DWY25多功能全液压挖掘机设计【石油】【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 第 1章 概述 . 3 . 3 点 . 6 . 9 章小结 . 10 第 2章 挖掘机结构设计 . 11 方案的确定 . 11 . 11 变幅机构分类 . 12 . 13 . 13 铲装置的工作特点 . 13 . 14 . 15 第 3章 挖掘机运动分析与有限元分析 . 16 . 16 . 16 . 18 压挖掘机的理论挖掘阻力 . 18 . 18 . 20 斗的受力分析 . 20 . 22 . 25 . 27 . 29 第 4章 整机稳定性分析 . 30 定性及计算方法 . 30 定性 . 30 . 30 . 32 . 33 第 5章 液压系统设计 . 34 . 34 . 34 . 35 . 35 . 35 . 35 . 36 要液压元件的选型设计 . 36 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 转液压马达的选型设计 . 36 作机构液压缸的选型设计 . 36 . 36 . 37 结 论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 40 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 第 1 章 概述 言 液压挖掘机是交通运输、能源开发以及城镇建设等各项工程建设的重要施工装备，它的使用也反映了这些部门的施工机械化水平。因此，重视和加速挖掘机改进 创新，稳定提高产品质量，满足用户需求，对加速现代化工程建设有着重大的意义。 液压挖掘机反铲装置是完成液压挖掘机各项功能的主要部分，其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。本文根据液压挖掘机反铲装置的结构特点和工作原理，通过类比各种型号挖掘机和其他工程车辆，将挖掘机的动臂设计为组合式动臂结构，大大扩大了挖掘范围，增加了机械工作效率。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 内外液压挖掘机现状、特点 近十年来，液压挖掘机总的发展趋势是围绕提高可靠性和效率、降低成本为核心，继续向大型化发展的同时向微型化发展；并着眼于 动力、传动系统的改进以达到高效节能。由于微电子技术的应用，使其自动化、机电一体化和智能化的进程加快。为适应应用范围和使用条件的不断扩大，标准化、组件化成为必要的条件，另外动力也不仅限于柴油机，也可以电力为动力。以全寿命理论为导向，延长维修周期、加快维修进度和降低维修费用；以人机工程学为基础，更好地设计和装备驾驶室，提高机械作业性能，降低振动和噪声，消除公害，是这液压挖掘机得以成功发展的关键。最近几年，各地对液压挖掘机的需求量日益增加，液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是不可回避的事实。其主要特点是： （ 1）结构 紧凑、机动灵活、零部件少、成本低、工作重量轻、生产能力高、挖掘高度高；下挖准确，具有良好的选采性能；功能多样，完成挖掘作业后可以迅速转化为辅助作业，如可自行清理场地，保持工地平整等。 （ 2）中小型液压挖掘机通用性强，既可以进行强力挖掘作业，也可以完成地表平整等轻巧作业，近年来还发展到装有碎石器，进行建筑物拆除和大块矿岩破碎等作业；用途广泛，依靠人机系统操纵和控制，使发动机功率最大限度地灵活运用，从而发挥机器的强大挖掘力，快速作业，且操作轻巧。 （ 3）产品规格以中小型为主，逐渐向微型化发展，同时兼顾发展大斗容 、大买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 功率液压挖掘机。例如在日本，由于缺乏劳动力，为降低施工成本而大力发展微型液压挖掘机，它们可在环境狭窄、恶劣施工条件下代替人工劳动。随着矿山开采的大型化，在欧洲发展了一批大型液压挖掘机。德马克公司 6251 的 、O&K 公司 5201 的 、利勃海尔公司 5301 的 和日本神户公司 4201的 等液压挖掘机均可以与矿用载重汽车配套。 （ 4）应用微电子技术，实现机电一体化和智能化。以液压挖掘机为主体，传感检测、信息处理、执行机构和接口等部分组合在一起，用微机和检测装置进行记录、 优选和显示挖掘机系统重要参数，自动调节功率分配，节省燃料、减少磨损、提高效率和可靠性。液压挖掘机智能化的最终结果是机器人化，甚至实现无人操纵或遥控，以便在人们无法接近的危险条件下作业。目前国外各制造公司竞相研制智能化的液压挖掘机，可获得巨大的经济效益和社会效益 1。 （ 5）改善司机工作环境，不断提高操作舒适性。设有全封闭防噪声、隔灰尘的驾驶室，与车架的连接采用抗振橡胶垫块，提高耐振性和舒适性，使工作噪声降到 80下。室内色彩协调、温度适宜、视野开阔、弹性座椅可调、自动化操作省力。装有可靠的驾驶室翻转支 撑机构，给维修带来极大的方便并大大提高安全性能。 早在 1958 年我国便开始了液压挖掘机的研制开发工作，随后开发出一系列比较成熟的产品，如 。当时由于受配件如发动机、液压件及企业自身条件的影响，其质量和产量远未达到应有的水平，与国外同类产品相比也存在较大差距。自改革开放以来，国产液压挖掘机行业进入了一个快速发展的重要阶段。出现了一批实力比较雄厚的生产企业如中国一拖、柳州工程机械厂、黄河工程机械厂、广西玉柴股份有限公司等。它们生产的部分产品已出口，打破了多年来主要由少数几家国外挖 掘机制造企业垄断国内市场的局面，使国产液压挖掘机的产量和质量都上了一个新台阶。 90 年代以来，随着迅速发展的微电子技术、计算机技术、控制技术、通信技术等新技术日益渗透到液压挖掘机技术中，世界各工业发达国家的液压挖掘机技术水平得以迅速提高，使一度与国外技术水平缩小的国产液压挖掘机再次与国外液压挖掘机差距拉大了。因此，国内液压挖掘机市场大部分被国外产品所占据的局面长期得不到改善。 随着我国改革开放的进一步深入，国家对基础建设和基础设施投资的规模日益扩大，国内用户对高质量、高水平、高效率的液压挖掘机的需求愈来愈迫切 。尤其是在城市建设中，对于中小型液压挖掘机的需求与日俱增。 对美国、日本和德国等工业发达国家工程机械的发展研究表明，他们在上述技术方面都有不同程度的发展，特别是微电子技术和液压挖掘机相结合的机电一体化技术更是发展迅速，促进了液压挖掘机控制技术的飞速发展。 国内液压挖掘机总的来说是机型和规格少，数量少、斗容量小，技术性能较低，可靠性和质量总的来说不如国外，品种、规格上满足不了国内市场需要。在买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 中国城市建设飞速发展的过程中，对于中小型挖掘机的外形尺寸，以及行走机构都有一定的限制。所以现在面临的问题就是开发研究新型 液压挖掘机。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 压挖掘机发展趋势 液压挖掘机问世以来，经历了探索、发展和提高等阶段，目前，不少国家液压挖掘机的使用在工业与民用建筑、道路建设、水力、矿山、市政工程等土石方施工中已越来越占有重要的位置 ;也是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工装备，是各国经济建设不可替代的装备。液压挖掘机的使用反映了这些国家的施工机械化水平。重视和加速挖掘机改进创新，稳定提高产品质量，满足用户需求，已成为生产和研制部门的重大课题 2。 （ 1）整机的发展趋势 液压挖掘机的整机发展，趋向 于大型化、微型化、多能化和专用化。大型矿用全液压挖掘机在短短几年内已由 100 吨级发展到 420 吨级，功率提高到 2352 马力，斗容达 30 立方米，目前发展仍是方兴未艾。大型机的特征是动力源采用两台或多台柴油机联合驱动，采用了节省能源、回收功率和积蓄能等功率有效利用的措施。结合城市建设和农村建筑的需要，国外发展了微型挖掘机，方米以下，最小的达 方米。微型机的特点是结构简单，轻便灵活，零部件尽量提高标准化程度。数量最庞大的中型机和小型机趋于一机多能的途径，有的国家统计，非建筑用的中、小型 机已占 30%左右，主要是在冶金工业和林业中作物料装卸和其他用途。中型机和小型机的特点是发展多种专业装置进行不同的作业 (也有通过液压接头，带动装在工作装置旁的油马达，驱动另一输送设备 )，不断提高性能，贯彻三化和提高单位机重的功率等。发展专门用途的特种挖掘机，可以提高工作效率，解决特殊施工困难，例如，目前发展有步履式、履带低比压式、低噪音、水下专用、水陆两用等品种。配合水下资源的开发，对水下专用挖掘机更较重视，开展了无线电遥控、电液遥控和同步显示控制技术在水下挖掘机中应用的研究。 （ 2）工作装置的发展趋势 工作 装置的型式进一步扩大，除了常用的正铲、反铲以外，发展了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击工具、集装叉、高空作业架、绞盘与拉铲等几十种品种。工作装置的更换快速而简便，甚至在司机室内按动电钮，几秒钟即可换好，并且通过挖掘过程的研究，来控制工作装置的挖掘轨迹。目前正在研究连杆式、仿形式、套筒伸缩式、斗杆追随式和具有运算输入装置的轨迹控制装置。 （ 3）控制技术的发展 将飞速发展的电子技术运用于控制领域，通过可编程控制元件、总线控制技术的成功运用、大幅度减化控制系统 、提高操纵控制性能和安全性能，使大型挖掘机的操纵变得越来越容易、越来越灵敏，更具人性化。各种带有总线接口的发买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 动机、变速箱、液压阀、油泵、马达等控制和执行元件已较为成熟，成为挖掘机发展的重要支撑 。 （ 4）智能化 随着挖掘机吨位的增大，智能化显得越来越重要，主要是指故障自诊断和自动安全保护功能的不断扩展和提升。由于可编程控制技术的逐渐成熟，这类功能的实现显得越来越容易，也必将成为挖掘机发展的重要趋势。 章小结 本章主要介绍了挖掘机在交通运输、能源开发以及城镇建设等各项工程建设中起到越来越大的作用，随 着国家对道路建设的需求迅速增长，挖掘机的应用巨大市场，以及国内外挖掘机的发展情况及目前的发展趋势，为本次设计的挖掘机提供了行业应用基础。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 第 2 章 挖掘机结构设计 压挖掘机方案的确定 多功能全液压挖掘机 适用于 房屋建筑 、 道路工程 、 水利建设、农田开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量，加快建设速度，提高劳动生产率起到巨大作用。根据行走装置结构、动臂和斗杆的不同形式大致可以划分成以下两种类型。 底盘结构分类 按底盘结构方式可分为履带式、轮胎式、 汽车式、步履式、轨道式、拖式、浮式等液压挖掘机，如图 2示。 a) 履带式液压挖掘机 b) 轮胎式液压挖掘机 C）浮式挖掘机 d）汽车式挖掘机 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 e）轨道式挖掘机 f）步履式挖掘机 图 2底盘结构分类 履带式液压挖掘机的优点是 履带式重心低，在进行作业时也可以移动 ，驱动力大，接地比压小，越野性能好，稳 定性好，爬坡能力大，转弯半径小，灵活性好。缺点是履带式的行走制造成本高，运行速度低，功率消耗大，零件磨损快，长距离运行时要用运输车辆。 轮胎式液压挖掘机运行速度快，机动性好，不损坏路面，但是接地比压大，爬坡能力小，作业时需要用专门支腿，稳定性和安全性稍差。 轮胎式液压挖掘机运行速度快，机动性好，不损坏路面，但是接地比压大，爬坡能力小，作业时需要用专门支腿，稳定性和安全性稍差。 汽车式挖掘机机动灵活，行驶速度高。汽车式挖掘机突出的缺点是汽车前方为挖掘作业盲区，影响挖掘性能的发挥。 步履式、轨道式、浮式挖掘机适 用于特殊工作，实用性不够广泛。 变幅机构分类 变幅机构可分为整体式和组合式，其中组合式包括伸缩式和非伸缩式结构。如图 2示。 a) 整体式动臂 +整体式斗杆结构 b) 组合式动臂 +整体式斗杆结构 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 c) 整体式动臂 +伸缩式斗杆结构 图 2变幅机构分类 整体式结构简单、价廉、刚度相同时结构重量较组合式动臂轻，它的缺点是替换工作装置较少、通用性较差，一般适用于作业条件相似的反铲装置。 组合式结构的工作尺寸和挖掘力可以根据 作业条件的变化进行调整；能够较合理地满足各类作业装置的参数和结构要求，从而较简单的解决主要构件的统一化问题，下动臂一般可以适应各种作业装置要求，不需拆换；装车运输也比较方便。 定设计方案 根据不同类型底盘和动臂斗杆结构的优缺点确定本次设计方案为：底盘选用履带式，采用组合式动臂和整体式斗杆变幅机构的反铲装置。主动臂下铰点铰接在转台上，通过主动臂缸的伸缩，使主动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动，副动臂下铰点铰接在主动臂上，通过副动臂缸的伸缩，使副动臂连同斗杆绕主动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕副 动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。底盘采用利勃海尔 构，回转支撑采用内齿式回转支撑，发动机用 采用全回转机构的高速方案， 此类型挖掘机操作轻便灵活、安全可靠，能满足挖掘、挖沟等作业施工要求。 幅机构的特点及设计原则 铲装置的工作特点 液压挖掘机的反铲装置主要用于挖掘停机面以下土壤（基坑、沟壕等）。其挖掘轨迹决定于各油缸的运动及其相互配合情况。通常情况下，分为动臂挖掘、斗杆挖掘、转斗挖掘等几种情况 3。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 （ 1）动臂挖掘：当采用动臂油缸工作来进行挖掘时（斗杆和铲斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。此时铲斗的挖掘轨迹系以动臂下铰点为中心，斗齿至该铰点的距离为半径所作的圆弧线。其极限挖掘高度和挖掘深度（不是最大挖掘深度）即圆弧线之起终点，分别决定于动臂的最大上倾角和下倾角 (动臂与水平线之夹角 )，也即决定于动臂油缸的行程。由于这种挖掘方式时间长而且由于稳定条件限制挖掘力的发挥，实际工作中基本上不采用。 （ 2）斗杆挖掘：当仅以斗杆油缸工作进行挖掘时，铲斗的挖掘轨迹为圆弧线，弧线的长度与包角决定于斗 杆油缸的行程。当动臂位于最大下倾角，并以斗杆油缸进行挖掘工作时，可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。在较坚硬的土质条件下工作时，能够保证装满铲斗，故挖掘机实际工作中常以斗杆油缸工作进行挖掘。 （ 3）转斗挖掘：当仅以铲斗油缸工作进行挖掘时，铲斗的挖掘轨迹也为圆弧线，弧线的包角及弧长决定于铲斗油缸的行程。显然，以铲斗油缸上作进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时装满土壤，需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤。所以一般挖掘机的斗齿最大挖掘力都在采用铲斗油缸工作时实现。采用铲斗油 缸挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率。因此，在一般土方工程挖掘中，转斗挖掘较常采用。 在实际挖掘工作中，往往需要采用各种油缸的联合工作。如当挖掘基坑时由于挖掘深度较大，并要求有较陡而平整的基坑壁时，则需采用动臂与斗杆两种油缸的同时工作，当挖掘坑底，挖掘行程将结束为加速将铲斗装满土，以及挖掘过程需要改变铲斗切削角等情况下，则要求采用斗杆与铲斗油缸同时工作。虽然此时挖掘机的挖掘轨迹是由相应油缸分别工作时的轨迹组合而成。显然，这种动作能够实现还决定于液压系统的设计。 当反铲装置的结构形式及结构尺寸已 定时（包括动臂、斗杆、铲斗尺寸、铰点位置，相对的允许转角或各油缸的行程等），即可用 动分析求得挖掘机挖掘轨迹的包络图，即挖掘机在任一正常工作位置时所控制到的工作范围。对于反铲装置主要的工作尺寸为最大挖掘深度、最大卸载高度和最大挖掘半径。包络图中有部分区间靠近甚至深入到挖掘机停机点底下，这一范围的土壤虽可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影响机械的稳定和安全上作，除有条件的挖沟作业外一般不使用。挖掘机反铲装置的最大的挖掘力决定于液压系统的工作压力、油缸尺寸，以及各油缸间作用力之影响（斗杆、动臂油 缸的闭锁压力及力臂）外，还决定于整机的稳定和地面附着情况。因此反铲装置不可能在任何位置都能发挥最大挖掘力 4。 铲装置的设计原则 （ 1）主要工作尺寸及作业范围的要求，在设计时应考虑与同类型相比时的先买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 进性，性能与主参数应符合国家标准之规定。 （ 2）满足整机挖掘力大小及分布情况的要求。 （ 3）功率利用情况好，理论工作循环时间短。 （ 4）确定各个铰点布置，结构形状应尽可能使受力状态有利，在保证刚度和强度的前提下，重量越轻越好。 （ 5）应考虑到通用性和稳定性。 （ 6）运输或停放时应有合理的姿态。 （ 7）液压缸设计应考虑三化，采用系列参数。 （ 8）作装置应安全可靠，拆装方便。 （ 9）满足特殊使用要求。 章小结 本章主要介绍了各种挖掘机，通过对比最终确定了挖掘机的方案，借鉴其他挖掘机的优点来确定要设计的结构形式，变幅机构采用油缸变幅，其次介绍了挖掘机的结构组成及其工作原理。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 第 3 章 挖掘机运动分析与有限元分析 挖掘机设计中的应用 在挖掘机工作装置设计中，最困难的工作就是运动机构的设计与运动轨迹校核，目前多采用轨迹图法或根据几何约束条件建立方程组进行求解，但对于 运动部件多于三个的机构，设计起来就要麻烦得多，并且设计工作不直观，设计结果也不尽人意。而美国 司开发的基于 作系统的三维设计软件 能充分解决上述问题，该软件是集设计、运动轨迹校核及有限元分析于一体的强大应用软件，其建模速度快，直观，并能充分显示出各部件运动中相互之间的协调关系 5。 掘机反铲装置的运动分析 本章仅对工作装置进行仿真分析，因此，在 建立液压挖掘机工作装置的三维实体模型（如图 3示），按照是否存在相对 运动 (暂时不考虑行走运动、回转装置 )将挖掘机划分为：动臂、斗杆、铲斗、铲斗摇杆、铲斗连杆、主动臂液压缸、副动臂液压缸、斗杆液压缸、左履带、右履带。 图 3掘机模型图 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 液压挖掘机的基本参数是标示和衡量挖掘机性能的重要指标，同时也是挖掘机仿真与优化样机效能评估参数的组成之一。为测量液压挖掘机工作范围的主要作业尺寸，如最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大卸载高度等参数，这里采用 件对液压挖掘机的顺序工作方式进行运动学仿真。在各个液压缸添加驱动函数，这里采用阶跃函数即 数 6。具体设置如下： 主动臂液压缸驱动函数： ,0,15,700)+2,0,1250)+,50)； 斗杆液压缸驱动函数： ,0,6,850)+5,0,27,1000)+9,0,0)+,30)；铲斗液压缸驱动函数： ,0,9,600)+7,0,32,00)；副动臂液压缸驱动函数： 3,0,15,100)+2,0,200)+,00)。从而，得出液压挖掘机工作范围的包络曲线图（如图 3示）。 仿真过程依次为：从图 3作范围的 A 点（此时铲斗液压缸和斗杆液压缸处于全缩状态）开始调整主动臂液压缸到全缩状态（ 线），调整斗杆液压缸由全缩到全伸（ 线），调整铲斗液压缸由全缩到全伸状态（ 线），调 整主动臂液压缸和副动臂液压缸由全缩到全伸（ 线）、调整铲斗液压缸由全伸到全缩（ 线）、调整斗杆液压缸由全伸到全缩（ 线）、调整主动臂液压缸和副动臂液压缸由全伸到全缩（ 线） ,在运动轨迹的包络图中可能有部分区间靠近甚至深入到挖掘机停机点底下，这一范围的 土壤虽能挖及，但可能引起土壤的崩塌而影响挖掘机的稳定和安全工作，除有条件的挖沟作业（作业宽度小于挖掘机履带内侧距离）外一般不使用。 由图 3得出挖掘机的主要作业尺寸的仿真值： 最大挖掘半径 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大卸载高度的仿真值是 3495 图 3掘机包络图 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 掘机反铲装置的动力学分析 压挖掘机的理论挖掘阻力 挖掘机的挖掘力是指液压缸力通过相应构件传递给斗齿，用来切削土壤的作用力挖掘力是挖掘机的主要性能参数，它与液压缸的推力、各铰点的位置有关根据挖掘机挖掘方式的不同，挖掘过程可以分为：铲斗液压缸挖掘，斗杆液压缸挖掘及作复合动作挖掘一般认为斗容量小于 小型的液压单斗反铲 挖掘机或在土质松软时以铲斗挖掘为主，而斗杆挖掘主要适用于正铲大功率装置和一些坚硬的土壤或破碎岩石 7 （ 1）斗杆挖掘时挖掘阻力 6001 0 1 7 4 3 式中：0K 挖掘比阻力； 斗杆挖掘时的切削厚度； B 切削刃宽度影响系数， 1 ； b 铲斗的平均宽 度；6r 斗杆挖掘时的切削半径； 土壤的松散系数；g 斗杆挖掘过程中的总转角； q 斗容量。 （ 2）铲斗挖掘时挖掘阻力 Z a x m a c （ 3 式中： C 土壤的硬度系数，对不同 的土壤条件取值不同，这里设挖机用于级土壤的挖掘，取值为 4； R 铲斗与斗杆铰点到斗齿尖距离； 某一挖掘位置时铲斗总转角的一半； 某一挖掘位置处转斗的瞬时转角； B 切削刃宽度影响系数， 1 ； A 切削角变化影响系数； Z 带有斗齿的系数； X 斗侧壁厚影响系数， ,其中 S 为侧壁厚度 ；D 切削刃挤压土壤的力。 （ 3）复合动作挖掘时挖掘阻力 切向挖掘阻力 ，法向挖掘阻力 2 1 其中：0K 挖掘比阻力； b 斗宽； h 挖掘深度； 挖掘阻力系数。 由于液压挖掘机大都采用复合动作挖掘，根据设计参数可知斗宽 b =650掘深度 h =130为该铲斗所要涉及的工矿最多为级土壤，计算得1 =22000N。挖掘阻力垂直分力 2 4 022 0 00%4212 。 压挖掘机的动力学仿真与有限元分析 作用在铲斗刃口上的挖掘阻力可分为两种情况： 1)对称载荷； 2)偏心载荷。这买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 里只研究对称载荷的情况，物料的重力 G 的方向始终垂直向下，位置在铲斗的中部切向挖掘阻力 定义在铲斗中齿上。其中切向挖掘阻力的方向始终沿铲斗轨迹的切线指向铲斗斗齿，法向挖掘阻力 们的方向相对于地面是随着铲斗的转动而不断的 变化，但相对于铲斗是不变的。 以挖掘机复合动作方式的作业循环时间为依据，用系统提供的 数设定挖掘机在一个工作循环中的各个液压缸的驱动函数及受力函数。具体如下： 主动臂液压缸驱动函数： ,0,15,700)+2,0,1250)+,50)； 斗杆液压缸驱动函数： ,0,6,850)+5,0,27,1000)+9,0,0)+,30)；铲斗液压缸驱动函数： ,0,9,600)+7,0,32,00)；副动臂液压缸驱动函数： 3,0,15,100)+2,0,200)+,00)；切向挖掘阻力函数： ,0,32,22000)+2,0,59,法向挖掘阻力函数： ,0,32,9240)+2,0,59,重力函数： ,0,32,5000)+2,0,)+,5000)。 下面采用 挖掘机复合挖掘进行动力学分析仿真，计算出各个液压缸的受力曲线图（图 3 3示）。 图 3动臂油缸反作用力曲线 图 3动臂油缸反作用力曲线 图 3杆油缸反作用力曲线 图 3斗油缸反作用力曲线 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 由反作用力曲线可知，主动臂油缸的最大受力为 274012N，副动臂油缸的最大受力为 388821N，斗杆油缸的最大受力为 250254N，铲斗油缸的最大受力为111380N， 此结果为液压系统变幅油缸的选型设计提供了理论依据。 掘机反铲装置的静力学分析 由文献 8可以计算得出铲斗的基本尺寸，并在 斗的受力分析 斗的理 论挖掘阻力 由于液压挖掘机大都采用复合动作挖掘，根据设计参数可知斗宽 b =650掘深度 h =130为该铲斗所要涉及的工矿最多为级土壤，计算得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 零件序号 零件名称 材料 质量 体积 1 斗齿 m 2 铲斗 m （ 2）载荷、约束信息（如图 3 表 3荷、约束信息 制约 于 4 面 铰接。 力 /扭矩 于 5 面 应用法向力 22000 力 /扭矩 于 5 面 应用法向力 9240N 使用均匀分布 图 3荷、约束信息 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 （ 3）结果分析（如图 3 表 3斗分析结果 名称 类型 最小 位置 最大 位置 应力 1 力 2 (节 : 49120 ( (节 : 56308 (位移 1 位移 0 m 节 : 8483 (m 节 : 3391 (应变 1 对等应变 单元 : 7534 (单元 : 29763 (表 3束处反作用力 选择组 单位 总和 X 总和 Y 总和 Z 合力 4 个面 N 后，将铲斗载荷传递到连杆机构，并计算出每个连杆的受力情况。其中连杆和摇杆均为二力杆。 a) 铲斗应力图 b）铲斗位移图 c）铲斗应变图 图 3斗分析结果 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 由以上设计结果，可知铲斗设计合理，取铲斗安全系数为 n s 得，M P a 5 ， 所以符合挖掘机械设计要求。 杆的受力分析 反铲装置的 斗杆强 度主要为弯矩所控制，故其计算位置可跟据反铲工作中挖掘力对斗杆可能产生的最大弯矩来确定。根据斗杆工作情况的分析和试验说明，危险断面最大应力发生在采用转斗挖掘的工况下。其计算位置可按以下条件确定，一般取以下两个位置 9： 计算位置 1，如图 3件为： （ 1）动臂位于最低（动臂液压缸全缩）； （ 2）斗杆液压缸作用力臂最大（斗杆液压缸与斗杆尾部夹角为 90度）； （ 3）斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上； （ 4）侧齿遇障碍作用有侧向力。 这时，工作装置上的作用力有工作装置各部分的重量，作用于斗侧齿上的挖掘阻力 （包括切向分力1W， 法向分力2 W r （ 3 式中： r 横向阻力 回转平台制动器可承受的最大力矩。 图 3杆计算位置 I 图 3算位置 2 计算位置 2，如图 3件为： （ 1）动臂 位于动臂液压缸对铰点有最大作用力臂处； （ 2）斗杆液压缸作用力臂最大； （ 3）铲斗位于发挥最大挖掘力位置； （ 4）正常挖掘，即挖掘阻力对称于铲斗，无侧向力作用。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 此时工作装置上的作用力仅为工作装置的自重及斗齿上的作用力1 有限元分析 （ 1）零件材料 表 3杆零件材料 零件序号 零件名称 材料 质量 体积 1 斗杆 克 m （ 2）载荷、约束、网格信息（如图 3 图 3算位置 I 网格和载荷 （ 3） 结果分析（如图 3 表 3杆分析结果 名称 类型 最小 位置 最大 位置 应力 1 力 0N/ (节 : 31856 ( (节 : 11516 ( 位移 1 位移 m 节 : 42 (m 节 : 22147 (应变 1 对等应变 单元 : 15837 (单元 : 7889 ( 表 3束处反作用力 选择组 单位 总和 X 总和 Y 总和 Z 合力 面 1 N 2 N 文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 a）应力图 b）位移图 c）应变图 图 3 杆分析结果 由分析结果可知斗杆最大应力为 斗杆安全系数为 2，由n s 得 =345/2=计符合要求。 有限元分析 （ 1）零件材料如表 3 （ 2）载荷、约束、网格信息（如图 3示） 图 3算位置 2 网格和载荷 （ 3）结果分析（图 3 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 a）应力图 b）合位移图 c）应变图 图 3析结果图 由计算结果可知，斗杆最大应力为 斗杆安全系数为 2，由n s 得 =345/2=以设计符合强度要求。 动臂的受力分析 计算位置 1（如图 3其应满足以下条件： （ 1） 动臂油缸全缩； （ 2）斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与副动臂铰点在同一条直线； （ 3）铲斗挖掘时，斗边点遇到障碍； 该工况也就是最大挖掘深度工况。 计算位置 2（如图 3其满足以下条件： （ 1）动臂油缸的作 用力臂最大； （ 2）斗杆的作用力臂最大； （ 3）铲斗进行正常挖掘，铲斗位于最大挖掘力位置 10。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和