液压挖掘机正铲工作装置设计[毕业论文+CAD图纸+Pro/e模型]

机械毕业设计课题:液压挖掘机正铲工作装置设计[毕业论文+CAD图纸+Pro/e模型]

液压挖掘机正铲工作装置设计[毕业论文+CAD图纸+Pro/e模型]

液压挖掘机正铲工作装置设计[毕业论文+CAD图纸+Pro/e模型]

摘要

近年来，随着钢铁业、煤炭业、电力业的持续迅猛发展，挖掘机等工程机械的需求日益增加，并广泛地运用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事的土石方施工和矿山采掘工业中。由于其作业工况复杂多变，挖掘方式往往是凭借操作者的经验，根据实际作业工况决定，为了减小操作者的挖掘经验对挖掘效果的影响，就迫切需要建立起铲斗挖掘轨迹与各液压缸的直接对应关系，实现挖掘机操作的自动化。同时由于挖掘机的工作环境的复杂性及工况的多变性，就要求液压挖掘机本身结构要根据环境的不同作相应的调整，这就决定了挖掘机设计的平凡性、重复性。然而液压挖掘机的工作装置又是一个多自由度的多杆系统，各铰点的确定非常复杂，这些因素就造成了液压挖掘机的投资大、设计周期长，严重地影响了厂商的经济效益及国民经济的发展。

本文主要的设计工作主要有以下几个方面：在现场测绘及参考有关资料的基础上了解液压挖掘机的工作方式及工作环境。确定液压挖掘机各个工作装置的结构，查找相关资料并结合经验公式对挖掘机工作装置的总体进行设计，用比例法和经验公式计算出工作装置各部分的基本尺寸并对其进行应力分析，然后绘制出其二维CAD图纸，继而用PRO/E画出各装置的三维模型。将各装置装配后对其进行运动模拟仿真。

关键词：挖掘机；工作装置；CAD;PRO/E;运动仿真

The development and design of hydraulic excavator

Abstract

In recent years, as steel, coal industry and quarrying continued rapid development, excavators engineering machinery requirement increasingly, and is widely used in housing construction, road engineering, water conservancy construction, forestry development, port construction, national defense construction and conditions of fortifications mining extraction industryDue to the complex and changeable, mining operation condition is often with operator way according to the actual working experience, decision, in order to reduce homework to excavate the mining experience operator, the effects will is in urgent need to build up the bucket with various hydraulic cylinder dig trajectory direct corresponding relation, realize the automation. Excavator operationAt the same time because of the complexity of an excavator working environment and conditions, requires the fluidity of hydraulic excavator itself according to the different structural environment makes the corresponding adjustment, this determines the excavator design of ordinary sex, repeatability. However hydraulic excavator working device is a much more freedom, the hinge point bar system to determine the very complex, these factors will cause the hydraulic excavator big investment, design cycle is long, the serious influence on the economic benefits of the manufacturers and national economic development.

This paper mainly design work mainly in the following aspects: in the field surveying and mapping and reference on the basis of relevant information about the hydraulic excavator way of working and working environment Determine the hydraulic excavator, each working device search relevant material and structure of practical experience formula of the overall work device for excavators designed, use proportion method and experience calculation work device each part of basic size and carries on the stress analysis, and then plot its two-dimensional CAD drawings, and then painted with PRO/E 3d model of each device. After each device assembly of its motion simulation

Keywords: Hydraulic Excavator; Working device; Boom;Stick;Face-shovel

目录

1 前言 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2 液压挖掘机研究现状及发展动态 1
1.2.1 国外的研究现状及发展动态 2
1.2.2 国内的研究现状及发展动态 3
1.3 本文研究的主要内容 4
2液压正铲挖掘机工作装置的运动分析 5
2.1 液压正铲挖掘机的基本组成和工作原理 5
2.2 工作装置结构方案的确定 6
2.3 工作装置运动分析 9
2.3.1动臂运动分析 9
2.3.2斗杆运动分析 11
2.3.3斗齿尖的几种特殊工作位置的计算 12
3 工作装置尺寸的设计确定 15
3.1应用举例 15
3.1.2动臂及斗杆长度确定 16
3.1.2机构转角范围确定 17
3.2 油缸铰点及行程确定 17
3.2.1动臂油缸的铰点及行程确定 17
3.2.2 斗杆油缸铰点及行程确定 17
3.2.3 铲斗油缸铰点及行程确定 18
3.3工作装置的位置模型建立 18
3.3.1 动臂与平台铰点位置C的确定 18
3.3.2 动臂及斗杆长度的确定 19
3.3.3 机构转角范围确定 19
3.4工作装置油缸铰点及行程确定 24
3.4.1动臂油缸的铰点及行程确定 24
3.4.2斗杆油缸铰点及行程确定 27
3.4.3铲斗油缸铰点及行程确定 30
3.5液压正铲挖掘机三维模型 32
4 结论 33
参考文献 34
致谢 35

1 引言

1.1课题研究的背景和意义

目前我国露天矿的开采规模逐渐扩大，为了适应日益增大的矿用汽车铲装的需要，这就需要较大斗容的挖掘机，由于挖掘机愈大，每单位土石方的施工成本愈低，而液压挖掘机较机械式挖掘机有很多优点，但是国内对大型液压正铲挖掘机的研究较少，液压挖掘机工作装置是完成挖掘机各项功能的主要构件，其结构的合理性直接影响到挖掘机的工作性能和可靠性，对其研究是整机开发的基础，对工作装置进行优化，目的在于缩短研究和开发周期，降低产品成本，提高设计质量，本课题的任务就在于此[1]。
现代化建设速度，在很大程度上取决于各种工程建设速度，而工程机械水平的高低，又直接对工程建设速度发挥着促进或抑制作用。传统研发管理及设计方法只是被动地重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。作为一项设计，不仅要求方案可行、合理，而且应该是某些指标达到最优的理想方案。随着电子计算机的应用，在机械设计领域内，已经可以用现代化的设计方法和手段进行设计，来满足对机械产品提出的要求。利用优化设计方法，人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。可靠性是我国工程机械的致命弱点，我们要正视差距，增强科研开发力度，提高技术水平，更多地发展具有自主知识产权的高质量产品，进一步促进工程机械的发展[1]。

1.2 液压挖掘机研究现状及发展动态

挖掘机作为一种典型的土石方施工设备，在基础设施建设中起着十分重要的作用，因此加强对挖掘机的研究具有十分重要的意义，随着能源的紧缺和人们对环保意识的增强，节能技术研究成为同行学者关注的焦点没随着人类空间获活动的延伸，以及人类对挖掘机工作环境与功能要求的延伸，在遥控挖掘机和机器人化挖掘机研究方面正进行不懈努力，遥控挖掘机的研究离实用化已经不远，开发智能化的多功能挖掘机并使之成为真正的挖掘机器人还是人们追求的目标。由于挖掘作业中负载变化剧烈，有些学者已经开始将振动挖掘方式运用于减少挖掘阻力，减低功率消耗以及延长机器使用寿命方面的研究。近年来，随着人类对自然的开发，挖掘机也朝着大型化大功率化发展，从而满足人类对大型工程的需求。

1.2.1 国外的研究现状及发展动态

1）国外产品发展趋势

1950 年在意大利生产了第一台液压挖掘机，由于其挖掘能力强、生产率高、通用性好、操纵轻便等特点，在工程建设施工中起着重要的作用。六十年代，随着西方经济的发展，液压挖掘机需求数量急剧上升，但大多数属于中小型液压挖掘机。七十年代开始，随着科学技术的进步和大型水电工程及大型露天矿建设的需要，液压挖掘机向高速、高压、大斗容、大功率发展。随着液压挖掘机产量的提高和使用范围的扩大，世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高产品的竞争力。国外的一些公司开始研制大型矿用液压挖掘机，其中以德国、法国产品居多。

在液压挖掘机产品功能方面，液压挖掘机工作装置向多功能化的方向发展。当液压挖掘机配置不同的作业装置时，可以用来吊、夹、推、刮、松、挖、装、铣削、拆除、清除和压实等作业，且大都采用快换装置，驾驶员在驾驶室内就可以完成作业装置的更换，一般在2分钟内就可以完成作业装置的更换。工作装置中动臂、斗杆结构变化多样，扩展了主机的使用功能。随着传统型和通用型产品样机减少，一些有特殊构造的、有特色的产品和多功能的产品备受用户的青睐，这些多用途作业装置大大扩展了液压挖掘机的功用，提高了产品的施工适用性。同时也体现了各厂家市场差异化的产品发展战略和各自的技术水平。所以，研究专业性的挖掘机设计理论、方法甚至是专用软件，以便缩短设计周期、提高产品性能和可靠性，快速响应市场和用户的要求。

2）国外液压挖掘机设计方法研究现状

（1）设计理论和方法研究及应用。国外生产企业在产品的设计和研制过程中，广泛推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立了预测产品失效和更新的理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性处理系统。借助于现代设计理论和方法，缩短了新产品的研发周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程，提高其可靠性和耐久性。例如，德国Demag公司的H485型液压挖掘机，0&K公司的RH-400型液压挖掘机，Liebher的8994型液压挖掘机，法国Poclain公司的1000CK型液压挖掘机，都是应用现代设计理论和方法设计的新型机型。

（2）重视实验研究和电子计算机技术的应用。近年来，国外液压挖掘机产量急剧上升，结构逐步完善，在工程建设和施工行业中占有很重要的位置。液压挖掘机迅速发展的根本原因，在于机械本身的优越性，也由于下述几个因素：①重视试验研究工作，液压挖掘机的研制除了保证机械技术性能以外，十分重视挖掘机的使用经济性和工作可靠性，研制过程中，进行各种性能试验和可靠性试验，包括构件强度试验、系统试验、操纵试验、耐久性试验等，要通过严格的科学试验和用户评价，才进行定型生产；②重视电子计算机技术的应用，设计制造更轻便的工作装置，而不削弱其强度，其实对挖掘机工作装置的研究已经十分成熟。它的应用加快了新产品的发展速度，使新产品从设计到批量生产的周期缩短到2～3年左右。
（3）采用新结构和新材料，利用现代设计技术和先进制造技术，仍是保证和提高液压挖掘机性能的一个较重要的途径[2]。

1.2.2 国内的研究现状及发展动态