开题报告-挖掘机回转机构设计

吉林大学本科毕业论文（设计）开题报告学院专业学生姓名学号指导教师职称合作导师职称论文题目10立方米正铲液压挖掘机回转装置设计一、课题研究的背景和意义（综述国内外相关研究现状，阐述课题的研究目的、意义）1.研究目的及意义液压挖掘机是工程机械的一个重要机种，它是以开挖土方、石方为主要用途的一种通用机械设备，是建设中使用最为广泛的重要工程机械。通常用于矿山开采、水利水电施工、工业与民用建筑、交通运输工程、机场建设、油田建设、港口建设、农田土壤改良、林业工程、国防建设等工程中，对节省人力、减轻体力劳动、保证工程质量、缩短工期、降低工程造价和提高劳动生产率具有非常重要的作用。据有关资料报道，世界上各种土方工程约有65%～70%的土方量由液压挖掘机来完成。由于液压挖掘机具有多品种、多功能、高质量、高效率等特点，因此受到广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的开发和制造设计机械、液压传动、冶金、石油化工、电气等众多行业，已经形成了一个庞大的产业集群。大力开展对液压挖掘机的研究和探索，对于提高国家整体工业水平和加速国家经济的发展具有重大的促进意义。回转机构是液压挖掘机重要的组成部分，其回转工作比重占到整个液压挖掘机工作循环的65%-75%。因此，回转机构的动态性能对液压挖掘机整机性能影响甚大，是液压挖掘机整机设计水平的重要标志，也是回转机构设计的关键技术之一。然而，液压挖掘机工作环境十分恶劣，受载复杂，回转机构的动态特性异常复杂，回转机构的振动机理亦未完全明了，尤其是回转机构与液压挖掘机工作装置、回转机构内部相互耦合关系和振动规律没有探明，严重的降低了液压挖掘机的正常运行的可靠性，阻碍了液压挖掘机深层次发展。因此，对液压挖掘机回转机构设计与选择，对液压挖掘机整机设计、施工控制以及故障诊断和可靠性都具有十分重要的理论指导意义。2.国内外研究现状1951年，法国Demag公司制造出世界上第一台全液压B-504型挖掘机，机重15t，斗容量为0.4m³，挖掘机的所有工作装置都是由液压驱动。由于当时液压传动技术的落后，适合挖掘机用的液压元件质量还比较差，因此影响了液压挖掘机的发展。1963年，在西欧市场上，液压挖掘机的产量仅占挖掘机总产量的15％左右。到了20世纪60年代中后期，液压技术的快速发展，促使中小型液压挖掘机迅速发展起来，许多发达国家都开始生产液压挖掘机。20世纪70年代以后，中小型液压挖掘机的结构经过持续试验和改进，更加趋于成熟。高压力、耐冲击负荷的液压元件和液压系统，以及可靠耐用的传动零部件的研制，挖掘机生产技术和工艺的改进，大大地提高了液压挖掘机的使用寿命和可靠性。许多公司实现了液压挖掘机的系列化、标准化和通用化，一些公司相继研制出机重100t以上的大型液压挖掘机。1995年前后我国液压挖掘机步入合资办厂的阶段，开辟了挖掘机发展的新纪元。到1997年，国内中外合资、外商独资公司按原国外公司的技术要求生产该公司的品牌挖掘机，采用国际著名公司的配套，使在我国制造的挖掘机技术性能和质量迅速提升到国际同期水平。在21世纪的前10年，国内外挖掘机制造企业的数量猛增至60-70家，各公司齐头并进生产各种类型的液压挖掘机，其中主要生产厂家约40余家，挖掘机的产销量翻倍，一些新企业在三五年间产销量激增至数千台。2003～2005年，每年的挖掘机销量为35000台左右，其重要的原因是小型液压挖掘机遍地开花、快速发展，其销量占挖掘机总销量的20％-25％。并且外企在我国研制的新产品也频频频出现。3.正铲液压挖掘机的特点（1）正铲挖掘时，动臂倾斜角不变，斗柄和铲斗作转动和推压运动，形成复杂的运动轨迹，满足工作要求。（2）由于动臂和斗柄的布置和联接的结构特点，决定了这种正铲挖掘机不宜挖掘低于停机面以下的工作面，而适用于挖掘高出停机平面的工作面。（3）因具有足够大的提升力和推压力，并且是作推压强制运动，因此，它可用于各级土壤。（4）适用于开挖\t"/item/%E6%AD%A3%E9%93%B2%E6%8C%96%E6%8E%98%E6%9C%BA/_blank"含水量不大于27%的一～四类的土和已爆破后的岩石和冻土。5.本设计主要工作10立方米正铲液压挖掘机回转装置设计；回转马达选型以及参数确定；回转液压马达布置和安装连接；回转液压系统回路设计计算；二、课题研究已有的工作基础，附证书、报告、文献翻译（总结归纳本人的学习、科研、实习等成果，以及已掌握的前人资料，简述自己初步的学术见解）1.本人科研经历1.1吉林大学“大学生创新创业训练计划”项目作为小组一员，完成项目组组长分配的任务，进行整个装置的建模、仿真分析以及与成员合作完成自动清扫机器人的相关装配调试工作。1.2第八届全国大学生机械创新设计大赛作为小组一员，与小组成员一起合作完成辅助草莓采摘机的制作，进行整体建模、仿真分析以及合作进行机器调试。2.本人学术见解通过参加上述科研项目，我也掌握了一些做科研的基本技能，包括专利申请、论文撰写和单片机编程控制等。另外，我也能熟练应用一些常用的建模和仿真软件，比如Catia和Auto-Cad等绘图软件，以及adams等仿真计算软件和数据处理软件。三、研究的内容及可行性分析本次设计内容是一个10立方米正铲液压挖掘机。其机械结构部分包括：行走装置的设计、转向装置的设计、执行机构的设计、以及不同工作装置之间的传送机构设计。其控制系统部分包括：挖掘机的行走控制、铲斗的液压控制、转向控制以及各种辅助机构的控制。在液压挖掘机回转装置设计方面，许多学者从结构选择、回转支撑校核、仿真分析等方面进行了研究，这些都为课题的理论研究提供了参考。本课题的研究可利用依托单位吉林大学的机械工程是国家一级重点学科，其下的工程装备实验中心是吉林大学“211工程”和“985工程”重点建设项目，具有良好的研究条件和实验装备，学术气氛活跃，交流广泛，资料和信息资源丰富，为课题开展提供了很好的合作条件。四、论文拟解决的关键问题及难点挖掘机回转装置结构设计是在传统设计的基础上，应用三维造型软件生成挖掘机回转结构造型实体，及应用catia、adamas软件对其进行受力分析及运动仿真。从而完成回转马达选型参数确定、回转减速器设计、回转液压马达的选型和匹配计算及其布置和安装连接、回转液压系统回路设计计算。五、研究方法与技术路线(重点论述技术方案)本研究采用的主要研究方法有文献研究法、模拟法、经验总结法、实验法等。技术方案：本研究的任务是设计一台10立方米正铲液压挖掘机。机械结构部分主要包括底盘，转向装置，履带，铲斗，在设计整机机械结构时，主要考虑机构的空间布局以及空间运动的合理性，最后通过动力学仿真来验证空间运动合理性和局部结构的受力情况，再通过有限元分析软件分析个别零件的强度以及刚度是否满足实际要求。控制部分为液压控制回路和机械控制，实现挖掘机的行走与铲斗的工作。六、论文的进度安排第七学期：第4教学周：完成并提交外文翻译。第8教学周：完成并提交文献综述。第14教学周：完成并提交开题报告。第八学期：第4教学周：完成总体设计。第8教学周：完成零部件设计。第12教学周：完成设计说明书撰写。第14教学周：准备答辩。七、毕业设计研制报告或毕业论文撰写提纲（初步）（1）绪论（文献阅读报告+开题报告）（2）机械结构设计（3）回转装置运动学及动力学分析（ADAMS仿真结果）（4）回转装置控制系统的搭建（5）液压系统设计（6）控制结果（7）结论八、主要参考文献[1]祖琪,赵元,刘征,屠厚智,翟德伟.一种新型正铲液压挖掘机的运动学分析[J].机床与液压,2020,48(02):114-118.[2]刘宝.正铲液压挖掘机工作装置动力学及动态强度分析[D].天津工业大学,2018.[3]刘宝,冯志友,莫帅.正铲液压挖掘机工作装置的动力学分析与仿真[J].机械传动,2018,42(06):115-119.[4]匡成骁.正铲液压挖掘机工作装置尺寸设计与验证方法[J].科技创新导报,2013(06):64-65.[5]白玉琳,陈进,李世六,侯沂.大型正铲液压挖掘机工作装置虚拟样机研究[J].建筑机械,2008(13):81-84.[6]孔德文、赵克利、徐宁生等编著，液压挖掘机，化学工业出版社，2007年1月.[7]冯志友,刘健.正铲液压挖掘装置的运动学分析与仿真[J].煤矿机械,2015,36(10):141-143.[8]刘鹏虎,张勇,张强.液压挖掘机工作装置的动力学分析及控制[J].中国工程机械学报,2007(01):72-74+112.[9]李爱峰.7.5m~3液压挖掘机正铲工作装置的优化设计及仿真分析[J].机械管理开发,2005(06):47-48+50.[10]匡成骁.正铲液压挖掘机工作装置尺寸设计与验证方法[J].科技创新导报,2013(06):64-65.[11]钟伟周,陈谊超.正铲挖掘机运动学分析新思路[J].设备管理与维修,2018(13):93-95.[12]张国杰.提高正铲液压挖掘机液压系统可靠性的技术研究[J].南方农机,2019,50(14):195.[13]付相华,曹宇.浅析液压正铲挖掘机国内外发展现状[J].矿业装备,2016(11):34-37.[14]王永进,权龙,杨敬,李光,吕晓林.大型正铲挖掘机工作装置液压系统仿真及试验[J].中国公路学报,2016,29(01):135-142.[15]陈能诵.大型矿用液压挖掘机:春天还有多远?[J].建设机械技术与管理,2013,26(04):27-32.[16]B.S.Pen,“Prospectofoverseasanddomesticextralargehydraulicexcavators,”ConstructionMachineryTechnology&Management,vol.21,pp.37-41,September2008.(InChinese)[17]P.F.Ma,Q.Tian,“Developmentandprogressofsupersizedhydraulicexcavator,”ConstructionMachinery,pp.21-22,March2000.(InChinese)[18]TongjiUniversity,SingleBucketHydraulicExcavator,Beijing:ChinaBuildingIndustryPress,1986.(InChinese)[19]T.L.Lin,Q.F.Wang,B.Z.Hu,“Developmentofhybridpoweredhydraulicconstructionmachinery,”AutomationinConstruction,vol.19,pp.11-19,January,2010.[20]N.Takao,I.Etsujiro,K.Masayuki,“Powersimulationforenergysavinginhybridexcavator,”Transaction