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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)—變幅機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級： 機(jī)094
學(xué)生姓名： 王 猛
學(xué) 號： 2009307419
指導(dǎo)教師： 李常勝
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
裝載機(jī)工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部件之一。它按有無鏟斗托架可分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種類。有鏟斗托架的工作裝置其鏟斗裝在托架上，并由托架上的鏟斗液壓油缸控制鏟斗轉(zhuǎn)動。由于鏟斗托架重量大，使得鏟斗的裝載重量相應(yīng)減少，因此，國內(nèi)外裝載機(jī)廣泛采用無鏟斗托架式工作裝置。按組成連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿；按輸入和輸出桿的轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（輸入桿件與輸出桿件轉(zhuǎn)向相同）和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（輸入桿件與輸出桿件轉(zhuǎn)向相反）。其中轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)由于機(jī)構(gòu)簡單緊湊、容易布置，同時又能滿足主要設(shè)計(jì)要求，如能獲得大的傳動比和掘起力，良好的鏟斗平移性能。
ZL50裝載機(jī)工作裝置為無鏟斗托架轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)由搖臂、動臂、鏟斗和連桿組成的四連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗液壓缸與動臂液壓缸等組成，裝載機(jī)的鏟掘和裝卸作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在鏟斗液壓缸作用下，連桿機(jī)構(gòu)可使鏟斗繞其鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動；當(dāng)鏟斗液壓缸閉鎖時，動臂在動臂液壓缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機(jī)構(gòu)能使鏟斗保持平移或斗底平面與地面的夾角控制在很小的范圍內(nèi)，以免裝裝滿物料的的鏟斗由于傾斜而撒落；當(dāng)動臂下降時，能使鏟斗平放在地面上。
鏟斗用以鏟裝物料；動臂和舉升油缸用來提升鏟斗；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂、連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動。工作裝置的作業(yè)過程大致是這樣的：動臂油缸回縮，將動臂下放至下限位置（即動臂油缸全縮）后，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆；然后轉(zhuǎn)斗油缸伸出，轉(zhuǎn)動鏟斗，鏟取物料：待鏟斗收斗后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，動臂油缸伸出，舉升動臂，將鏟斗升到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置，然后驅(qū)動裝載機(jī)，載重駛向卸料點(diǎn)；到達(dá)卸料點(diǎn)后，保持轉(zhuǎn)斗缸長度不變，動臂油缸繼續(xù)伸長，將鏟斗舉升到任意卸料高度；然后將動臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸收縮翻轉(zhuǎn)鏟斗，裝載機(jī)卸載；卸料結(jié)束后，動臂油缸回縮，下放動臂，實(shí)現(xiàn)鏟斗自動。
對裝載機(jī)工作裝置的主要設(shè)計(jì)要求，在裝載機(jī)工作時要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時（此時動臂油缸封閉），在轉(zhuǎn)斗油缸作用下，通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動卸料，通常要求卸料角不小于４５度，以保證卸料干凈。當(dāng)動臂在動臂油缸作用下，提升或降低鏟斗過程中（此時轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖），連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時保持平移或控制斗底平面與地面的夾角在很小的范圍內(nèi)變化，以免由于鏟斗產(chǎn)生傾斜而使裝滿的物料散落而造成安全事故。通常，要求鏟斗在上升。下降過程中最大轉(zhuǎn)角差不大于15度；而在動臂下降時，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。此外，連桿機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有良好的動力傳遞性能，運(yùn)動中不與其他構(gòu)件發(fā)生干擾，而且具有足夠的強(qiáng)度和剛度等。這些就是后面的運(yùn)動仿真分析和有限元結(jié)構(gòu)分析所考慮的問題了。
1929年生產(chǎn)出第一臺輪式裝載機(jī)，（斗容0.753立方米，載重680公斤）。這是較早的裝載機(jī)，采用門架式結(jié)構(gòu)。在這之前是用鋼繩提斗式的裝卸機(jī)具。這一時期的裝載機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：發(fā)動機(jī)前置，前輪小，后輪大，單橋驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向，輪架式工作裝置用鋼繩提臂翻斗，拖拉機(jī)底盤，牽引力小，鏟斗切入力小，作業(yè)速度低。
到了四十年代有了專用底盤，由克拉克公司于1947年生產(chǎn)，采用的是液壓-連桿機(jī)構(gòu)，取代了以前的門架式結(jié)構(gòu)。專用底盤具備了現(xiàn)代裝載機(jī)的外形，提高了提升速度，卸載高度和掘起力，因而可用于松散的土方和石方，這是裝載機(jī)發(fā)展過程中的第一次重大突破。
到了五十年代，裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)性能更加完善了，1951年美國開始采用液力機(jī)械傳動，同時車架結(jié)構(gòu)采用三點(diǎn)支撐，提高了車輛的越野性和牽引性。這時候裝載機(jī)開始形成系列化專業(yè)化生產(chǎn)。這時期的裝載機(jī)傳動系統(tǒng)形成了柴油機(jī)-液力變矩器-動力換擋變速箱-雙橋驅(qū)動，這又是一次重大突破。
六十年代，生產(chǎn)出了能在礦山作業(yè)的大型裝載機(jī)，這時期采用的是鉸接式的裝載機(jī)，這是第三次重大突破。鉸接轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)是：鏟斗隨前車架轉(zhuǎn)向，可滿足原地轉(zhuǎn)向；與剛性車架相比，一個作業(yè)循環(huán)內(nèi)平均行駛路程少，生產(chǎn)效率高，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動性好，適用于狹窄場地作業(yè)。
七十至八十年代，這個時期的裝載機(jī)工作裝置朝著安全、操作省力、維修方便等方面發(fā)展。如鉗盤式制動器取代了蹄式制動器。（沾水復(fù)原性好，散熱性好，壽命長等）銷軸采用二硫化鉬潤滑，由10小時加一次潤滑脂變?yōu)?00小時加一次。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
設(shè)計(jì)工作結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算并分析確定其液壓系統(tǒng)的工作原理和工作過程。繪制裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)原理圖，并完成各部分零部件圖的繪制，按要求編制總體設(shè)計(jì)說明書。完成上述要求要用到機(jī)械設(shè)計(jì)及原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制造、和熟練運(yùn)用相關(guān)軟件等知識。
在掌握裝載機(jī)基本構(gòu)造、工作原理和性能要求等知識的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)、力學(xué)等基礎(chǔ)知識，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段，對裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，擺脫進(jìn)行大量計(jì)算的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，減少重復(fù)設(shè)計(jì)，縮短工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)動仿真之前，我們要對裝載機(jī)的各個零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖，具體步驟如下：
1.分析裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和推土機(jī)的結(jié)構(gòu)類別。
2.選擇裝載機(jī)機(jī)的各部件形式。
3.計(jì)算裝載機(jī)作業(yè)的阻力
4.確定裝載機(jī)總體參數(shù)。
5.對裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行總體布置。
6.計(jì)算裝載機(jī)的穩(wěn)定性。
7.選擇工作裝置結(jié)構(gòu)形式。
8.對工作裝置運(yùn)動和受力進(jìn)行分析
最后，利用Proe建立裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體模型，并在電腦屏幕上進(jìn)行模擬工作系統(tǒng)運(yùn)動仿真，以便能及早的發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)參數(shù)上的設(shè)計(jì)錯誤，從而減少了物理樣品試制過程中出項(xiàng)的各種問題。利用其中的動態(tài)模擬自動檢測各桿件在運(yùn)動過程中的干涉問題，效率高、準(zhǔn)確度好，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的難題，使桿件干涉問題在設(shè)計(jì)過程中得到了有效的解決?？s短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，為裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供方便、實(shí)用的設(shè)計(jì)方法、仿真分析。有助于理解和分析工作裝置運(yùn)動時產(chǎn)生的結(jié)果，并提供相應(yīng)的改進(jìn)信息。應(yīng)用Proe 軟件的建模和動態(tài)模擬仿真分析等模塊，成功地解決裝載機(jī)工作裝置傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中無法直觀觀察工作裝置空間運(yùn)動狀況的難題，是直觀、方便地進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)、布局、模擬和動態(tài)分析的一次有益嘗試，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的裝載機(jī)工作裝置提供了可靠保障。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1.確定ZL50裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)方案，并闡述裝載機(jī)的適用范圍與功能優(yōu)勢。
2.確定裝載機(jī)總體參數(shù)、工作裝置主要參數(shù)，了解各零部件的加工方案。
3.對系統(tǒng)中各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,確定個零部件的尺寸。
4.對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
5.繪制出其裝配圖及若干零件。
6.利用Proe設(shè)計(jì)軟件對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維建模和運(yùn)動仿真。
研究方法：
前期人工計(jì)算出裝載機(jī)工作裝置各個零件的確切數(shù)據(jù)，繪制零件圖。然后對裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)錄入裝載機(jī)工作裝置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括管理模塊、查詢模塊、文件管理模塊和幫主模塊。然后對工作裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。這樣可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)據(jù)的快速提取，并采用直觀的樹形圖顯示參數(shù)信息，方便完成查詢操作，數(shù)據(jù)的同列與匯總。然后利用Proe設(shè)計(jì)軟件對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維建模和運(yùn)動仿真。
研究思路：
利用Proe設(shè)計(jì)軟件，建立裝載機(jī)工作裝置的三維實(shí)體模型，并對工作裝置的模型添加運(yùn)動副約束與運(yùn)動約束。最后對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行力學(xué)與運(yùn)動學(xué)仿真分析。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理資料
2013.4.12-2013.4.25 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2013.4.26-2013.5.9 繪制總圖
2013.5.10-2013.5.23 工作裝置設(shè)計(jì)
2013.5.24-2013.6.13 工作裝置運(yùn)動及受力分析計(jì)算
2013.6.14-2013.6.22 繪制零件圖紙
2013.6.23-2013.6.27 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
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[ 3 ]陳亮,宋德朝. 基于Pro/ Mechanism 的裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動仿真[J ] . 機(jī)械,2008年 .
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[ 5 ]呂其惠,王力夫. 基于Pro/ E 的多功能裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)及仿真分析[J ] . 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2007年.
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會實(shí)踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。