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挖掘机仿形设计【优秀工程机械全套课程毕业设计含SW三维建模及6张CAD图纸】

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关键词：: 挖掘机设计优秀优良工程机械全套课程毕业设计 sw 三维建模 cad 图纸

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挖掘机仿形设计【优秀工程机械全套课程毕业设计含SW三维建模及6张CAD图纸】

【带开题报告+外文翻译】【21页@正文11400字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ】.bat

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摘要

最初挖掘机是手动的，从发明到2013年已经有一百三十多年了，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。第一台液压挖掘机由法国波克兰工厂发明成功。由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲地悬挂式挖掘机。1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%，已接近100%。

第一代挖掘机：电动机、内燃机的出现，使挖掘机有了先进而合适的电动装置，于是各种挖掘机产品相继诞生。1899年，第一台电动挖掘机出现了。第一次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上，这种柴油发动机(或电动机)驱动的机械式挖掘机是第一代挖掘机。

第二代挖掘机：随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃。1950年德国的第一台液压挖掘机诞生了。机械传动液压化是第二代挖掘机。

第三代挖掘机：电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使挖掘机有了自动化的控制系统，也使挖掘机向高性能、自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在1965年前后，而在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体化技术则在1985年左右，当时主要目的是为了节能。挖掘机电子化是第三代挖掘机的标志。

关键词：挖掘机液压悬臂有限元分析

Abstract

The first excavator is manual, from the invention in 2013 has been one hundred and thirty years, experienced a gradual development of the automatic hydraulic excavator rotary bucket excavator driven by steam to electric drive and internal combustion engine driven rotary excavator, application of mechatronics technology during the. The first hydraulic excavator factory in France invented successfully by poclain. The application of hydraulic technology, in twentieth Century 40 has been installed in the tractor equipped with hydraulic backhoe hanging type excavator. In 1951, the first full hydraulic backhoe excavator located by the French Poclain (POCLAIN) factory launched, thus creating a new space in the field of technology development of excavator, twentieth Century 50 in the early and metaphase develops towed all rotary hydraulic excavators and crawler hydraulic excavator. The early trial of hydraulic excavator hydraulic technology is used aircraft and machine tools, the lack of suitable excavator hydraulic components in various working conditions, the manufacturing quality is not stable enough, the pieces do not fully support. From twentieth Century since 60, hydraulic excavator into spreading and flourishing development stage, excavators manufacturing plant and breed increases quickly, production soared. During the period of 1968-1970 hydraulic excavator, excavator production accounted for 83% of total output, has close to 100%.

The first generation of excavator: the emergence of motor, internal combustion engine, the excavator is an electric device of advanced and suitable, so all kinds of excavator product birth. In 1899, the first electric excavator appeared. After the first World War, the diesel engine is also used in excavator, this kind of diesel engine (or motor) excavator driver is the first generation of excavator.

The second generation of excavator: with the widespread use of hydraulic technology, make the excavator with more scientific and suitable gearing, hydraulic transmission instead of mechanical transmission is a big leap in technology of excavator. The first hydraulic excavator was born in Germany in 1950. Mechanical transmission is the second generation of hydraulic excavator.

The third generation of excavator: electronic technology especially the wide application of computer technology, the automatic control system of excavator has, also make the excavator to the development of high performance, automation and intelligent direction. Germination of electromechanical integration occurs around 1965, and in the mass production of hydraulic excavator on adopting the technology of Mechatronics in around 1985, when the main purpose is to save energy. Excavator electronic is a symbol of the third generation of excavator.

Keywords: Hydraulic pressure finite element analysis

摘要1

目录3

第一章绪论4

1.2 挖掘机平台特点5

1.3挖掘机系统主要部件介绍6

1.4 悬臂设计9

1.4.1悬臂的作用9

1.4.2悬臂的结构设计10

1.4.3悬臂力学分析10

1.5传动的工作原理和组成11

１.5.1工作原理11

1.5.2传动系统的基本组成12

1.6 研究的内容12

第二章液压系统功能原理的设计12

2.1 明确技术要求12

2.2 执行元件的配置确定及动作顺序12

2.3 确定液压系统主要参数13

2.3.1 计算和确定液压缸的主要结构尺寸13

2.3.2 计算液压缸所需流量14

2.4液压系统图的拟定14

2.4.1制定液压回路方案14

2.4.2原理草图的绘制15

2.5 元件的选型与设计16

2.5.1 液压缸的选择16

2.5.2液压控制阀的选择17

2.5.3液压辅助元件及工作介质的选择18

2.6 前景展望19

第三章设计中的不足及要注意的问题20

3.1 设计中的不足之处20

3.2 使用液压系统要注意的问题20

参考文献21

设计总结22

第一章绪论

1.1 挖掘机平台功能及其意义

参考文献

[1] 张浩,党新安. 全高压燃油机传动系统设计[J]. 重庆工学院学报, 2006，20(08):54-56.

[2] 张增林，关正，王志民等.MKJ一1型高密度牧草捆包机[J].农牧与食品机械，1992（03）：33-34；

[3] 禹振军. Y K - 1 0 型液压打捆机的设计[J].农业机械，2007；

[4] 秦丽君. 捆扎机自动控制系统[J]. 职大学报, 2000(02)；

[5] 王春光，李林，童淑敏等. 打捆机草捆后捆绳张力的测试研究[J].内蒙古农牧学院学报，1998，15（03）；

[6]乔中华，王海栓.全自动打捆机液压系统分析[J].山西机械，2001；

[7]赵洪刚.饲草压捆机动态特性仿真研究[D].东北林业大学，2007；

[8]刘祥鹏，孙传祝，姜常尊，陈鲁光. 小型方草捆捆机压缩机构设计[J].山东理工大学，2012，12；

[9]魏春雨，高兴岐，薛凤英，刘金国. 打捆机驱动系统的设计和受力分析[J].鞍山科技大学，2002，31（04）；

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内容简介：: 1 毕业论文 (设计 )开题报告课题名称：挖掘机仿形设计学生姓名：学号：学院：专业年级：指导教师：职称：毕业论文 (设计 )起止时间 2013.3 2013.6 nts 2 一、本课题来源及研究的目的和意义 1.1 来源自拟题目 1.2 研究的目的和意义挖掘机，又称挖掘机械（ excavating machinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。挖掘机最重要的三个参数：操作重量（质量），发动机功率和铲斗斗容。最初挖掘机是手动的，从发明到 2013 年已经有一百三十多年了，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。第一台液压挖掘机由法国波克兰工厂发明成功。由于液压技术的应用， 20 世纪40 年代有了在拖拉机上配装液压反铲地悬挂式挖掘机。 1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间， 20 世纪 50 年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从 20 世纪 60 年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。 1968-1970 年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83%，已接近 100%。第一代挖掘机：电动机、内燃机的出现，使挖掘机有了先进而合适的电动装置，于是各种挖掘机产品相继诞生。 1899 年，第一台电动挖掘机出现了。第一次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上，这种柴油发动机 (或电动机 )驱动的机械式挖掘机是第一代挖掘机。第二代挖掘机：随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃。 1950 年德国的第一台液压挖掘机诞生了。机械传动液压化是第二代挖掘机。第三代挖掘机：电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使挖掘机有了自动化的控制系统，也使挖掘机向高性能、自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在 1965 年前后，而在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体化技术则在 1985 年左右，当时主要目的是为了节能。挖掘机电子化是第三代挖掘机的标志。 nts 3 二、本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状 2.1分类常见的挖掘机按驱动方式有内燃机驱动挖掘机和电力驱动挖掘机两种。其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧与地下矿井和其它一些易燃易爆的场所。按照规模大小的不同，挖掘机可以分为大型挖掘机、中型挖掘机和小型挖掘机按照行走方式的不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式挖掘机。按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘机。机械挖掘机主要用在一些大型矿山上。按照用途来分，挖掘机又可以分为通用挖掘机，矿用挖掘机，船用挖掘机，特种挖掘机等不同的类别按照铲斗来分，挖掘机又可以分为正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机和抓铲挖掘机。正铲挖掘机多用于挖掘地表以上的物料，反铲挖掘机多用于挖掘地表以下的物料。 1.反铲挖掘机反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。 2.正铲挖掘机正铲挖掘机的铲土动作形式。其特点是“前进向上，强制切土”。正铲挖掘力大，能开挖停机面以上的土，宜用于开挖高度大于 2m的干燥基坑，但须设置上下坡道。正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些，可开挖含水量不大于 27%的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业，还可以挖掘大型干燥基nts 4 坑和土丘等。正铲挖土机的开挖方式根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种：正向挖土，侧向卸土；正向挖土，反向卸土。 3.拉铲挖掘机拉铲挖土机也叫索铲挖土机。其挖土特点是：“向后向下，自重切土”。宜用于开挖停机面以下的、类土。工作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远，挖土半径和挖土深度较大，但不如反铲灵活准确。尤其适用于开挖大而深的基坑或水下挖土。 4.抓铲挖土机抓铲挖土机也叫抓斗挖土机。其挖土特点是：“直上直下，自重切土”。宜用于开挖停机面以下的、类土，在软土地区常用于开挖基坑、沉井等。尤其适用于挖深而窄的基坑，疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于装载碎石、矿渣等松散料等。开挖方式有沟侧开挖和定位开挖两种。如将抓斗做成栅条状，还可用于储木场装载矿石块、木片、木材等。三、课题的研究内容、目标及可行性分析 3.1 研究的内容 (1)资料调研及分析，了解挖掘机统现状，掌握其国内外发展趋势； (2)从工作原理、工艺过程、关键机构等方面进行分析研究； (3) 通过试验测试性能达到最优 (4)挖掘机统的设计：根据试验确定的最优参数，设计挖掘机统的机构零件，进而完成挖掘机统的设计，分析挖掘机统容易出现的故障，分析其原因，指出解决方案； (5)通过仿真动画及机构运动分析，验证挖掘机统机构的合理性； (6)分析挖掘机统机可行性，提出初步方案； (7)对自己的工作进行总结，提出后续研发方向。 3.2 需要克服的问题（ 1）低水平的产品重复太多，总体技术含量低，制造粗糙，加工设备精度低等：要想克服nts 5 此种现象，我们挖掘机统行业首先要做的就是大力增加产品的制造工艺的研发力度，加强制造过程中的要求，在制造过程中还要不断的对产品进行精度的实验，提高产品制造过程中的精度要求。（ 2）研发经费少，技术力量薄弱：这种现象是挖掘机统发展过程中的历史问题造成的，由于挖掘机统发展初期是靠引进国外先进技术发展开来的，所以在挖掘机统发展过程中我们本土企业就很少投入研发经费，以至于造成了现在技术力量薄弱的现象，挖掘机统要想发展出本土特色，并逐渐的发展走向国际，我们现在必须要做的就是加大经费投入，提高挖掘机统的整体技术力量。（ 3）能够把挖掘机统发展推向国际贸易的人员匮乏：挖掘机统实现本土化发展后，我们要再看的就是挖掘机统如何走出国门，走向国际，这样的挖掘机统发展最终就离不能够把产品推向国际的贸易人才，对贸易人才综合素质的要求必须不断的提高（ 4）挖掘机统机市场应变能力不强：由于以上三个因素的综合，造成了挖掘机统的整体欠缺，所以综合以上就出现了在市场不断变化的环境中，挖掘机统的发展不能够及时适应市场的变化，最终造成我们挖掘机统机行业的整体应变能力不强，想要克服这种现象，最重要的就是要克服以上三种情况。 3.3 可行性分析通过对本课题的熟悉和相关资料的查阅，我对本课题有了一个较全面的了解，掌握了现有平地机的类型、工作原理和工作特点以及工作参数，并且获得了许多可供参考的数据。四年的大学学习和以往课程设计的经验，我已具备了机械原理，机械设计等方面的理论知识和实践经验，结合自己掌握的制图软件知识，可以在规定时间内完成本次毕业设计 3.4 设计目标设计：其中含二维图（ CAXA），三维图（ SW），设计说明书一份。四、完成本课题的工作方案及进度计划一：熟悉毕业设计任务，查阅有关资料，完成开题报告；（ 3 月 5 日至 3 月 12 日）二：校内外调研，对查阅、调研资料分析总结，完成文献综述；（ 3 月 13 日至 3 月 18 日）三：优化各个系统并确定总体方案；（ 3 月 19 日至 3 月 25 日）四：挖掘机统的设计研究；（ 3 月 26 日至 4 月 3 日）五：机具设计，绘制二维图 ,制作动画；（ 4 月 4 日至 5 月 4 号）六：设计说明书整理完善；（ 5 月 4 日至 5 月 18 日）七：答辩准备：打印图纸，说明书，答辩提纲，幻灯片制作。（ 5 月 19 日至 6 月 3 日）八：答辩（ 6 月 8 日至 6 月 10 日） nts 6 五 . 参考文献 1 赵雪松，任小中，于华 .机械制造装备设计 .华中科技大学出版社 ,2009. 2 张有枕，张莉彦 .机械创新设计 .清华大学出版社 .2011. 3 楼应侯，孙树礼，卢桂萍 .互换性与技术测量 .华中科技大学出版社 .2012 4 杨可桢，程光蕴，李仲生 .机械设计基础（第五版） .高等教育出版社， 2006. 5 梁鄂 .水产养殖 .水产专业出版社， 1979 6 田光辉，林红旗主编模具设计与制造北京大学出版社 7 俞芙芳塑料成型工艺与模具设计武汉：华中科技大学出版社， 2007 8 吴明友 UG NX6.0 数控编程化学工业出版社 2012 9 邓明等现代模具制造技术北京：化学工业出版社， 2005 10何铭新，钱可强，徐祖茂高等教育出版社 2010 11 赵敏海，徐丽娟 AutoCAD 实用教程哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2009 12 周建平模具 CAD/CAM 技术综述中国科技信息， 2012 年（ 9） 13田绪东，管殿柱 Pro/ENGINEER wildfire 4.0 三维机械设计 .机械工业出版社，2012 14黄健求，王立涛，迟京瑞 .机械制造技术基础 .华中科技大学出版社， 2013 nts 7 指导教师审阅意见：指导教师（签字）：年月日备注： nts 8 nts 机械电气工程学院本科毕业设计 (论文 ) 题目：挖掘机仿形设计院（系）：专业：学号：姓名：指导教师：完成日期： 2013年 6 月 nts 1 摘要最初挖掘机是手动的，从发明到 2013 年已经有一百三十多年了，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。第一台液压挖掘机由法国波克兰工厂发明成功。由于液压技术的应用， 20世纪 40年代有了在拖拉机上配装液压反铲地悬挂式挖掘机。 1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间， 20 世纪 50 年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从 20 世纪 60 年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970 年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83%，已接近 100%。第一代挖掘机：电动机、内燃机的出现，使挖掘机有了先进而合适的电动装置，于是各种挖掘机产品相继诞生。 1899 年，第一台电动挖掘机出现了。第一次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上，这种柴油发动机 (或电动机 )驱动的机械式挖掘机是第一代挖掘机。第二代挖掘机：随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃。 1950 年德国的第一台液压挖掘机诞生了。机械传动液压化是第二代挖掘机。第三代挖掘机：电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使挖掘机有了自动化的控制系统，也使挖掘机向高性能、自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在 1965 年前后，而在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体化技术则在 1985 年左右，当时主要目的是为了节能。挖掘机电子化是第三代挖掘机的标志。关键词：挖掘机液压悬臂有限元分析 nts 2 Abstract The first excavator is manual, from the invention in 2013 has been one hundred and thirty years, experienced a gradual development of the automatic hydraulic excavator rotary bucket excavator driven by steam to electric drive and internal combustion engine driven rotary excavator, application of mechatronics technology during the. The first hydraulic excavator factory in France invented successfully by poclain. The application of hydraulic technology, in twentieth Century 40 has been installed in the tractor equipped with hydraulic backhoe hanging type excavator. In 1951, the first full hydraulic backhoe excavator located by the French Poclain (POCLAIN) factory launched, thus creating a new space in the field of technology development of excavator, twentieth Century 50 in the early and metaphase develops towed all rotary hydraulic excavators and crawler hydraulic excavator. The early trial of hydraulic excavator hydraulic technology is used aircraft and machine tools, the lack of suitable excavator hydraulic components in various working conditions, the manufacturing quality is not stable enough, the pieces do not fully support. From twentieth Century since 60, hydraulic excavator into spreading and flourishing development stage, excavators manufacturing plant and breed increases quickly, production soared. During the period of 1968-1970 hydraulic excavator, excavator production accounted for 83% of total output, has close to 100%. The first generation of excavator: the emergence of motor, internal combustion engine, the excavator is an electric device of advanced and suitable, so all kinds of excavator product birth. In 1899, the first electric excavator appeared. After the first World War, the diesel engine is also used in excavator, this kind of diesel engine (or motor) excavator driver is the first generation of excavator. The second generation of excavator: with the widespread use of hydraulic technology, make the excavator with more scientific and suitable gearing, hydraulic transmission instead of mechanical transmission is a big leap in technology of excavator. The first hydraulic excavator was born in Germany in 1950. Mechanical transmission is the second generation of hydraulic excavator. The third generation of excavator: electronic technology especially the wide application of computer technology, the automatic control system of excavator has, also make the excavator to the development of high performance, automation and intelligent direction. Germination of electromechanical integration occurs around 1965, and in the mass production of hydraulic excavator on adopting the technology of Mechatronics in around 1985, when the main purpose is to save energy. Excavator electronic is a symbol of the third generation of excavator. Ke ywords : Hydraulic pressure finite element analysis nts 3 目录摘要 . 1 目录 . 3 第一章绪论 . 4 1.2 挖掘机平台特点 . 4 1.3 挖掘机系统主要部件介绍 . 5 1.4 悬臂设计 . 8 1.4.1 悬臂的作用 . 8 1.4.2 悬臂的结构设计 . 8 1.4.3 悬臂力学分析 . 9 1.5 传动的工作原理和组成 .10 .5.1 工作原理 .10 1.5.2 传动系统的基本组成 .10 1.6 研究的内容 . 11 第二章液压系统功能原理的设计 . 11 2.1 明确技术要求 . 11 2.2 执行元件的配置确定及动作顺序 . 11 2.3 确定液压系统主要参数 . 11 2.3.1 计算和确定液压缸的主要结构尺寸 . 11 2.3.2 计算液压缸所需流量 .13 2.4 液压系统图的拟定 .13 2.4.1 制定液压回路方案 .13 2.4.2 原理草图的绘制 .14 2.5 元件的选型与设计 .14 2.5.1 液压缸的选择 .15 2.5.2 液压控制阀的选择 .16 2.5.3 液压辅助元件及工作介质的选择 .17 2.6 前景展望 .17 第三章设计中的不足及要注意的问题 .18 3.1 设计中的不足之处 .18 3.2 使用液压系统要注意的问题 .18 参考文献 .19 设计总结 .20 nts 4 第一章绪论 1.1 挖掘机平台功能及其意义最初挖掘机是手动的，从发明到 2013 年已经有一百三十多年了，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。第一台液压挖掘机由法国波克兰工厂发明成功。由于液压技术的应用， 20世纪 40年代有了在拖拉机上配装液压反铲地悬挂式挖掘机。 1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间， 20 世纪 50 年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从 20 世纪 60 年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970 年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83%，已接近 100%。第一代挖掘机：电动机、内燃机的出现，使挖掘机有了先进而合适的电动装置，于是各种挖掘机产品相继诞生。 1899 年，第一台电动挖掘机出现了。第一次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上，这种柴油发动机 (或电动机 )驱动的机械式挖掘机是第一代挖掘机。第二代挖掘机：随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃。 1950 年德国的第一台液压挖掘机诞生了。机械传动液压化是第二代挖掘机。第三代挖掘机：电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使挖掘机有了自动化的控制系统，也使挖掘机向高性能、自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在 1965 年前后，而在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体化技术则在 1985 年左右，当时主要目的是为了节能。挖掘机电子化是第三代挖掘机的标志。 1.2 挖掘机平台特点 1.2.1 挖掘机系统的优点挖掘机系统于二十世纪 90 年代中后期才正式进入实用化阶段。这类电控系统可分为：蓄压式电控系统、液力增压式电控系统和高压式电控系统。高压系统可实现在传统系统中无法实现的功能，其优点有： a. 系统中的压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合nts 5 性能。 b. 可独立地柔性控制正时，配合高的喷射压力（ 120MPa200MPa ），可同时控制 NOx 和微粒（ PM ）在较小的数值内，以满足排放要求。 c. 柔性控制速率变化，实现理想规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx ，又能保证优良的动力性和经济性。 d. 由电磁阀控制，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。由于高压系统具有以上的优点，现在国内外柴油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究。比较成熟的系统有：德国 ROBERT BOSCH 公司的 CR 系统、日本电装公司的 ECD-U2 系统、意大利的 FIAT 集团的 unijet 系统、英国的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系统等。 1.3 挖掘机系统主要部件介绍图 1 为高压电控系统的基本组成图。它主要由电控单元、驱动机构、轮毂部件、电控部分以及各种传感器等组成。低压燃油缸将燃油输入驱动机构，驱动机构将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过液压传动，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的定时、持续期由电液控制的电子器将燃油喷入气缸。 1.3.1 驱动机构驱动机构的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于系统中压力的产生于过程无关，且正时也不由驱动机构的凸轮来保证，因此驱动机构的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触nts 6 应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。 bosch 公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞缸来产生高达 135Mpa 的压力。该驱动机构在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统驱动机构的 1/9 ，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压腔中的压力的控制是通过对腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞缸中的一个压油单元使供油量减少。日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列缸来产生高压，如图 2 所示。该驱动机构对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 3 所示。 a 柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔； b 柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔； c 在达到供油量定时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨的油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的； d 凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。该方法使驱动机构不产生额外的功率消耗，但需要确定控制脉冲的宽度和控制脉冲与驱动机构凸轮的相位关系，控制系统比较复杂。 1.3.2 轮毂部件轮毂部件将供油缸提供的高压燃油分配到各器中，起蓄压器的作用， ECD-U2 系统的供轨管如图 4 所示。它的容积应削减驱动机构的供油压力波动和每个器由过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在 5Mpa 之下。但其容积又不能太大，以保证有nts 7 足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。 ECD-U2 系统的高压缸的最大循环供油量为 600 mm3 ，轮毂部件容积为 94000 mm3 。高压轮毂部件上还安装了压力传感器、液流缓冲器（限流器）和压力限制器。压力传感器向 ECU 提供高压油轨的压力信号；液流缓冲器（限流器）保证在器出现燃油漏泄故障时切断向器的供油，并可减小和液压传动中的压力波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。从上述分析可见，精确设计高压轮毂部件的容积和形状适合确定的柴油机是并不容易的。 1.3.3 电控部分电控部分是式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据 ECU 发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的定时、量和率喷入柴油机的燃烧室。 BOSCH 和 ECD-U2 的电控部分的结构基本相似，都是由于传统器相似的嘴、控制活塞、控制量孔、控制电磁阀组成，图 5 为 BOSCH 的电控部分结构图。在电磁阀不通电时，电磁阀关闭控制活塞顶部的量孔 A ，高压油轨的燃油压力通过量孔 Z 作用在控制活塞上，将喷嘴关闭；当电磁阀通电时，量孔 A 被打开，控制室的压力迅速降低，控制活塞升起，器开始；当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，控制活塞下行关闭器完成过程。控制了率的形状，需对其进行合理的优化设计，实现预定的形状。控制室的容积的大小决定了针阀开启时的灵敏度，控制室的容积太大，针阀在结束时不能实现快速的断油，使后期的燃油雾化不良；控制室容积太小，不能给针阀提供足够的有效行程，使喷射过程的流动阻力加大，因此对控制室的容积也应根据机型的最大量合理选择。控制量孔 A 、 Z 的大小对嘴的开启和关闭速度及过程起着决定性的影响。双量孔阀体的三个关键性结构是进油量孔、回油量孔和控制室，它们的结构尺寸对器的性能影响巨大。回油量孔与进油量孔的流量率之差及控制室的容积决定了嘴针阀的开启速度，而嘴针阀的关闭速度由进油量孔的流量率和控制室的容积决定。进油量孔的设计应使嘴针阀有足够的关闭速度，以减少嘴喷射后期雾化不良的部分。此外嘴的最小压力取决于回油量孔和进油量孔的流量率及控制活塞的端面面积。这样在确定了进油量孔、回油量孔和控制室的结构尺寸后，就确定了嘴针阀完全开启的稳定、最短过程，同时就确定了嘴的稳定最小量。控制室容积的减少可以使针阀的响应速度更快，使燃油温度对嘴量的影响更小。 nts 8 但控制室的容积不可能无限制减少，它应能保证嘴针阀的升程以使针阀完全开启。两个控制量孔决定了控制室中的动态压力，从而决定了针阀的运动规律，通过仔细调节这两个量孔的流量系数，可以产生理想的规律。由于高压喷射系统的喷射压力非常高，因此其嘴的喷孔截面积很小，如 BOSCH 公司的嘴的喷孔直径为 0.169mm 6 ，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。对于器电磁阀，由于系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。关于电磁阀的研究已由较多的文献报道，本文不再对此进行分析。 1.3.4 液压传动液压传动是连接轮毂部件和电控部分的通道，它应有足够的燃油流量减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且起动时中的压力能很快建立。各缸液压传动的长度应尽量相等，使柴油机每一个器有相同的压力，从而减少发动机各缸之间量的偏差。各液压传动应尽可能短，使从到嘴的压力损失最小。 BOSCH 公司的液压传动的外经为 6mm ，内径为 2.4mm ，日本电装公司的液压传动的外经为 8mm ，内径为 3mm 。 1.4 悬臂设计 1.4.1 悬臂的作用悬臂再本系统中有着很重要的作用。支撑着很多的管路部件，要给这些部件提供称重，和稳定性。稳定性是本系统的一个重要影响因素。管路的稳定性，能够防止泄露，防止元器件在工作过程中发生震动而松弛。所有本系统中悬臂的设计至关重要。 1.4.2 悬臂的结构设计如下图所示为悬臂的设计结果 nts 9 其主要功能为支撑管路部件，防止工作过程中产生震动，固定管路部件，使其在工作过程中稳定。悬臂采用不锈钢板，厚度为 10mm 1.4.3 悬臂力学分析 1.4.3.1 有限元介绍本设计使用有限元方法对悬臂进行力学分析在数学中，有限元法（ FEM， Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的 (较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件 (如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它是 50年代首先在连续体力学领域 -飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析。方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元nts 10 法分析计算的思路和做法可归纳如下：物体离散化将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算精度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 1.6 液压传动的工作原理和组成 .6.1 工作原理液压传动是以液体为工作介质，利用压力能来驱动执行机构的传动方式。该装置工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压缸、溢流阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。 1）工作原理如下：电动机驱动液压缸经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后 ,从缸的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。 2）工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。 1.6.2 液压系统的基本组成 1）能源装置液压缸。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。 2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。 3）控制装置液压阀（流量阀、压力阀、方向阀等）。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。 4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等 .通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 nts 11 5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。 1.8 研究的内容 (1)确定整体方案及拟定液压系统图 (2)确定液压系统参数，选择液压元件液压缸的选择液压缸的选择液压控制阀的选择油箱及工作介质的选择第二章液压系统功能原理的设计 2.1 明确技术要求 2.2 执行元件的配置确定及动作顺序本机的执行元件在运行过程中的运动形式是往复直线运动，尺寸和质量比较小，安装简单，因此选用液压缸中的单杆活塞缸。本机的动作顺序是启动时从原位先快进，然后达到工进，然后制动。往返时从停留位置快推到原位。 2.3 确定液压系统主要参数 2.3.1 计算和确定液压缸的主要结构尺寸单杆活塞缸的主要结构尺寸，设计如下：无杆腔为主工作腔，则， P1A1-P2A2=Fmax/ cm A1=D 2/4 nts 12 A2=(D 2-d2)/4 式中 P1 主工作腔压力， Pa; P2 回油腔压力（背压力）， Pa; A1 无杆腔的有效面积， m2; A2 液压缸有杆腔活塞的有效面积， m2; D d 液压缸活塞（缸筒）内径、活塞杆直径， m; Fmax 液压缸的最大负载力， N; cm 液压缸机械效率，一般取 cm=0.90.97。通常，液压缸以无杆腔作为主工作腔，即活塞杆受压工作，活塞面积为 A1=1P 1(F cm + P2 A2) 运用此公式确定缸的尺寸时，须事先确定 A1 和 A2的关系或活塞杆径 d 与活塞直径 D的关系。杆径比 =d/D 可按压力来取。表 1 按压力选取 =d/D 压力 / Mpa 5.0 5.07.0 7.0 杆径比 =d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 而 )1(4221 ppFDcm（ m）因为设计压力 10 Mpa5.0 Mpa，表 2 液压系统背压力系统结构情况背压力 pb ( MPa) 用节流阀的回路节流调速系统 0.30.5 对中高压液压系统背压力数值应放大 50%100% 用调速阀的回路节流调速系统 0.50.8 回有路上有背压阀的系统 0.51.5 采用辅助缸补油的闭式回路 0.81.5 nts 13 则根据表 2 可选杆径比 =d/D=0.50.55 ，取 =d/D=0 .7 由于该系统比较简单，属于一般轻载节流调速，则背压力 P2=0.20.5 Mpa，取 P2=0.5 Mpa，液压缸机械效率 cm取 0.9，代入式，可得 D=60.26mm，则 d=42mm 根据液压工程式设计手册，查的可知，可选取 HSG 01-63/dE型号的液压缸，缸径 D为 63mm，活塞杆直径 d为 45mm，最大行程为 750mm，符合要求。 2.3.2 计算液压缸所需流量液压缸的最大流量 qmax qmax=Avmax 式中 A 液压缸的有效面积， m2 vmax 液压缸的最大速度则， qmax=Avmax= d2 *vmax =3.14 20315.0 0.02 =62.31 10-6m3/s =62.31ml/s 2.4 液压系统图的拟定 2.4.1 制定液压回路方案 1)方向控制与调速方式方案的拟定方向控制方案的拟定，此装置是做简单的往复直线运动，则采用标准的普通换向阀进行换向即可，此机构采用三位四通手动换向阀。调速方式方案的拟定，此装置功率较小，负载变换不大，速度变化小，因此，采用节流调速。 2）油路的循环形式由于此系统选用了节流调速方式，则系统必然为开始循环系统。 3）动力源方案的拟定液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压缸。液压源型式与调速方案有关，此系统采用节流调速方案，则只能采用定量缸作为液压源。 nts 14 4）压力控制方案的制定液压系统的工作压力必须与所承受的负载相适应。对于定量缸供油的节流调速系统，系统应采用溢流阀与液压缸相连进行恒压控制。综上所述，本系统的主要回路部分是进油路节流调速回路以及回油路的平衡回路。 2.4.2 原理草图的绘制由图可知，当换向阀处于（ a）位置时，系统处于停车状态，处于（ b）位置时，系统启动液压缸带动工作台工作，处于（ c）位置时液压缸往回收缩。因此可见，通过换向阀，可以改变压力油的通路，使液压缸不断换向以实现工作台的往复直线运动。在回油路设置顺序阀与单向顺序阀，当回油路的油液压力小于 H 型顺序阀设定的压力值时，顺序阀处于关闭状态；当油液压力大于顺序阀设定的压力值时，顺序阀才会打开，这种设置可避免活塞杆在向下运动的过程中由于压板重力而失控，增加了设备的安全系数。 2.5 元件的选型与设计选择液压元件时一般应考虑以下问题：应用方面的问题，如主机的类型、原动机的特性、环境情况、安装形式及外形连接尺寸、货源情况及维护要求等。 nts 15 系统要求，如压力和流量的大小、工作介质的种类、循环周期、操纵控制方式等。经济性问题，如使用量，购置及更换成本，货源情况及产品质量和信誉等。应尽量使用标准化，通用化及货源条件较好的元件，以缩短制造周期，便于零部件的互换和维护。 2.5.1 液压缸的选择计算液压缸的最大工作压力 P（ Pa）液压缸的最大工作压力 P 取决于执行元件的最大工作压力，即 PpP 1+P 式中 P1 液压缸的最大工作压力， Pa P 系统进油路上的总压力损失， Pa，简单系统取 P= （ 0.20.5） 10 6Pa,则 ppP 1+P =10 106Pa+0.5 106Pa =10.5 106Pa 计算液压缸的最大流量 qp（ m3/s）取决于系统所需流量 qv qpq v=K（ q ） max 式中， qv 系统所需流量； K 系统的泄漏系数；一般取 1.11.3（大流量取小值，小流量取大值）（ q） max 同时动作时液压缸的最大总流量，对于工作过程始终用流量阀节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取（ 0.0330.05） 10-3 m3/s 则 qpq v=K（ q ） max=1.3 (4510 -6 +62.31 106 )=139.503 106 m3/s 其中 K取 1.3；溢流阀的最小溢流量取 0.045 10-3 m3/s 选择液压缸的技术规格为了保证系统不致因为过渡过程中过高的动态压力作用被破坏，液压缸应有一定的压力储备量，所选缸的压力一般要比最大工作压力 25%60%。该系统选用齿轮缸，则根据 CB-B 型齿轮缸技术规格，选择产品型号 CBT-E308 的齿轮缸。产品型号排量（ ml/r）转速范围（ r/min）额定压力（ Mpa） CBT-E308 8 8003000 16 计算液压缸的驱动功率并选择电动机 nts 16 a 驱动功率的计算在工作循环中，缸的压力和流量比较恒定，则液压缸驱动功率 Pp应按下式计算 Pp=pp qp cm 式中， Pp 、 qp为液压缸的最大工作压力（ Pa）和最大流量 (m3/s)， cm为液压缸的总效率则 Pp= pp qpcm=(10106 Pa139.503106 3m /s)/0.9 =1550W 其中， pp取值 10 106Pa， qp取值 139.503 10-6m3/s， cm取值 90%。 b 电机的选择，固定设备的液压系统，其液压缸通常用电机驱动。根据上述算出的功率和液压缸的转速及使用环境，根据 G/T9616-1999， Y系列（ IP44）三相异步电动机主要技术参数可知，选用 Y801-4 型号的电动机比较合适。其技术参数如下表：型号额定功率 /kW 满载转速 /(r/min) 最大转矩 /Nm 净重 /kg Y100L1-4 2.2 1430 2.2 34 此电机为一般用途的电动机，为全封闭结构自扇冷式，能阻止灰尘、铁屑、杂物侵入电动机内部。具有体积小、重量轻、效率高、耗电小、振动小、运行可靠和维修方便的特点，适用于灰尘多、土扬水溅的场合。 2.5.2 液压控制阀的选择液压控制阀式液压技术中品种与规格最多，应用最广的元件。此系统为一般液压传动系统，因此，所选用的都是标准的普通液压阀。液压传动中选择合适的液压阀，使系统的设计合理，性能优良，安装、维修方便，并保证该系统正常工作的重要条件一个液压系统各部分回路通过的流量不可能都相同。因此，不能单纯根据液压缸的额定输出流量来选择阀的流量参数，而应该考虑到液压系统在所有设计

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