和各種合成液壓油等幾類。1.21.2 課題的研究意義課題的研究意義隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，大力提高人們生活水平，加快建設(shè)步伐，人們對(duì)工程機(jī)械的需求量不斷增大，挖掘機(jī)的市場(chǎng)需求也隨著提高。工業(yè)發(fā)達(dá)國家研究開發(fā)液壓挖掘機(jī)起步早，生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，占有大部分市場(chǎng)，我國機(jī)械制造業(yè)起步較晚，且設(shè)計(jì)和制造水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)被合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。目前

18、我國液壓挖掘機(jī)正處于仿制階段，缺乏自主開發(fā)和研制能力，但在品種、性能、質(zhì)量方面與國外相比仍有較大差距。而液壓挖掘機(jī)工作裝置中的動(dòng)臂、斗桿等屬于結(jié)構(gòu)件，在挖掘過程中載重過重，使用頻繁，容易出現(xiàn)變形，損壞；挖掘機(jī)的斗齒、銷軸、側(cè)齒等部位容易出現(xiàn)磨損；國外正在向自動(dòng)化、智能化、多功能化、專用化方向發(fā)展，為了使加快我國的液壓挖掘機(jī)的更新?lián)Q代進(jìn)程，把我國液壓挖掘機(jī)做大做強(qiáng)，對(duì)液壓挖掘機(jī)的研究就變得越來越重要了。本研究為液壓挖掘機(jī)的工 7 / 22作裝置的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)，這對(duì)使我國液壓挖掘機(jī)得到進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，推動(dòng)我國挖掘機(jī)行業(yè)快速發(fā)展起到了十分重要的意義。1.31.3 國外國外發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展?fàn)?/p>

19、況工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)液壓挖掘機(jī)的研究和生產(chǎn)起步早，技術(shù)成熟。美國、日本、和德國是液壓挖掘機(jī)得主要生產(chǎn)國，在國際市場(chǎng)上占有較大的市場(chǎng)。目前，國際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向?qū)I(yè)化、智能化、多能化和專用化的方向發(fā)展。我國機(jī)械制造化工業(yè)水平起步晚，自主創(chuàng)新能力低下，我國要加快液壓挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展。國外挖掘機(jī)行業(yè)向大型化、微型化方向發(fā)展，重視采用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，加快了向現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。美國、日本、德國是斗容量 3.54.0 立方米的單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國。我國大部分控制系統(tǒng)在數(shù)字化、智能化、自主化方面與國外仍有較大的差距，機(jī)電一體化是液壓挖掘機(jī)得必然發(fā)展趨勢(shì)，為了改變

20、我國國液壓挖掘機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀，各大公司近年來開發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國外的一些具有國際先進(jìn)水平的挖掘機(jī)型號(hào)。從國外發(fā)展?fàn)顩r來看，液壓挖掘機(jī)有以下發(fā)展趨勢(shì):（1）液壓挖掘機(jī)的大型化和微型化。大型液壓挖掘機(jī)的代表作品有小松的PC8000、三菱的 MS1600、卡特彼勒的 5130 等鏟斗容量為 40 立方米。為了滿足建筑需要，國外還發(fā)展研究了斗容量在 0.25 立方米以下的微型液壓挖掘機(jī)。例如有美國卡特彼勒開發(fā)出來的 302.5 微型挖掘機(jī)。（2）開發(fā)液壓挖掘機(jī)的多功能性、多品種、高質(zhì)量、高效率。（3）不斷提高液壓挖掘機(jī)的安全性、舒適性和可靠性。加強(qiáng)對(duì)駕駛員的保護(hù)性，使之安全得以保障，改善駕駛員的勞

21、動(dòng)條件。（4）液壓挖掘機(jī)的節(jié)能性。進(jìn)一步提高液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約液壓挖掘機(jī)的能量消耗，使其消耗降到最低而不影響液壓挖掘機(jī)的工作效率。（5）迅速發(fā)展智能化液壓挖掘機(jī)，使之能夠完成些自動(dòng)、半自動(dòng)操作。對(duì)駕駛員的要求降低，但工作質(zhì)量和效率將大幅度提高。（6）配備先進(jìn)的檢測(cè)系統(tǒng)，重視電子技術(shù)、信息技術(shù)。重視機(jī)電一體化技術(shù)在液壓挖掘機(jī)上的應(yīng)用，使其得到更好的控制，為液壓挖掘機(jī)的發(fā)展提供了新的方法，使我國液壓挖掘機(jī)更適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，使其得到進(jìn)一步的發(fā)展。1.41.4 軟件介紹軟件介紹SolidWorks 軟件是世界上第一個(gè)基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，SolidWorks 軟件簡(jiǎn)

22、單易用，深受廣大設(shè)計(jì)師的喜愛和青睞。它大大縮短了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)時(shí)間和其準(zhǔn)確性，它使專業(yè)從事三維機(jī)械設(shè)計(jì)和工程分析的人們更方 8 / 22便和準(zhǔn)確，大大提高了其工作效率。 SolidWorks 軟件的應(yīng)用越來越廣泛，它涉與到各個(gè)方面和領(lǐng)域，如教學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)和建筑工程分析等各個(gè)領(lǐng)域。目前使用 SolidWorks 的人們注冊(cè)用戶已達(dá) 30 余萬人，未來也將越來越多。它越來越多的使用率將在全球的軟件市場(chǎng)上占用無比重要的位置。SolidWorks 擁有十分強(qiáng)大的實(shí)體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以與打孔等操作來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。通過對(duì)特征和草圖的動(dòng)態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)

23、修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或?yàn)楣艿?、電纜、線和管線生成路徑。 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks 提供了一套完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動(dòng)，大大減少了界面的零亂，而且操作簡(jiǎn)單、界面直觀，使之得到廣大設(shè)計(jì)師的喜歡和親睞。 。本設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)的三維建模過程與結(jié)構(gòu)分析的云圖都是用 Solidworks 完成的。1.51.5 課題的主要容課題的主要容文過對(duì)液壓挖掘機(jī)工作作業(yè)狀況進(jìn)行分析，對(duì)其典型工作狀況研究和分析，應(yīng)用 SolidWorks 軟件對(duì)液壓挖掘機(jī)主要工作裝置機(jī)構(gòu)：動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行三維建模和挖掘機(jī)機(jī)械手臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。（1）完成液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)和工況分析；（2）

24、液壓挖掘機(jī)主要組成部件的三維建模；（3）液壓挖掘機(jī)的虛擬裝配；（4）液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真。2.2.液壓挖掘機(jī)工作裝置與工況分析液壓挖掘機(jī)工作裝置與工況分析首先分析液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程和設(shè)計(jì)要求，在圖書館查找相關(guān)資料對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置和典型工況進(jìn)行分析。2.12.1 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程液壓挖掘機(jī)(如圖 2-1 所示)的作業(yè)是通過操縱系統(tǒng)來完成挖掘作業(yè)中的各個(gè)動(dòng)作的操作，操作系統(tǒng)是整個(gè)作業(yè)過程的運(yùn)動(dòng)中樞。液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程過包括以下幾個(gè)動(dòng)作:動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以與其它輔助動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作(例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)

25、的主要?jiǎng)幼?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。 9 / 22圖圖2-12-1液壓挖掘機(jī)二維圖液壓挖掘機(jī)二維圖液壓挖掘機(jī)的作業(yè)是一個(gè)往復(fù)循環(huán)過程，它的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)通過液壓缸的伸縮來完成，使挖掘機(jī)的挖掘空間達(dá)到最大來滿足液壓挖掘機(jī)的挖掘作業(yè)需要。液壓挖掘機(jī)的挖掘?qū)ο髲?fù)雜多變，實(shí)現(xiàn)主要?jiǎng)幼饕髸r(shí)，遇到的阻力也隨之變化，為了提高工作效率，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼鬟M(jìn)行復(fù)合 。液壓挖掘機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成和動(dòng)作的復(fù)合主要包括:（1）挖掘:液壓挖掘機(jī)工作裝置的鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行單獨(dú)工作，或者兩者相互配合進(jìn)行挖掘。（2）回轉(zhuǎn)舉升:在回轉(zhuǎn)舉升時(shí)動(dòng)臂缸把動(dòng)臂舉升，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到合

26、適位置，動(dòng)桿要同時(shí)外放，有時(shí)還要對(duì)鏟斗進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)回轉(zhuǎn)、斗桿、動(dòng)臂和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。（3）卸載:鏟斗回轉(zhuǎn)到卸土位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和高度，然后鏟斗液壓缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還要有動(dòng)臂配合，主要是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。（4）空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸進(jìn)行配合動(dòng)作，把空鏟斗放到新的挖掘位置，此時(shí)是回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂和斗桿的復(fù)合動(dòng)作。2.22.2 液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)原則液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)原則（1）使用要求 10 / 22隨著技術(shù)進(jìn)步和全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的性能、質(zhì)量和安全性有了很大的剃刀和改進(jìn)，從而使現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)有了

27、完善的自動(dòng)控制功能。但液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，機(jī)構(gòu)負(fù)載變化大，受到的沖擊和振動(dòng)頻繁，而且對(duì)于挖掘?qū)ο蟮亩鄻有?，溫度、土壤硬度差別大，受到的阻力不一，使用的挖掘力也不一樣，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機(jī)德工作環(huán)境和工作特點(diǎn)，考慮人、環(huán)境、挖掘機(jī)的協(xié)調(diào)，要提出幾點(diǎn)使用要求，特別要注意以下幾點(diǎn)： 1) 安全性即挖掘機(jī)啟動(dòng)或操作開始前，應(yīng)發(fā)出信號(hào)，嚴(yán)禁任何人在工作區(qū)停留，工作裝置必須平坦固定，防傾翻穩(wěn)定性好，禁止用鏟斗擊碎堅(jiān)固物體，禁止在電線等高架設(shè)物下作業(yè)，。2) 液壓挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前要檢查各個(gè)裝置是否正常。3) 與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，造成的污染少，禁止任何人在工作區(qū)域停留，以免造成誤傷，形象要美觀。4) 挖掘

28、機(jī)應(yīng)停放在堅(jiān)硬平坦的地面上，禁止停在可能塌方或威脅安全的地方，以免造成傷亡和損傷。5)嚴(yán)禁油缸過度的伸縮，造成工作裝置損壞，不能用鏟斗敲擊堅(jiān)硬的固體，以免造成損壞。6)停機(jī)時(shí)應(yīng)將各操作放置在中間位置，進(jìn)行一次保養(yǎng)工作，對(duì)挖掘機(jī)各潤(rùn)滑部位要加潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑。（2）性能要求挖掘機(jī)具有多種結(jié)構(gòu):行走、回轉(zhuǎn)、斗桿、鏟斗和動(dòng)臂等，具有多個(gè)自由度，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，液壓作用元件數(shù)量多，要現(xiàn)的動(dòng)作復(fù)雜多變，對(duì)液壓挖掘機(jī)的操作提供了很大的操作難度。液壓挖掘機(jī)的工作裝置:動(dòng)臂、鏟斗和斗桿之間幾乎都是復(fù)合運(yùn)動(dòng)。而且作用對(duì)象的復(fù)雜性，受到的阻力也不盡一樣，各種不同作業(yè)工況所需功率變化圍大，因此，對(duì)液壓挖掘機(jī)的性能要求比較高

29、。液壓挖掘機(jī)具有多項(xiàng)功能性，便于運(yùn)輸，能無級(jí)調(diào)速而且調(diào)速圍大，運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作省力，易于自動(dòng)化控制等優(yōu)勢(shì)，但必須考慮到工作空間環(huán)境特點(diǎn)、地形復(fù)雜、遇到的不確定因素多，因此對(duì)挖掘機(jī)性能要求如下： 1) 改進(jìn)挖掘機(jī)控制性，精密性，使液壓挖掘機(jī)的控制性加強(qiáng)。2)液壓挖掘機(jī)作為生產(chǎn)設(shè)備，工作時(shí)間長(zhǎng)，能量消耗大，應(yīng)該改進(jìn)液壓系統(tǒng)，節(jié)能降低能量消耗，提高挖掘速率，節(jié)約成本。3) 增強(qiáng)挖掘機(jī)的安全性和舒適性，保護(hù)工作人員的安全，提高工作人員的舒適性，使操作環(huán)境更符合工作人員的需要，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。 11 / 224)提高挖掘機(jī)的智能化，現(xiàn)代化，使液壓挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電

30、一體化，實(shí)現(xiàn)一些自動(dòng)和半自動(dòng)操作。（3） 經(jīng)濟(jì)方面的要求在設(shè)計(jì)工作滿足設(shè)計(jì)需求的同時(shí)，應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)成本，不能因追求設(shè)計(jì)的技術(shù)性和高效性，而忽略經(jīng)濟(jì)成本，經(jīng)濟(jì)成本過高而得不償失。應(yīng)注重經(jīng)濟(jì)成本的節(jié)約，在達(dá)到設(shè)計(jì)的使用要求而節(jié)約了成本降低了能量消耗。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要使用系列化，通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的需求，降低了經(jīng)濟(jì)成本。2.32.3 工作裝置的典型工況分析工作裝置的典型工況分析本課題典型工況是依據(jù)文獻(xiàn)和進(jìn)行確定的。典型工況的具體分析說明如下：鏟斗挖掘工況是鏟斗液壓缸單獨(dú)動(dòng)作時(shí)進(jìn)行挖掘的工況。斗桿挖掘工況是斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。聯(lián)合挖掘工況是鏟斗和斗桿液壓缸聯(lián)合進(jìn)行復(fù)合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行挖

31、掘的工況，必要時(shí)需用動(dòng)臂液壓缸進(jìn)行輔助，主要是需要軌跡控制的情況。圖圖 2-22-2 三點(diǎn)共線姿態(tài)三點(diǎn)共線姿態(tài)（1）工況一工況一是指斗齒尖和鏟斗、斗桿的絞點(diǎn)在一條直線上，此時(shí)，動(dòng)臂油缸、斗桿油缸作用力臂最大，該位置是動(dòng)臂油缸和斗桿油缸作用力臂最大，如圖 2- 12 / 222 所示。(2)工況二工況二是指動(dòng)臂油缸的作用力是最大的提升力，油缸壓力過載過大使應(yīng)改變工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和鉸點(diǎn)位置。液壓挖掘機(jī)斗齒最大的挖掘力是由鏟斗油缸是實(shí)現(xiàn)的。該位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮，如圖 2-3 所示。該位置動(dòng)臂和斗桿將受到最大的力矩作用，是動(dòng)臂和斗桿出現(xiàn)失效的危險(xiǎn)工況。挖掘力一樣時(shí)，動(dòng)臂和斗桿承受的作用力最大。對(duì)

32、該位置進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)強(qiáng)度分析是檢驗(yàn)動(dòng)臂和斗桿最大變形和(3)工況三工況三是指最高卸載姿態(tài)。液壓挖掘機(jī)處于該位置時(shí)，斗桿油缸和動(dòng)臂油缸全縮，鏟斗處于垂直工作地平面向下位置，如圖 2-4 所示該姿態(tài)工作裝置先滿斗上升，到卸載位置時(shí)卸載，目的是使裝載車能裝載盡可能多的物料。 。(4)工況四工況四是指停機(jī)面最大挖掘半徑姿態(tài)。最大挖掘半徑是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)中對(duì)挖掘能力評(píng)價(jià)主要指標(biāo)之一，它決定挖掘機(jī)的挖掘圍。挖掘機(jī)處于該姿態(tài)時(shí)，斗桿油缸全縮，斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)以與鏟斗齒尖處于共線位置，且通過調(diào)整動(dòng)臂油缸使鏟斗齒尖為于地面上，如圖 2-5 所示。液壓挖掘機(jī)處于該姿態(tài)，工作裝置下落將使挖掘機(jī)產(chǎn)生較

33、大的沖擊力，挖掘時(shí)將受到較大的土壤阻力。受力的最佳位置，從而可以得出其失效原因。圖圖 2-32-3 動(dòng)臂和斗桿受力最大動(dòng)臂和斗桿受力最大 圖圖 2-42-4 最高卸載姿態(tài)最高卸載姿態(tài) 13 / 22圖圖 2-52-5 停機(jī)面最大挖掘半徑姿態(tài)停機(jī)面最大挖掘半徑姿態(tài) 圖圖 2-62-6 最深挖掘位置處的姿態(tài)最深挖掘位置處的姿態(tài)(5)工況五工況五是指以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹?，處于最大挖掘深度，有最大的挖掘力，此時(shí)，動(dòng)臂下方到最低位置，鏟斗油剛作用力對(duì)鏟斗和斗桿鉸點(diǎn)有最大力臂，如圖 2-6 所示，挖掘機(jī)處于最深挖掘狀態(tài)。挖掘機(jī)處于該姿態(tài)時(shí)，鏟斗中物料較多，挖掘阻力較大，鏟斗、斗桿和動(dòng)臂都承受著較大的力作用。（6

34、）工況六工況六是指油缸全縮時(shí)的姿態(tài)。油缸全縮時(shí)的姿態(tài)即鏟斗油缸、斗桿油缸和動(dòng)臂油缸全縮時(shí)液壓挖掘機(jī)所處的姿態(tài)，如圖 2-7 所示。該姿態(tài)是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)中用于檢驗(yàn)在不同挖掘角下，挖掘阻力對(duì)工作裝置的作用效果的典型位置。圖圖 2-72-7 油缸全縮時(shí)的姿態(tài)油缸全縮時(shí)的姿態(tài) 14 / 223 3 液壓挖掘機(jī)的三維建模液壓挖掘機(jī)的三維建模通過對(duì)液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)和工況進(jìn)行分析，應(yīng)用 Solidworks 軟件完成了液壓挖掘機(jī)主要組成部件的三維建模。其中包括鏟斗、前臂、后壁、活塞油缸、連桿和銷。3.13.1 鏟斗鏟斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置繁多，鏟斗是挖掘機(jī)構(gòu)件中較為復(fù)雜的部分，鏟斗一般使用多為反鏟鏟斗，鏟斗

35、屬于結(jié)構(gòu)件類產(chǎn)品，由齒座、側(cè)齒、側(cè)刃、包板、側(cè)板和斗齒等部件組成，鏟斗在整個(gè)挖掘作業(yè)過程中，受力復(fù)雜較多，易受到磨損和損壞，在整個(gè)挖掘過程中承擔(dān)著挖掘作用，挖掘機(jī)鏟斗的剛度和焊接好壞，直接影響著鏟斗的使用壽命，是整個(gè)挖掘過程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。挖掘機(jī)鏟斗部分的主要制作過程是，先繪制出作與前臂和鏟斗油缸連桿的銜接部分的草圖，畫出草圖后拉伸，然后再切除；然后是鏟斗殼身的制作，畫出一條弧線后直接拉伸，兩側(cè)的部件也是畫出草圖后拉伸即可完成。 主要是鏟齒的制作過程，先拉伸出第一個(gè)鏟齒，然后進(jìn)行復(fù)制、粘貼或采用陣列操作，做出其余鏟齒，另外對(duì)鏟齒邊緣部分進(jìn)行采取切除圓角等操作，最后對(duì)鏟斗的背后切除即可完成，

36、 。圖圖 3-13-1 鏟斗殼身的三維建模鏟斗殼身的三維建模 15 / 22圖圖 3-23-2 挖掘機(jī)鏟斗的三維建模過程挖掘機(jī)鏟斗的三維建模過程3.23.2 斗桿斗桿圖圖 3-33-3 挖掘機(jī)斗桿的三維建模過程挖掘機(jī)斗桿的三維建模過程斗桿是通過斗桿上的齒條與推壓齒輪的齒和來實(shí)現(xiàn)伸縮并傳遞動(dòng)力，斗桿受力很復(fù)雜，但制作比較簡(jiǎn)單，該零件的繪制，通過先繪制出草圖經(jīng)過拉伸以與切除，外形構(gòu)造和曲面構(gòu)造等過程繪制出來的，之后的操作大部分都是切除操作最后再采取局部的圓角等修飾即可的到圖 3-3 中 斗桿。3.33.3 動(dòng)臂動(dòng)臂A A 16 / 22B B C C D EF圖圖 3-43-4 挖掘機(jī)動(dòng)臂的三維建

37、模過程挖掘機(jī)動(dòng)臂的三維建模過程挖掘機(jī)的動(dòng)臂是一個(gè)極其重要的部件，對(duì)挖掘機(jī)的正常作業(yè)時(shí)不可缺少的關(guān)鍵一部分，動(dòng)臂由上下兩段直和中間彎曲的三段組成，動(dòng)臂式通過焊接而成的，在制作德過程中要加強(qiáng)局部的強(qiáng)度，保證動(dòng)臂有較強(qiáng)的抗彎和抗扭矩力強(qiáng)度，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它的制作過程簡(jiǎn)單，動(dòng)臂的制作要先繪制出草圖再經(jīng)過一個(gè)拉伸就形成了基本框架，如圖 3-4 中的 A 所示，后面大部分都是切除的過程，如圖 3-4 中的 B，C 和 D，都是對(duì)動(dòng)臂局部的切除操作，圖 E 是拉伸一個(gè)與油缸臂桿連接的連接桿，通過拉伸，圓角，倒角過程可制作完成。3.43.4 其他零部件其他零部件其余零部件雖比較多，但建模亦比較容易。銷簡(jiǎn)單但種

38、類多，不同構(gòu)件間需不同規(guī)格的銷，得分別完成不同規(guī)格的銷，銷只須畫出草圖，拉伸就可以得出；鏟斗油缸連桿需畫出草圖，拉伸后切除然后做出倒角即可完成；鏟斗連桿做完草圖后拉伸就可完成；油缸連接部分畫出草圖然后拉伸完成，其余部分由旋轉(zhuǎn)完成，兩部分連接處需做倒角處理，油缸活塞與油缸制作類似，連接部分 17 / 22拉伸完成，其余部分由旋轉(zhuǎn)完成，兩部分連接處倒角完成。需注意前后油缸和活塞大小不一樣，須分別制作。 18 / 22圖圖 3-53-5 挖掘機(jī)其余部件的三維建模過程挖掘機(jī)其余部件的三維建模過程3.43.4 三維建模三維建模把上面所有部件組合在一塊就可以得到三維建模，即液壓挖掘機(jī)工作手臂。的三維建模，

39、如圖 3-6 所示。首先對(duì)斗桿和動(dòng)臂的連接處采取同心配合，再對(duì)斗桿和動(dòng)臂的右視基準(zhǔn)面采取重合配合；然后對(duì)鏟斗和斗桿的連接處采取同心配合，再對(duì)鏟斗和斗桿的右視基準(zhǔn)面采取重合配合，挖掘機(jī)的基本框架就出來了，剩下都是一些零部件的配合，主要也是采取同心配合后再采取重合配合，在此就不做重復(fù)敘述。圖圖 3-63-6 液壓挖掘機(jī)的三維建模液壓挖掘機(jī)的三維建模 19 / 224 4 液壓挖掘機(jī)的液壓挖掘機(jī)的模型的建立模型的建立液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)性能分析，特別是其動(dòng)靜態(tài)強(qiáng)度和剛度的分析關(guān)系到設(shè)計(jì)的好壞程度，液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)和研制需要對(duì)其各方面性能進(jìn)行分析，測(cè)試。我國國主要對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，由于液壓挖掘機(jī)工作對(duì)象的復(fù)雜性，我們要提高挖掘機(jī)的可靠性和安全性。本課題分析液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和工作裝置，并對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)典型工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析，本文對(duì)工作裝置的的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行的靜態(tài)性能分析，通過對(duì)結(jié)果的分析，提出設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和注意的問題。4.14.1 部件模型的建立部件模型的建立圖圖 4-14-1 部件的幾何模型部件的幾何模型動(dòng)臂由左右側(cè)扳、上下蓋板、前又板與其他輔助結(jié)構(gòu)件等焊接而成，斗桿由主體板、下底板、側(cè)板、方形座、側(cè)耳板等五大部分組成，鏟斗由斗齒、下底板、側(cè)板、用于與斗桿和連桿機(jī)構(gòu)相聯(lián)的耳板和一些加強(qiáng)板焊接而成。在建模過程中，各部件去除一些不影響分析結(jié)果的孔、倒角、吊耳等特征，焊