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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
課題
名稱
WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真
系： 機(jī)械工程系
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)： 機(jī)094
姓名： 肖海那
學(xué)號(hào)： 2009307402
起迄日期： 2013年3月29日~ 2013年 6月27日
設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn): 綜704
指導(dǎo)教師： 王少雷
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年3月 25 日
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目的：
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求每個(gè)學(xué)生在工作過程中，要獨(dú)立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握裝載機(jī)的總體參數(shù)的確定，工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容，將課程中所學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中去。 為今后步入社會(huì)、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)：
① 挖掘機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和推土機(jī)的結(jié)構(gòu)類別
② 挖掘機(jī)的各部件形式選擇
③ 挖掘機(jī)作業(yè)阻力的計(jì)算
④ 挖掘機(jī)總體參數(shù)的確定
⑤ 挖掘機(jī)的總體布置
⑥ 挖掘機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算
（2） 挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 工作裝置結(jié)構(gòu)形式的選擇
② 工作裝置運(yùn)動(dòng)和受力分析
③ 工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真
（3） 挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)中的要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成一項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制機(jī)械與液壓工程圖紙，獨(dú)立撰寫一分畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識(shí)要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐，深化理論認(rèn)識(shí)、擴(kuò)展知識(shí)領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計(jì)思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計(jì)成果要求：
凡給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括說明書、計(jì)算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
1） 對(duì)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械構(gòu)造、工作原理、整機(jī)布置等，均有清晰的了解。對(duì)設(shè)計(jì)過程、計(jì)算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識(shí)圖紙能力。對(duì)運(yùn)輸、安裝、使用等也有一定了解。
2） 說明書、計(jì)算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟正確，數(shù)學(xué)計(jì)算準(zhǔn)確，各項(xiàng)說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機(jī)械機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。
3） 對(duì)國內(nèi)挖掘機(jī)情況有一般的了解，對(duì)各種挖掘機(jī)有一定的分析、比較能力。
其他各項(xiàng)應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。
3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果要求（包括圖表、實(shí)物等硬件要求）：
① 計(jì)算說明書一份
內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)任務(wù)要求的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟(jì)性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)）、，字?jǐn)?shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖。
② 圖紙一套
1） 總圖一張（0號(hào)）
2） 工作裝置裝配圖一張（0號(hào)）
3） 零件圖4-8張（1，2，3號(hào)）
4、主要參考文獻(xiàn)：
[1] 吳永平等.工程機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007.
[2] 李宏、張欽良. 卡特挖掘機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù).北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[3] 吳慶鳴 何小新 工程機(jī)械設(shè)計(jì) 武漢 武漢大學(xué)出版社 2006.
[4] 楊國平 現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006.
[5] 高佳宏,王琳,朱梅玲.液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維設(shè)計(jì).西安,西安工業(yè)大學(xué),
1986
5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2013.3.29-2013.4.11
2013.4.12-2013.4.25
2013.4.26-2013.5.9
2013.5.10-2013.5.23
2013.5.24-2013.6.13
2013.6.14-2013.6.22
2013.6.23-2013.6.27
熟悉整理資料
方案選擇及總體設(shè)計(jì)
繪制總圖
工作裝置設(shè)計(jì)
工作裝置運(yùn)動(dòng)及受力分析計(jì)算
繪制零件圖紙
準(zhǔn)備論文及答辯
教研室審查意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
系審查意見：
系主任簽字：
年 月 日
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
WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)094
學(xué)生姓名： 肖海那
學(xué) 號(hào)： 2009307402
指導(dǎo)教師： 王少雷
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
1.履帶式挖掘機(jī)機(jī)簡介
挖掘機(jī)械是工程機(jī)械的一種主要類型，是土石方開掘的主要機(jī)械設(shè)備，包括有各種類型與功能的挖掘機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用一臺(tái)1.0m3斗容量的單斗挖掘機(jī)，挖掘Ⅳ級(jí)以下的土壤時(shí)，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)300～400個(gè)工人一天的工作量；而一臺(tái)日產(chǎn)20萬m3的大型斗輪挖掘機(jī)，則可代替5～6萬人的勞動(dòng)。由此可見，挖掘機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)工程中的功用，而挖掘機(jī)完成各項(xiàng)功能的主要構(gòu)件又是挖掘機(jī)的工作裝置，所以對(duì)于挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)和研究就顯得極為重要了。
工程施工中約有60%以上的土石方量，系有挖掘機(jī)來完成的。挖掘機(jī)從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有170多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用杠桿原理，有軌式的挖掘機(jī)，到電力驅(qū)動(dòng)及內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)，最后發(fā)展到現(xiàn)在生產(chǎn)的電控式、半智能化挖掘機(jī)。挖掘機(jī)械的最早雛形，遠(yuǎn)在十六世紀(jì)于意大利威尼斯用于運(yùn)河的疏浚工作。模擬人的掘土工作，以蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”誕生于十九世紀(jì)（1836年）。挖掘機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段，第一階段：機(jī)械式挖掘機(jī)，由蒸汽機(jī)或柴油機(jī)提供動(dòng)力利用杠桿原理進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)，行走方式為有軌式移動(dòng)，有的可以在小范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)有的不能回轉(zhuǎn)。其中由柴油機(jī)提供動(dòng)力的挖掘機(jī)是挖掘機(jī)發(fā)展史上的飛躍。第二階段：液壓挖掘機(jī)，1950年液壓挖掘機(jī)在德國開始發(fā)展，液壓技術(shù)的運(yùn)用是挖掘機(jī)發(fā)展史的第二次飛躍。第三階段：電控式挖掘機(jī)，1970年世界知名廠家開始生產(chǎn)，電控技術(shù)應(yīng)用是挖掘機(jī)發(fā)展史的第三次飛躍。第四階段：智能型挖掘機(jī)（未來挖掘機(jī)的發(fā)展方向）。
2.履帶式挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前市場上應(yīng)用最廣泛的就是反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)，也是最常見的。反鏟裝置是液壓挖掘機(jī)重要的工作裝置，是一種適用于成批或中小批量生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)和操作設(shè)備，它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，挖掘機(jī)工作裝置主要有動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，斗桿有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)斗采用整體式斗桿，國內(nèi)外對(duì)其運(yùn)動(dòng)分析，機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都做了比較深入的研究，具體的設(shè)計(jì)特別是中型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于成熟。而關(guān)于反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)也很多，這些文獻(xiàn)從不同側(cè)面對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。當(dāng)前，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化，微型化，多能化和專業(yè)化的方向發(fā)展。國外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。液壓挖掘機(jī)由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，因而世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。目前，單斗液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能;應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，不斷降低成本，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性;電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化;提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，其趨勢為:
①向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。
②更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。
③不斷提高可靠性和使用壽命。
④工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴(kuò)大。
⑤由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。
⑥液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。
⑦應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。
⑧增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。
⑨在液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品功能方面，液壓挖掘機(jī)工人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
本課題針對(duì)WY100液壓履帶式挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)、工作裝置設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)仿真進(jìn)行了重點(diǎn)研究。目的在于闡明WY100液壓履帶式挖掘機(jī)鏟斗挖掘時(shí)的受力狀況，總體及工作裝置的設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)挖掘阻力的分析，對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，為進(jìn)一步分析研究挖掘機(jī)工作裝置的強(qiáng)度提供證據(jù)。
液壓挖掘機(jī)工作裝置是完成液壓挖掘機(jī)各項(xiàng)功能的主要構(gòu)件,其結(jié)構(gòu)的合理性直接影響到液壓挖掘機(jī)的工作性能和可靠性。因此，對(duì)挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)和研究就顯得非常重要。利用CAD對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行仿真操作，在模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況并對(duì)其進(jìn)行分析和判斷，讓設(shè)計(jì)者盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷和潛在的失敗可能并及時(shí)修改與優(yōu)化，這樣既能縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品的可靠性，又能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減少后期修改付出的昂貴代價(jià)。
利用此軟件能夠進(jìn)行快速正確的分析計(jì)算，形象直觀、操作簡單，當(dāng)改變參數(shù)時(shí)只要在計(jì)算機(jī)的有關(guān)界面上簡單操作就能達(dá)到修改的目的，從而實(shí)現(xiàn)減少用戶的工作強(qiáng)度。同時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能夠形象生動(dòng)地進(jìn)行產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)模擬，使仿真運(yùn)動(dòng)更加清晰地展現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員和用戶面前，對(duì)于挖掘機(jī)的研究有非常重要意義。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1、結(jié)合資料進(jìn)行分析，了解液壓挖掘機(jī)工作裝置的工作原理。
2、按一定比例運(yùn)用CAD繪制液壓挖掘機(jī)工作裝置的各零部件。
3、運(yùn)用所學(xué)會(huì)的裝配方法將各零部件進(jìn)行裝配。
4、運(yùn)用CAD的仿真運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)仿真。
研究方法：
挖掘機(jī)工作裝置主要有動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，斗桿有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)斗采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長度或杠桿比時(shí)采用更換斗桿的辦法，或者在都趕上設(shè)置2-4個(gè)可供調(diào)節(jié)時(shí)選擇的與動(dòng)臂端不鉸接的孔。由于工作半徑、最大高度和最大深度的不同工作裝置都有不同的參數(shù)。通過計(jì)算算出一個(gè)工況的工作參數(shù)，再通過編程算出各個(gè)工況的工作參數(shù)。
首先用已知數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)工況的合理性之后，再運(yùn)用軟件CAD模擬出各個(gè)工況的工作參數(shù)曲線，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的參數(shù)都是合理的。在這里主要模擬出斗桿的工作參數(shù)在各個(gè)工況都是合理的。最后通過合理的設(shè)計(jì)分析，選擇最優(yōu)的工作參數(shù)，使得挖掘機(jī)的工作裝置能夠適合多種復(fù)雜的工況，低功耗，高功率。特別是通過斗桿挖掘工況挖掘性能的分析，使得挖掘機(jī)的斗桿更進(jìn)一步的優(yōu)化。
研究思路：
1、工作裝置結(jié)構(gòu)形式的選擇。
2、工作裝置運(yùn)動(dòng)和受力分析。
3、工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.21-2013.3.31 英文資料翻譯
2013.4.1-2013.4.10 寫開題報(bào)告
2013.4.11-2013.4.25 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(dòng)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)
[1] 吳永平等.工程機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007.
[2] 李宏、張欽良. 卡特挖掘機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù).北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[3] 吳慶鳴 何小新 工程機(jī)械設(shè)計(jì) 武漢 武漢大學(xué)出版社 2006.
[4] 楊國平 現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006.
[5] 高佳宏,王琳,朱梅玲.液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維設(shè)計(jì).西安,西安工業(yè)大學(xué),
1986
[6] 戴群亮 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 北京清華大學(xué) 章二平 蔡登生 廣西柳工機(jī)械股份有限公司 智能化液壓挖掘機(jī)的研究與應(yīng)用
[7] 工程機(jī)械設(shè)計(jì)
[8] 楊彥龍 液壓挖掘機(jī)工作裝置的虛擬樣機(jī)仿真分析
[9] 楊武成 液壓挖掘機(jī)工作裝置的虛擬樣機(jī)研究
[10] 張衛(wèi)國 液壓挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)力學(xué)仿真分析及研究
[11] 張仁敬 基于ANSYS和Proe的WY22挖掘機(jī)工作裝置的分析
[12] 吳宗澤、羅圣國．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)．高等教育出版社，2006.5
[13] 濮良貴、紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．高等教育出版社，2000.12
[14] 吳宗澤主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社，2002
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課題來源：導(dǎo)師課題、社會(huì)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。
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
課題
名稱
系： 機(jī)械工程系
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其制動(dòng)化
班級(jí)：
姓名：
學(xué)號(hào)：
起迄日期：
設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn):
指導(dǎo)教師：
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期：
河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題
目
WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真
學(xué) 科 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)094
姓 名 肖海那
指 導(dǎo) 教 師 王少雷
輔 導(dǎo) 教 師
摘要
液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的重要產(chǎn)品之一，具有較高的技術(shù)含量。工作機(jī)構(gòu)是液壓挖掘機(jī)的主要裝備，機(jī)構(gòu)各鉸點(diǎn)以及其具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將是決定工作機(jī)構(gòu)性能水平的重要因素，決定了液壓挖掘機(jī)的工作性能，影響其最終使用性能的好壞，所以對(duì)液壓挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的研究是十分有必要的。液壓挖掘機(jī)的主要特點(diǎn)為：能無級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操縱省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。
本次設(shè)計(jì)的題目是WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真。這種類型的挖掘機(jī)與其它類型的挖掘機(jī)相比，因有良好的性能而應(yīng)用最廣，對(duì)松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。
本次設(shè)計(jì)完成的主要任務(wù)有：挖掘機(jī)的類型及發(fā)展概況、液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)工作阻力的計(jì)算、液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)、液壓挖掘機(jī)工作裝置的受力分析和強(qiáng)度校核、挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真
本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)是斗容量1.0m3,它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作裝置及進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。挖掘機(jī)的工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，本設(shè)計(jì)對(duì)工作裝置的各個(gè)組成部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，這其中包括了動(dòng)臂、斗桿和鏟斗及其驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)中，采用了履帶式行走裝置，來滿足要求。上部轉(zhuǎn)臺(tái)是全回轉(zhuǎn)式，因此它可在一個(gè)更大的范圍內(nèi)工作。又因采用液壓傳動(dòng)控制而使整機(jī)性能得以改善。與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，其挖掘力提高到2～3倍，整機(jī)質(zhì)量為25噸，最大卸載高度約為4.53m，最大挖掘深度5.99m，最大挖掘半徑約為9.795m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。
關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī) 工作裝置 液壓系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)仿真
ABSTRACT
Construction machinery hydraulic excavator is one of the most important products which has high technical content. Working mechanism is the main equipment of hydraulic excavator, each joint point and the design of the concrete structure are important factors to decide the working mechanism of the performance level, determining the working performance of hydraulic excavator, which influence the use performance is good or bad, so the research of hydraulic excavator is very necessary. The main characteristics of hydraulic excavator is as follow: It has a stepless speed regulation and wide speed range, it can obtain stable low speed, when action quickly, the hydraulic parts produce a small inertia and good acceleration performance, and it can be used for high speed reversal, produce smooth transmission, simple structure, can absorb the impact and vibration, labor-saving operation, it is easy to control automatically and realize the standardization, seriation and generalization.
The topic of the design is the design of WY100 hydraulic crawler excavator overall and the working device and motion simulation for the working device. Compared with the other types of excavator this type of excavator have good performance so used widely, it can reduce ground pressure by widening, lengthening and floating crawler for soft ground or marshes. The main tasks of the design are: Types and the development of the excavator, the overall design of hydraulic excavator, the working resistance calculation of the hydraulic excavator, the design of the working device ,stress analysis and strength check calculation of the working device, the hydraulic system design of the excavator working device , the motion simulation of excavator working device
The main parameter of the design is bucket capacity 1.0m3, it belongs to the small and medium-sized hydraulic excavator, the main tasks are the design and motion simulation of working device of excavator. The working device is the equipment that completes the task of mining directly, all the design of the work device components are designed in detail including the design of the boom, stick and bucket and a driving device.
This design used the crawler walking device to meet the requirements of the excavator. The upper part of the excavator is a full rotation swivel table so it can work in a greater scope. Because of the use of hydraulic drive control and make the machine performance can be improved. Compared with the mechanical excavators, the mining capacity increased to 2 ~ 3 times, the quality of the machine is 25 tons, the maximum discharge height is about 4.53M, the maximum digging depth is 5.99M, maximum digging radius of about 9.795m, can be seen from the operation ability has been greatly improved, not only the mining capacity but the light weight, smooth transmission, high efficiency and compact structure.
Keywords: hydraulic excavator working device hydraulic system motion simulation
目錄
第1章 緒論··················································································1
1.1挖掘機(jī)作用及其發(fā)展概況································································1
1.2挖掘機(jī)的分類·············································································2
1.3單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)、類型····························································3
1.4設(shè)計(jì)題目簡介·············································································4
第2章 總體設(shè)計(jì)············································································8
2.1 總體設(shè)計(jì)內(nèi)容及原則····································································8
2.2 選擇確定總體參數(shù)·······································································8
第3章 挖掘機(jī)工作阻力·································································15
3.1 工作液壓缸的理論挖掘力·····························································15
3.2 整機(jī)挖掘力·············································································16
3.3整機(jī)實(shí)際挖掘力·········································································17
第4章 工作裝置設(shè)計(jì)····································································18
4.1 設(shè)計(jì)要求················································································18
4.2 反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定························································18
4.3鏟斗設(shè)計(jì)·················································································24
4.4動(dòng)臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)············································································27
4.5斗桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)·········································································31
4.6鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)····································································32
第5章 工作裝置受力分析和強(qiáng)度驗(yàn)算··············································35
5.1鏟斗及鏟斗連桿機(jī)構(gòu)分析······························································35
5.2斗桿及斗桿機(jī)構(gòu)分析····································································36
5.3動(dòng)臂及動(dòng)臂機(jī)構(gòu)分析····································································43
第6章 工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)························································49
6.1挖掘機(jī)工況特點(diǎn)和對(duì)液壓系統(tǒng)的要求·················································49
6.2液壓系統(tǒng)主要類型和特點(diǎn)······························································51
6.3液壓挖掘機(jī)的基本回路和輔助回路····················································52
6.4液壓系統(tǒng)圖··············································································54
第7章 運(yùn)動(dòng)仿真···········································································56
7.1 引言·····················································································56
7.2 Solidworks模擬仿真的基本概述······················································56
7.3 Solidworks動(dòng)畫模擬仿真的概述······················································57
7.4 液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維實(shí)體建?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?7
7.5 液壓挖掘機(jī)工作裝置的三維實(shí)體裝配················································62
第8章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)····································································64
第9章 致謝·················································································66
參考文獻(xiàn)·····················································································67
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計(jì)題目：WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 設(shè)計(jì)人：肖海那
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說明
結(jié)果
挖掘機(jī)的作用及其發(fā)展概況
挖掘機(jī)的分類
單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)，類型
設(shè)計(jì)題目簡介
國外發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)發(fā)展概況
第1章 緒論
1.1 挖掘機(jī)的作用及其發(fā)展概況
液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。
液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。
在建筑工程中，可用來挖掘土坑、排水溝，拆除廢舊建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。
在水利施工中，可用來開挖水庫、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。
在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。
在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道等。
在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。
在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。
所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ～Ⅳ級(jí)土壤時(shí)，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300～400個(gè)工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
挖掘機(jī)械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺(tái)有確切記載的挖掘機(jī)械是1796年英國人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”于1835年在美國誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有170多年歷史。1950年，德國研制出世界上第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。
1.2 挖掘機(jī)的分類
液壓挖掘機(jī)種類繁多，可以從不同角度對(duì)其類型進(jìn)行劃分。
⑴根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)類型劃分。
根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動(dòng)，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓（或稱半液壓）傳動(dòng)兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則為全液壓挖掘機(jī)。若液壓挖掘機(jī)中的某一個(gè)機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機(jī)。一般說來，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機(jī)構(gòu)上。對(duì)液壓挖掘機(jī)來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須是液壓傳動(dòng)，只有行走機(jī)構(gòu)有的為液壓傳動(dòng)，有的為機(jī)械傳動(dòng)。
⑵根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型劃分
根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式。
履帶式液壓挖掘機(jī)應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對(duì)土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時(shí)不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機(jī)，還可通過加寬履帶來降低接地比壓。為防止對(duì)路面的碾壓破壞、有些液壓挖掘機(jī)還采用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機(jī)多為全液壓傳動(dòng)。
輪胎式液壓挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，可在多種路面通行的特點(diǎn)。近年來，輪胎式挖掘機(jī)的生產(chǎn)量日漸增長。
懸掛式液壓挖掘機(jī)是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機(jī)上，可以達(dá)到一機(jī)多用的目的。這種挖掘機(jī)拆裝方便，成本低廉。
汽車式液壓挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車底盤，速度快，機(jī)動(dòng)性好。
拖式液壓挖掘機(jī)沒有行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走時(shí)由拖拉機(jī)牽引，
⑶根據(jù)工作裝置劃分
根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來完成作業(yè)動(dòng)作。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。
1.3 單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)、類型
單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是以在機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是目前挖掘機(jī)械中重要的品種。它由下列基本部分組成：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備。常用的全回轉(zhuǎn)式（轉(zhuǎn)角大于360°）挖掘機(jī)，其動(dòng)力裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，輔助設(shè)備和駕駛室等都可裝在可回轉(zhuǎn)的平臺(tái)上，簡稱為上部平臺(tái)。因此常又把這類機(jī)械概括成有工作裝置，上部平臺(tái)和行走裝置三大部分組成。挖掘機(jī)的基本性能也就決定于各組成部分的構(gòu)造和性能。
單斗液壓挖掘機(jī)可按用途及其主要裝置的特征進(jìn)行分類。
按液壓挖掘機(jī)主要用途及其工作裝置的不同可分為通用型和專用型兩種。中小型多數(shù)為通用型，即以挖掘土壤容重18000N∕m3為標(biāo)準(zhǔn)反鏟斗的主要裝置外，還配有適于挖掘機(jī)各種輕重土質(zhì)和挖掘幅度的反鏟、正鏟、抓斗、裝載、起重等多種可換裝置。而大型液壓挖掘機(jī)則以礦用正鏟（同樣V=18000 N∕m3為標(biāo)準(zhǔn)型）為主要裝置外，一般亦配有挖掘輕重土、石料和各種挖掘幅度的正反鏟等裝置。主要用于礦山挖掘和裝載，稱采礦或礦用型。
按工作裝置的機(jī)構(gòu)不同分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)，常用者均為鉸接式，伸縮臂式挖掘機(jī)可因用于平整清理場地和坡道等作業(yè)，故有挖掘平地機(jī)之稱。
按行走裝置的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式等多種。
1.4 設(shè)計(jì)題目簡介
1.4.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史較長，液壓挖技術(shù)的不斷成熟使挖掘機(jī)得到全面的發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機(jī)的國家，1954年和1955年德國的德馬克和利渤海爾公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機(jī)；美國是繼德國以后生產(chǎn)挖掘機(jī)歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國家；日本挖掘機(jī)制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展上起來的，其主要特點(diǎn)是在引進(jìn)、消化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)的后起之秀，20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)入國際市場，并已擠入國際液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國之一。
20世紀(jì)60年代，挖掘機(jī)進(jìn)入成熟期，各國挖掘機(jī)制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品適應(yīng)性得到了較快的發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷得到提高，操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國卡特彼勒公司1955年以后推出的300B系列液壓挖掘機(jī)，采用一種命名為maestro的系統(tǒng)，通過載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)與液壓泵的嚴(yán)格匹配。Maestro控制面板在機(jī)型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國現(xiàn)代公司生產(chǎn)的ROBEX450-3型液壓挖掘機(jī)，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動(dòng)確定最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵的速度及液壓用液壓系統(tǒng)壓力與實(shí)際工況相適應(yīng)，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本松、日立建機(jī)、神鋼、韓國大宇重工、德國的利渤海爾、英國的JCB等到公司均得到普遍應(yīng)用，代表了當(dāng)代液壓挖掘機(jī)的最高水平。
當(dāng)前，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。我國已經(jīng)形成了挖掘機(jī)的系列化生產(chǎn)，近年來還開發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國外的一些先進(jìn)的生產(chǎn)率較高的挖掘機(jī)型號(hào)。
由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都在大力發(fā)展單斗挖掘機(jī)。目前，單斗液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能；應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性；電子計(jì)算機(jī)檢測與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來，單斗液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢：
（1） 向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。
（2） 更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。
（3） 不斷提高可靠性和使用壽命。
（4） 工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴(kuò)大。
（5） 由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。
（6） 液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。
（7） 應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。
（8） 增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。
（9） 人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。
1.4.2國內(nèi)發(fā)展概況
早在1958年國內(nèi)便開始了液壓挖掘機(jī)的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)出于受配件如發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓件及企業(yè)自身?xiàng)l件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平，與國外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。
到了80年代末和90年代初，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家液壓挖掘機(jī)技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率(同一機(jī)重的挖掘機(jī)功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大作業(yè)循環(huán)時(shí)間減小，作業(yè)效率大大提高)；高可靠性和追求司機(jī)操作的舒適性。
國內(nèi)原有的數(shù)家挖掘機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠為了生存和發(fā)展，利用自身的實(shí)力和豐富的挖掘機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，紛紛在工廠的技術(shù)改造、試驗(yàn)研究、新產(chǎn)品開發(fā)方面下大功夫。有的新開發(fā)的產(chǎn)品(也包括某些已生產(chǎn)多年的老產(chǎn)品)為了提高作業(yè)的可靠性，干脆采用了進(jìn)口的液壓件和發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至于整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都按照采用國外元件來設(shè)計(jì)，這種經(jīng)過改型或新設(shè)計(jì)開發(fā)的液壓挖掘機(jī)其工作可靠性和作業(yè)效率得到很大的提高。這樣，引進(jìn)和消化國外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長足的進(jìn)步。
國內(nèi)液壓挖掘機(jī)行業(yè)近年來雖有很大發(fā)展，但與國外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在許多不足，其原因除了國內(nèi)挖掘機(jī)加工水平落后之外，挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國家相比也有較大的差距，尤其是一些先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握和應(yīng)用。國內(nèi)眾多的研究人員和單位對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行了不少研究，開發(fā)了其設(shè)計(jì)軟件，他們的研究基本上局限于解決某些問題，即工作裝置的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和力參數(shù)等的解決。關(guān)于工作裝置設(shè)計(jì)參數(shù)分析和在CAD上其自動(dòng)設(shè)計(jì)的綜合研究文獻(xiàn)還沒有。因此，開發(fā)出的軟件缺少通用性，不能使用于挖掘機(jī)工作裝鶯的一些通用問題的解決，對(duì)工程機(jī)械這個(gè)行業(yè)不具有通用性。特別是國內(nèi)，CAD在許多企業(yè)還停留在輔助制圖的程度上，當(dāng)然也有部分企業(yè)用CAD進(jìn)行空間布置設(shè)計(jì)。雖然部分軟件也有一定的分析計(jì)算能力，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)需要，對(duì)液壓挖掘機(jī)進(jìn)行分析的大型通用軟件目前市場上還很少。經(jīng)過近十年的研究，獲得了一些成果，但是研究還不夠深入，有些研究結(jié)果已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用過程中。目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于，為了使挖掘機(jī)設(shè)計(jì)人員從繁忙的計(jì)算中解脫出來，現(xiàn)有工作裝置機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，即大多數(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)研究在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上局限進(jìn)行的，在這種情況下開發(fā)出一個(gè)專業(yè)的工作裝置設(shè)計(jì)工具和軟件顯得非常的重要。
國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的研究和發(fā)展動(dòng)向應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技術(shù)性能和控制性能。（3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕化元件。（4）開展液壓自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)。（5）加強(qiáng)以提高安全性和環(huán)境保護(hù)為目的研究工作開發(fā)。（6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。（7）標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化。（8）開展液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和系統(tǒng)性能分析研究。
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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計(jì)題目：WY100液壓履帶挖掘機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 設(shè)計(jì)人：肖海那
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說明
結(jié)果
總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)原則
液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇
單斗液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)
總體參數(shù)的確定
初選履帶
其他參數(shù)的選擇與計(jì)算
工作液壓缸的理論挖掘力
鏟斗油缸的理論挖掘力
斗桿油缸的理論挖掘力
整機(jī)挖掘力
整機(jī)實(shí)際挖掘力
設(shè)計(jì)要求
確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式
確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式
斗桿油缸的布置
動(dòng)臂與斗桿長度比的確定
確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式的斗齒的安裝結(jié)構(gòu)
鏟斗與鏟斗液壓缸的連接形式
液壓缸參數(shù)的確定
鏟斗的設(shè)計(jì)
動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
斗桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
鏟斗及鏟斗連桿機(jī)構(gòu)分析
連桿
搖桿
銷軸
斗桿及斗桿機(jī)構(gòu)分析
動(dòng)臂及動(dòng)臂機(jī)構(gòu)分析
挖掘機(jī)工況特點(diǎn)和對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
挖掘機(jī)工況特點(diǎn)
對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
液壓系統(tǒng)主要類型和特點(diǎn)
定量系統(tǒng)
變量系統(tǒng)
液壓挖掘機(jī)的基本回路和輔助回路
基本回路
輔助回路
液壓系統(tǒng)圖
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)原則
根據(jù)液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的有關(guān)要求，應(yīng)在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)工作?？傮w設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：
1.分析或擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書，確定設(shè)計(jì)思想和原則，并提出整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想。
2.液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定。
3.液壓挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案確定。
4.各主要機(jī)構(gòu)作用力、速度、功率等分析計(jì)算。
5.液壓系統(tǒng)的確定。
6.液壓挖掘機(jī)的平衡、穩(wěn)定、生產(chǎn)率以及其他總體特性的分析計(jì)算等。
通過總體設(shè)計(jì)對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)作出初步的全面規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體圖等，為下一步設(shè)計(jì)分析計(jì)算提出依據(jù)。
2.2液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇
單斗液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)表明了挖掘機(jī)的規(guī)格和主要技術(shù)性能，因此在挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)中必須確定。
主要參數(shù)及選擇基本依據(jù)是：
1）設(shè)計(jì)任務(wù)書所規(guī)定的鏟斗容量、用途和作業(yè)要求，工作條件等；
2）有關(guān)國內(nèi)外同類型、同等級(jí)液壓挖掘機(jī)的技術(shù)資料，國家及企業(yè)的系列標(biāo)準(zhǔn)；
3）理論分析和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算；
4）主要單位的要求和制造廠的生產(chǎn)條件等。
主要參數(shù)的選擇是液壓挖掘機(jī)總體方案設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)。它與挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和布置方案密切相關(guān)。在確定主要參數(shù)時(shí)，必須正確處理先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，正確處理相互制約的有關(guān)參數(shù)間的關(guān)系。要實(shí)事求是的分析和滿足各項(xiàng)性能的要求。盲目的提高和消弱某些參數(shù)都將帶來不良的結(jié)果。因?yàn)橥诰驒C(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體，其性能的優(yōu)劣不僅與各部件的性能有關(guān)，更重要的是取決于各部件結(jié)構(gòu)特性的協(xié)調(diào)匹配。
合理的主要參數(shù)應(yīng)符合以下條件：
1)滿足使用要求——實(shí)用性。
2）適用于生產(chǎn)廠商的制造條件——可能性。
3）充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率——經(jīng)濟(jì)性。
4）與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比有較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠性的工作性能——先進(jìn)性。
基本參數(shù)的確定方法：
1）比擬法（或稱類比法）：通過同類機(jī)型的比較得出參數(shù)值。
2）經(jīng)驗(yàn)公式法（或稱查表法）：即按概率統(tǒng)計(jì)歸納得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行概略的計(jì)算，得到參數(shù)。
3）按標(biāo)準(zhǔn)選定法：即按國家頒發(fā)的液壓挖掘機(jī)形式與基本參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值范圍，給定擬采用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定參數(shù)值。
4）理論分析計(jì)算法：即按擬定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計(jì)算，得出參數(shù)值。
本設(shè)計(jì)采用類比法、經(jīng)驗(yàn)公式法和標(biāo)準(zhǔn)法相結(jié)合，有的參數(shù)還通過理論分析校核來確定。
2.2.1 單斗液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)
1.尺寸參數(shù) 如工作尺寸，機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等；
2. 質(zhì)量參數(shù) 如整機(jī)重，各主要部件（或總成）的重等；
3. 功率參數(shù) 如發(fā)動(dòng)機(jī)，液壓系統(tǒng)及主要機(jī)構(gòu)功率，力和速度等；
4. 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù) 如作業(yè)周期，生產(chǎn)率等。
液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的主要參數(shù)有三個(gè)：斗容量、機(jī)重和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。如斗容量直接反映了機(jī)械本身的挖掘能力和效果。機(jī)重則直接反映了機(jī)械本身的重量級(jí)，它對(duì)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)影響很大，因挖掘機(jī)挖掘能力的發(fā)揮，功率的充分利用，機(jī)械的穩(wěn)定性都要以一定的機(jī)重來保證，因此機(jī)重反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，可用性的標(biāo)志。功率反映了機(jī)械的動(dòng)力級(jí)，與其他參數(shù)有函數(shù)關(guān)系。
為促進(jìn)我國液壓挖掘機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，新修訂的液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用機(jī)重和標(biāo)準(zhǔn)斗容為標(biāo)志，液壓挖掘機(jī)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)或老產(chǎn)品的改進(jìn)、整頓、變型設(shè)計(jì)等形式和參數(shù)的確定都應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
我國液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的主參數(shù)的定義為：標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘機(jī)容重18000 N∕m3的土壤時(shí)，鏟斗堆尖時(shí)的斗容量（m3）。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對(duì)于不同等級(jí)或容重的土壤可以配備相應(yīng)不同斗容量的鏟斗（m3）。
機(jī)重：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時(shí)的整機(jī)工作質(zhì)量（t）。
發(fā)動(dòng)機(jī)功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（12小時(shí)工作），即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率（KW）。
2.2.2 總體參數(shù)的確定
總體參數(shù)的確定主要是履帶接地比壓和履帶尺寸的確定。
履帶式挖掘機(jī)的承載能力大小決定于機(jī)器運(yùn)行時(shí)的通過性和工作時(shí)的穩(wěn)定性。若挖掘機(jī)的兩條履帶與土壤表面完全接觸，并且挖掘機(jī)重心近似于支撐面中心，則挖掘機(jī)對(duì)土壤產(chǎn)生的壓力稱為土壤的平均比壓：
或
式中G——挖掘機(jī)的工作重量（Ｎ）；
Ｌ——履帶的支撐長度（cm）；
b——履帶的寬度（cm）；
h0——履帶的高度（cm）；
平均比壓是履帶式挖掘機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，可以與同類型產(chǎn)品做比較。但實(shí)際工作時(shí)由于地面不平，兩條履帶不完全與地面接觸。例如，一條履帶與地面完全接觸，另一條履帶在某一點(diǎn)上。此外由于整機(jī)重心的偏移，履帶上的壓力是不均勻的。其中一端的比壓最大為，另一端比壓最小，甚至為零。
最大接地比壓決定了挖掘機(jī)能否在松軟地面上工作。因此與重心位置的關(guān)系對(duì)正確設(shè)計(jì)履帶行走裝置是非常重要的。
挖掘機(jī)的合力G將按作用的位置分配在兩條履帶上。設(shè)一條履帶所受的荷重為P偏心距為e，則履帶兩端的最大最小比壓為
考慮到橫向穩(wěn)定極限條件，設(shè)挖掘力合力G位于長度等于履帶寬度B的二分之一的半徑上，半徑與行走裝置的縱向夾角為ａ。
重心對(duì)截面重心O點(diǎn)的力矩為
將此力矩沿履帶方向及垂直于履帶方向?yàn)镸’及M’’； ，。
在一般結(jié)構(gòu)的挖掘機(jī)中ａ很小（2°～4°），近似為零，故可以認(rèn)為履帶最大比壓發(fā)生在工作裝置順履帶方向的位置，可由上述公式的
從上式可看出：比值L／B不應(yīng)太小，否則會(huì)加大值，一般情況下L／B為1.2～1.4。如用在軟地面工作則可加長履帶長度和加大履帶寬度來降低最大比壓值。
最小離地間隙h也是一個(gè)重要的參數(shù)。這是除履帶外機(jī)械最低點(diǎn)與地面之間的距離，它表明挖掘機(jī)通過地面障礙物（石頭，樹等）的能力。離地間隙要適當(dāng)，因?yàn)樗绊懙綑C(jī)械的重心位置，穩(wěn)定性以及機(jī)械機(jī)構(gòu)等。對(duì)液壓挖掘機(jī)通常取。
2.2.3初選履帶
關(guān)于履帶選擇的一些要求
1.在往鏈軌節(jié)上裝銷套時(shí)，其兩端的突出部分對(duì)稱度不得超過0.5mm，銷軸與鏈軌的壓裝部分應(yīng)勻等。
2.履帶組裝后，每節(jié)應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不得有卡死現(xiàn)象。
3.履帶組裝后，每十節(jié)內(nèi)的直線度不得大于4mm，履帶全長不得大于8mm。
4.履帶或零件，自裝機(jī)使用之日起，在符合說明書的規(guī)定的條件下，所有零件均不得損壞。
5.履帶的選擇，型號(hào)LD229，履帶的名義節(jié)距為229mm，履帶節(jié)距為228.60mm，履帶板寬度為600mm。
合理使用履帶應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1.正確選用履帶板寬度。
2.正確調(diào)整履帶的張緊度。
3.避免機(jī)器做不必要的高速后退與前進(jìn)。
4.避免單邊轉(zhuǎn)向。
5.避免長期傾斜作業(yè)。
履帶行走機(jī)構(gòu)零部件之間相互接觸、相對(duì)運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生摩擦。磨損的快慢，除了與材料本身性能有關(guān)外，還與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、接觸的負(fù)荷大小成正比。由于履帶銷之間的節(jié)距大于驅(qū)動(dòng)齒輪的節(jié)距，所以使驅(qū)動(dòng)齒輪磨尖。使履帶張得過緊，負(fù)荷會(huì)很大。
2.2.4其他參數(shù)的選擇與計(jì)算
經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法（查表法）是以液壓挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)的總體參數(shù)用概率方法得到各主要參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，以公式來確定挖掘機(jī)的各種參數(shù)。
根據(jù)任務(wù)書可知：G=25t
1） 線尺寸參數(shù)及線長度的確定
線尺寸參數(shù)：
由《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》表1-3，?。?
標(biāo)準(zhǔn)臂系數(shù)：
K1=1.8
標(biāo)準(zhǔn)斗桿系數(shù)：
Kl2=0.8
斗長度系數(shù)：
Kl3=0.5
將上述系數(shù)分別代入上式中，得：
臂長： l1=5263mm
斗桿長： l2=2339mm
斗長度： l3=1462mm
2)質(zhì)量參數(shù)及質(zhì)量的確定
質(zhì)量參數(shù)主要包括各部分重，機(jī)體重心位置等，可以按下式確定：
(1)各機(jī)構(gòu)重量： 見表2-1
其中，為各部分質(zhì)量系數(shù)，見《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》表1-4
表2-1各機(jī)構(gòu)重量