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畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯
題目RPP平面連桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)仿真
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號 078105102
學(xué) 生 姓 名 熊礽智
指 導(dǎo) 教 師 朱保利
填 表 日 期 2011 年 03 月 8 日
數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機(jī)的概念
摘要
數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機(jī)操作者的概念被提出和討論。然后，基于描述概念性的控制系統(tǒng)被安裝在專門的數(shù)控平臺上，平臺上配備D/A和A/D轉(zhuǎn)換器，已經(jīng)在小型液壓拉鏟挖掘機(jī)K-111的工裝上應(yīng)用。實驗結(jié)果表明它能滿足所有描述的需求，并且能用于輔助機(jī)器操作員工作。它能為精密工具做引導(dǎo)，了解的運動的自動重復(fù)和特定工具軌道 (包括最佳的路徑)，還有自動改進(jìn)或優(yōu)化路徑。工具軌道也能被規(guī)定使用設(shè)定模型，使挖掘機(jī)成為遙控操縱類別的機(jī)器。現(xiàn)行的系統(tǒng)能基本用于真機(jī)控制系統(tǒng)。1998 Elsevier 科學(xué) B.V. 版權(quán)所有。
關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；液壓挖掘機(jī)；工具軌道
1 介紹
重型機(jī)械的自動化，包括液壓挖掘機(jī)在內(nèi)，始于20世紀(jì)七十年代中期并成為可能。這主要由于時實控制系統(tǒng)和高動力性能的液壓元件的發(fā)明。第一臺配備若干機(jī)械電子系統(tǒng)的挖掘機(jī)被當(dāng)作模型展示，這是Orenstein 和 Koppel為BAUMA'83 展覽會準(zhǔn)備的未來的液壓挖掘機(jī)。自從那次以后，許多配備了自動控制系統(tǒng)的器被展現(xiàn)和要求 如引擎操作，泵操作，機(jī)器工裝，機(jī)器診斷等等。這種系統(tǒng)帶來了真正的幫助和明顯的利潤。舉例來說, 被裝備 LITRONIC 系統(tǒng)的 LIEBHERR R902挖掘機(jī)（對于挖溝機(jī)），對比沒有配備這種自動控制系統(tǒng)的相同機(jī)型來說，效率提高達(dá)40％成本降低30％。雖然一些機(jī)器的自動系統(tǒng)（在一些情況下的優(yōu)化）發(fā)展的相當(dāng)快，但是直到現(xiàn)在主要的機(jī)器程序－推處理-沒有適當(dāng)?shù)睦斫夂兔枋觥Ｋ淖詣踊喈?dāng)?shù)挠邢蓿ㄈ缰貜?fù)運動和激光平行系統(tǒng)等等），并且優(yōu)化處理系統(tǒng)還沒有發(fā)展。比較新的實驗結(jié)果清晰地表明，優(yōu)化的工裝軌跡在連續(xù)材料情況下，工具的尖端不得不沿著前一個推擠過程形成的滑道運動。實際上了解這樣的軌跡和真機(jī)，為工具的運動建立了一個特別的控制系統(tǒng)是必要的，這使得實現(xiàn)這樣的軌跡像實現(xiàn)其它幫助操作員實現(xiàn)其它任務(wù)一樣。考慮到日益加重的機(jī)器的發(fā)展，這種系統(tǒng)必須適應(yīng)數(shù)控電—液驅(qū)動。經(jīng)核實試驗結(jié)果，這種控制系統(tǒng)的概念在這篇文章中提出。
2 工具軌跡的優(yōu)化
實驗發(fā)現(xiàn)[1，2]由于重型機(jī)械工裝的作用，在土壤運動過程中，沿著滑線方向形成了剛性區(qū)域（清楚科技昂的裂紋）。沿著滑線方向，材料的參數(shù)改變了（初始的內(nèi)聚力C減小到殘余值接近Cr=0）。在簡單工具推擠垂直墻的過程中，力轉(zhuǎn)移關(guān)系表明水平力隨著推擠垂直墻過程而增長，但處在一個不穩(wěn)定狀態(tài)。在力減弱的同時，一個運動學(xué)機(jī)制在工具作用結(jié)束而產(chǎn)生。這種機(jī)制周期的產(chǎn)生，而且能用塑性理論的可容學(xué)機(jī)制來描述[4－8]（如圖1）。
圖 1 年行土壤在水平工具向前推擠過程中的典型變形（在理論上）
下了很大的功夫作了描述土壤切削過程的塑性變形理論, 那里的問題,積極施壓剛性壁對顆粒介質(zhì)(下平面應(yīng)變作出反應(yīng)) 被假設(shè)為簡化模型土壤搡. 在這種情況下, 該方法的特點是采用〔3,9〕和若干理論方法(靜力學(xué)和運動學(xué)) ,得下 假設(shè)剛性塑性土壤中的行為. 雖然一些邊值問題解決這個方式 存在若干局限在獲取完整的解決方案,甚至運動學(xué)-根據(jù)十大受理的[9] 尤其是對于更先進(jìn)的地球切削過程. 另一種方法,基于動準(zhǔn)予三方機(jī)制 建議后來[5]和應(yīng)用的描述更先進(jìn)地球搡鎢十大流程[ 6,7,10-12 ]。
讓我們討論推擠平面應(yīng)變剛性墻問題，如圖1所呈現(xiàn)的。假設(shè)材料使剛塑性的并且服從庫倫－莫爾屈服準(zhǔn)則：
在這里，C----材料凝聚力，φ----內(nèi)部摩擦力。
流規(guī)則的形式：
在這里，G(σij)代表塑性潛力。
在發(fā)生時可能是描述的屈服準(zhǔn)則（如公式（1）），關(guān)聯(lián)流動法則是假設(shè),當(dāng)另一項功能被采用時,流動規(guī)律是不相關(guān)。
利用這種方法,并假定改變材料參數(shù)的滑移線[6，7], 不同動受理解剛性壁搡過程中,才能提出和解決預(yù)測最小能量搜查。
對于形狀如“L”形的剛性墻的動力學(xué)允許的解在圖1中體現(xiàn)，主要展示經(jīng)驗觀察的結(jié)果。隨著進(jìn)程的進(jìn)展，橫向力愈來愈來不穩(wěn)定，并且當(dāng)這種力減少的時候，在工具的末端同時產(chǎn)生了動力學(xué)機(jī)制，這種機(jī)制周期的產(chǎn)生。這種理論描述的預(yù)計情況和實驗的主要結(jié)果比較吻合[ 6,7,10-12 ]。
考慮到實驗觀察和理論的方法，試驗的表示是可能的，一旦滑線在前后連續(xù)的材料里面產(chǎn)生，那么工具的尖端很可能沿著先前的產(chǎn)生的滑線運動[12]。實驗在基于平面應(yīng)變的情況下的特殊實驗室內(nèi)完成[1,12],應(yīng)用人工合成的材料，這種材料模仿粘土和其相應(yīng)的參數(shù)，這種材料由50％的水泥，20％的斑脫土，18％的砂子和白色的凡士林混合構(gòu)成。白色的凡士林的使用是為了得到粘性土壤，是土壤的參數(shù)不受空氣的溫度和液體流的影響，并且確保這些參數(shù)在實驗過程中保持穩(wěn)定。
典型的實驗結(jié)果[12]，在圖2和圖4中展示出來，以相同的方法挖出相同等的材料（約60N）?！癓”形的工具以58的角模擬傾斜了現(xiàn)實過程（LA=180mm），是首先推入到一個特定的位置斜度（如圖2－b）。當(dāng)工具以45向前時，工具的尖端作用于材料的自由邊界，滑線就周期的被產(chǎn)生了。在下一個階段（縮回階段）工具的尖端沿著三個垂直的線運動（如圖2－c），伴隨著工具的旋轉(zhuǎn)，工具被挖起的材料填滿（如圖2－d）。那些直線傾斜的角度α＝30，40和50。α角的值是40和50的更接近工具的水平推擠過程形成的滑線的傾斜度（如圖2－c）。在如此的情況下，它的意思是工具的末端幾乎沿著滑線移動，在滑動過程中，材料的內(nèi)聚力c由于材料的軟化而急劇下降。
這些過程的具體能量適合不同的初步水平位移，在每次測試中選擇確定的相似的挖出量（600N）。如圖3所示，可以看出在α＝30的情況下，具體的能量單元比在α＝40和α＝50時都高（甚至高出100％）。然而，在進(jìn)行刀尖沿線傾斜的角度，類似的角度滑線的傾向，填土過程的具體的能量可以大大減少。
圖 2 斜坡樣本的實驗過程：（a）工具和斜坡模型；（b）過程的第一階段－水平移動；
（c）軌跡變化和水平移動發(fā)展階段；（d）過程的最后階段
圖 3 在兩相分明的軌跡情況下‘撤回線’在不同斜度下的具體工作值
實驗結(jié)果表明，發(fā)生在粘性土推土過程中：（1）沿著滑線材料形成剛性區(qū)域，這里的材料參數(shù)極大的改變（內(nèi)聚力）；（2）機(jī)器的工具沿著先前產(chǎn)生的滑線移動，推土過程極大的節(jié)省能量（填土工具）。這個觀察可能是填充過程的基礎(chǔ)。
3 算機(jī)輔助控制系統(tǒng)的基本
據(jù)之前顯示，在推土過程中分析土體變形的力學(xué)機(jī)理，可能決定刀具軌跡的優(yōu)化。然而，在連續(xù)的材料中產(chǎn)生了工具沿著滑線的自動移動，這必須成為被提倡的系統(tǒng)的一個重要選項。這也應(yīng)該成為精密工具的向?qū)?，自動重?fù)已經(jīng)確認(rèn)的運動（例如“討論會”），實現(xiàn)一些手工不能實現(xiàn)的工具動作等等。
考慮到對重型機(jī)器自動化的經(jīng)驗少，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該被裝配在機(jī)器上來協(xié)助操作員，并且扮演決定性和控制性的角色。因此，在控制系統(tǒng)和操作員之間的適當(dāng)?shù)姆蛛x是必要的。
這種用于挖掘機(jī)上的控制系統(tǒng)是建立在實驗室范圍上的，其基本假設(shè)可以闡述如下[13]，（1）控制中心的操作系統(tǒng)是基于兩個數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)作下的。第一個通過控制液壓缸的位置來控制機(jī)械夾具的運動。第二個為第一個系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號。（2）在標(biāo)準(zhǔn)工況下，夾具液壓缸的比例液壓閥通過計算機(jī)來控制。直接的操作員控制僅在出現(xiàn)緊急情況下才能用。（3）機(jī)器環(huán)境和控制系統(tǒng)之間的反饋是通過操作員來實現(xiàn)的。他連續(xù)的參加機(jī)器夾具運動控制的過程中。（4）為了了解這種人工控制不能實現(xiàn)的工具運動，操作員有可能通過硬件或軟件來調(diào)整單個液壓缸的位移。（5）操作員有可能轉(zhuǎn)換夾具運動的自動控制來認(rèn)識特殊的工具軌跡。在這里，工具的尖端沿著滑線或特定的已經(jīng)確認(rèn)的或是事先存在的軌跡移動。（6）優(yōu)化的工具軌跡也可以被認(rèn)為是操作員給定的軌跡的修正。（7）系統(tǒng)可以在考慮某些限制的基礎(chǔ)上來修正操作員說給定的軌跡，如：幾何關(guān)系限制，泵的最大能力限制，泵的最大輸出限制和泵的最大功率限制等等。
現(xiàn)行的概念是基于操作員和控制系統(tǒng)之間的協(xié)作，這就是說夾具的移動是在控制系統(tǒng)修正下的操作員的控制或是在操作員的命下控制系統(tǒng)的自動化控制。
4 控制系統(tǒng)功能實例
控制系統(tǒng)基于上述理念被安裝在一個特殊的數(shù)控場合，配備有PC和C/A、A/C轉(zhuǎn)換器。在小型液壓挖掘機(jī)K-111的設(shè)備中有所應(yīng)用[14-17]。夾具利用液壓缸的位置控制系統(tǒng)來實現(xiàn)夾具的位移控制。夾具液壓缸位移是靠變量柱塞泵反饋的成比例液壓值來控制的。夾具液壓缸控制系統(tǒng)基于三個液壓控制系統(tǒng)，每個控制系統(tǒng)應(yīng)用PID或是狀態(tài)控制器，控制不同的液壓缸的位移[14]。
它可以用 工具軌跡計劃編制，測量作用力和位移，以及其它于夾具位移有關(guān)的量來控制夾具的位移。實驗的數(shù)據(jù)的獲得也是可行的。
當(dāng)建立控制系統(tǒng)時，應(yīng)該考慮的相當(dāng)重要的問題之一是工具軌跡計劃編制的方法。這種方法（通常）從兩步來認(rèn)識[15],在第一步中，計劃和決定軌跡的形狀。在第二步中，軌跡曲線已決定性的方法按時間進(jìn)行參數(shù)化，這種決定性的方法把軌跡定義在廣義坐標(biāo)內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，推廣到廣義坐標(biāo)的時間描述機(jī)器構(gòu)造空間被決定。挖掘機(jī)在這種情況下，液壓缸的長度都是相匹配的。然后，它們作為控制系統(tǒng)信號被用于重復(fù)計劃好的軌跡。有些系統(tǒng)能力描述如下。
4..1 工具沿著指定好的路線移動
為實驗平臺建立的控制系統(tǒng)，在挖掘機(jī)工作空間或是在其構(gòu)造空間內(nèi)運動應(yīng)用“點對點”技術(shù)用這種方法，坐標(biāo)的最初和最終的點以及足夠數(shù)量的特有的節(jié)點被定義。然后描述這個點的值被導(dǎo)入系統(tǒng)，而其余各點的軌跡的計算采用內(nèi)差值法。線性的或是三次多項式差值法被應(yīng)用。軌跡的時間參數(shù)化才能通過確定的軌跡運行時間，以及其劃分個別路徑環(huán)節(jié)而被認(rèn)識?？紤]到系統(tǒng)計算液壓缸的速度的一些限制，測定兩個相鄰點之間的運行時間（或者在最優(yōu)化的情況下）。
在這樣的標(biāo)準(zhǔn)挖掘施工情況下，很難精確實現(xiàn)軌跡，在這里同時移動兩三個液壓缸是必要的。
4.2 工具運動建模
另一種控制裝置運動的方法控制建模，它有些象機(jī)器人上的控制單元，這種控制依靠幻影執(zhí)行。理解為運動學(xué)的重復(fù)或是機(jī)械運動學(xué)的模型[18]，配備有系統(tǒng)測量的移動參數(shù)。以這種方式控制的挖掘機(jī)成了要控機(jī)器[19]。
設(shè)定模型是按K-111挖掘機(jī)裝置的1/10建立的模型，位于該板塊。三個電位計位于旋轉(zhuǎn)軸的模型單元里。來自這些電位計的信號允許我們決定裝置的構(gòu)造。機(jī)械底部提供的模型，限制了個別裝置元件，來自K-111挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)角值。特別開關(guān)啟動系統(tǒng)。
設(shè)定模型是只能用于規(guī)劃中刀具的路徑，以及在其運動的刀具軌跡并用點的方法把它們記錄下來，當(dāng)以2下兩種情況下軌跡點被記錄：較以前的位置相比，液壓缸的總長度增加到高于假設(shè)時；與前面的記錄時間相比時記錄的數(shù)據(jù)更晚時。
路徑的點在不包括斷點的定時間隔下被記錄。路徑的節(jié)點以相應(yīng)的裝置液壓缸的長度來定義。其它的軌跡點的計算由計算機(jī)在構(gòu)造空間內(nèi)以插值法配置。不在軌跡上的點的計算依靠建模標(biāo)記。并可以忽視在區(qū)間的節(jié)點這相當(dāng)于若干采樣周期。這種軌跡的參數(shù)的實現(xiàn)是基于假設(shè)的液壓反饋輸出上的。因此，系統(tǒng)通過節(jié)點的記錄和為裝置液壓缸位置控制系統(tǒng)而設(shè)定的決定點進(jìn)行操作（基于已經(jīng)描述的節(jié)點和假設(shè)輸出反饋）。
如果建模的裝置移動變慢，對于適當(dāng)?shù)募僭O(shè)反饋輸出而言，真正的挖掘機(jī)裝置的移動象模型移動一樣。對于快速移動來說，路徑規(guī)劃的進(jìn)展的實現(xiàn)依靠真正的挖掘機(jī)的裝置。
實驗結(jié)果表明對于依靠建模來控制的裝置移動在圖4中展示出來，在這里用建模來表示挖掘機(jī)裝置軌跡的階段被展現(xiàn)出來。虛線表示的是建模，實線表示真正的挖掘機(jī)裝置和涉及的節(jié)點路徑點。在那種情況下，按照假設(shè)反饋輸出，設(shè)置液壓缸位置控制系統(tǒng)的軌跡節(jié)點在圖4也有展示。建模的軌跡也就是機(jī)械裝置的軌跡，于可重復(fù)利用的值在圖5中展示。標(biāo)記成Jlw、Jlr和Jll的值是在移動中意味著液壓缸位置（計劃的和確定的位置）是錯誤的。
JxMax和JyMax表示水平方向和垂直方向的最大的不同。圖6表示的是液壓缸長度建模（基本心好來源于固定線）的改變，并且計算K-111的裝置（虛線）液壓缸的改變控制系統(tǒng)，以及在移動中的錯誤響應(yīng)（點線）。并于隆隆聲的運轉(zhuǎn)用指標(biāo)（w），臂（r）和鏟斗（l）標(biāo)記。
圖4 應(yīng)用建模描述挖掘機(jī)裝置軌跡的連續(xù)階段
建模信號的運行和真實裝置設(shè)置點之間的不同源于基于假設(shè)反饋輸出的時間參數(shù)化的方法（建模的移動超過真實裝置的可能的移動）。
4.3 沿著直線的工具移動
在當(dāng)前的情況下，裝置的液壓缸的同時移動通過硬件實現(xiàn)，這意思就是通過建模實現(xiàn)。它也可以通過軟件來實現(xiàn)，這意思是通過機(jī)器操作者實現(xiàn)（用專門的按鈕）。機(jī)器在任意工作空間內(nèi)，工具水平或垂直切削角度保持為常數(shù)。在構(gòu)造空間內(nèi)，以點的方法描述工具路徑。此外，機(jī)器操作者可以決定移動速度。速度靠控制系統(tǒng)考慮輸出反饋的情況下保證正確。水平運動的控制結(jié)果在圖7和圖8中表示出來。切削工具的軌跡在圖7中表示出來。他們假設(shè)反饋的計算長度以點線表示出來。工具軌跡的時間參數(shù)化方法于建模相似，看起來操作者給的速度太高，并且系統(tǒng)修正的液壓缸移動適時的與假設(shè)輸出反饋相保持。工具沿著斜線移動的例子在圖9和圖10中展示出來。在圖中工具軌跡和相應(yīng)液壓缸被畫出來，這樣的移動以水平和垂直運動之和來實現(xiàn)（斜線以水平和垂直速度來合成）。例如，沿著斜線的軌跡可以在推擠過程的退回階段沿著滑線或自動形成，使得土壤陡坎。
圖5 建模的路徑（Xu，Yu）和機(jī)器裝置路徑（X，Y）描述的軌跡
圖6 建模中液壓缸的長度變化（實線），控制系統(tǒng)計算的液壓缸的長度（虛線），在裝置移動中的錯誤的響應(yīng)（點線）。
圖7 水平運動的切削工具軌跡
圖8 指示速度的裝置液壓缸的計算長度（實線）和反饋輸出的假設(shè)計算長度（點線）
圖9 傾斜移動的切削工具軌跡
圖10指示速度的裝置液壓缸的計算長度（實線）和反饋輸出的假設(shè)計算長度（點線）
4.4 沿著滑線的工具的自動移動
實驗結(jié)果分析的土壤搡過程顯示，預(yù)計理論滑線的位置合周期的優(yōu)化工具軌跡是可能的。可以在驗室情況下的均勻材料中實現(xiàn)。在現(xiàn)實情況下，當(dāng)材料不是均勻的或是不好定義的時，材料的滑線必須自動的被探測?；€探測的自動化過程是基于觀察的，當(dāng)工具開始穿透稠密的材料時，作用在工具上的水平力的增加時可以觀察的。這種情況也發(fā)生在當(dāng)工具尖端從沿著滑線（這里的物質(zhì)密度相當(dāng)?。┫驔]有動過的材料（滑線上下沒有改變的材料）移動時。然而，推力增加的觀察能被用于滑線的探測。這個過程在下面簡要介紹和實現(xiàn)。
切削工具的移動時水平、垂直合旋轉(zhuǎn)運動的合成，并且的水平反作用力被測量和跟蹤。首先，當(dāng)水平力下降時，工具水平向前移動，同時伴隨滑線系統(tǒng)從末端產(chǎn)生，一個特別的過程（以旋轉(zhuǎn)工具為例）被實現(xiàn)。然后，當(dāng)水平力增加并且超過定義值時。工具按照指定的位移值垂直運動，并且再進(jìn)行水平移動（工具的旋轉(zhuǎn)被增加）。如果這樣，工具再一次垂直運動（按照所描述的位移），并且然后水平運動等等，這樣工具的尖端自動沿著滑線移動（以步進(jìn)方式）。
初步測試的結(jié)果在圖11和圖12中展示出來。作為一個簡化的模型，工具沿著土壤陡坡傾斜0.61rad的可能被調(diào)查。為了定義水平力的最大值和定義垂直位移，控制系統(tǒng)自動沿著陡坡跟隨工具。橫向力于橫向位移和工具軌跡進(jìn)行滑線偵察在圖11中展示。圖11的部分放大在圖12中展示，圖12展示了控制系統(tǒng)的作用。
圖11橫向力與橫向位移和刀具軌跡進(jìn)行滑移線偵查
圖12 圖11的部分放大圖
5 總結(jié)
實驗結(jié)果表明,提出的控制系統(tǒng)能夠滿足上述所有要求的描述,可以用來作為機(jī)床操作協(xié)助。自動重復(fù)實現(xiàn)運動，專用工具（包括高度優(yōu)化路徑）軌跡的實現(xiàn)和自動改進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)路徑的優(yōu)化。工具軌跡也可以用建模來規(guī)定，使挖掘機(jī)成為遙控機(jī)器。現(xiàn)行的系統(tǒng)能作為真實機(jī)器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
致謝
這個研究得到了KBN7T07C00412工程‘用于挖掘機(jī)這類重型機(jī)械的土壤搡過程的優(yōu)化’的贊助，并在基爾科技大學(xué)實現(xiàn)。
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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
題 目： 節(jié)能液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計
起 止 時 間：
學(xué) 生 姓 名：
班 級：
指 導(dǎo) 老 師：
系/室 主 任：
論文 (設(shè)計) 內(nèi)容及要求：
一、 論文內(nèi)容
《節(jié)能型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的設(shè)計》。按照挖掘機(jī)工作裝置和各個機(jī)構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地連接起來的組合體，稱為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。其功能是，以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等將液壓能轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動作。
二、 論文基本要求
基本要求：液壓挖掘機(jī)的動作復(fù)雜，凡要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向、負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據(jù)挖掘機(jī)的工作特點和環(huán)境特點，液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：
1）要保證挖掘機(jī)動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現(xiàn)復(fù)合動作。
2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進(jìn)行，又能作復(fù)合動作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。
3）履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。
4）保證挖掘機(jī)的一切動作可逆，且無級變速。
5）保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過載保護(hù)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。
三、 寫作要求
1）.小型液壓挖掘機(jī)技術(shù)參數(shù)：
整機(jī)質(zhì)量：6000kg ；標(biāo)準(zhǔn)斗容量：0.25m3； ；發(fā)動機(jī)功率：60kW； 鏟斗寬度：800mm 最大挖掘深度：3500mm ； 最大挖掘深5800mm；最大挖掘半徑：6000mm ； 最大卸載高度：3600mm ； 液壓系統(tǒng)工作壓力：28Mpa； 最大流量：63x2L/min ；
爬坡度：27.8最大牽引力：48kN；最大行走速度：5km/h ； 最低行走速度：3km/h ；外形尺寸（長x寬x高）：7800x2100x2620 mm
2）.對小型液壓挖掘機(jī)的行走底盤確定其形式并設(shè)計其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)；
3）.對小型液壓挖掘機(jī)的行走底盤的零、部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計；
4）.圖紙要求：CAD繪圖：小型液壓挖掘機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的總裝圖0#號1張，液壓挖掘機(jī)行走裝置裝配圖0號圖紙1張，履帶板零件圖0號圖紙2張；共計圖紙折合成0#號圖3張以上。
5）．畢業(yè)設(shè)計說明書的字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字，文字要通順、語言流暢。譯文3000漢字。
四、 時間要求
論文于2010年1月3日開始至2010年6月3日結(jié)束。
指導(dǎo)老師：
2010 年 1 月 5 日
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計題目
節(jié)能型液壓挖掘機(jī)的液壓裝置的設(shè)計
設(shè)計題目來源
自選課題
設(shè)計題目類型
機(jī)械工程設(shè)計
起止時間
2010.01.01-2010.06.20
一. 設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義：
液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項建設(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，一臺斗容量為1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘I～I(xiàn)V級土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300～400個工人一天的工作量。由此可見液壓挖掘機(jī)在土方施工當(dāng)中有著重要作用。
隨著液壓技術(shù)的不斷完善，能源危機(jī)的加劇，節(jié)能型液壓挖掘機(jī)特別是履帶式底盤中小類型挖掘機(jī)受到市場消費者的追捧，由于其質(zhì)量輕，體積小，接地比壓低，挖掘力大，實用于各種地面松軟，空間狹小環(huán)境作業(yè)，其通用性非常廣泛。介于這種小型節(jié)能液壓履帶式挖掘機(jī)市場需求潛力大，我們提出設(shè)計研究6噸型號履帶式挖掘機(jī)設(shè)計任務(wù)。本人從事液壓挖掘機(jī)的液壓裝置項目設(shè)計。液壓器件以及原理圖主要以中聯(lián)重科挖掘機(jī)，泵車為藍(lán)本，經(jīng)過篩選而設(shè)計的。
二.設(shè)計（論文）主要研究內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）
1. 挖掘機(jī)液壓工作原理設(shè)計(及液壓原理圖設(shè)計)。
2.挖掘機(jī)各搖臂，液壓缸力學(xué)等參數(shù)求算。
3.挖掘機(jī)液壓元件選用，根據(jù)主泵，液壓缸，液壓鎖，液壓馬達(dá)，液壓換向開關(guān)等液壓元件工作環(huán)境需要選用不同品牌產(chǎn)品(如主泵選用德國力士樂品牌).
三、設(shè)計（論文）的研究重點及難點：
重點
1.液壓原理圖設(shè)計
2. 主泵排量，壓力，控制壓力，油缸等液壓設(shè)備壓強(qiáng)計算和校核
3.液壓元件選用
4.組裝后主泵排量，壓力，控制油路壓力，以及各種溢流閥，減壓閥的壓力調(diào)試
難點
1,協(xié)調(diào)液壓挖掘機(jī)工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走機(jī)構(gòu)外形尺寸與挖掘機(jī)性能參數(shù)之間的矛盾.
2.保證挖掘機(jī)平衡及穩(wěn)定性，盡量提高液壓挖掘機(jī)的挖掘能力.
3.在提高工作效率的同時能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。
四、設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：
1.2009年底至2010年初通過老師對小型履帶挖掘機(jī)的講解，以及中聯(lián)重科工廠實習(xí)加深對這一課程的認(rèn)識，并通過網(wǎng)絡(luò)，圖書館，書店查找相關(guān)資料，為開題報告做準(zhǔn)備。
2.1月16日～3月1日查找收集資料，消化資料，學(xué)習(xí)CAD軟件極其proe等機(jī)械制圖軟件為完成畢業(yè)設(shè)計的制圖做準(zhǔn)備。
3.3月2日～4月15日對挖掘機(jī)液壓原理圖設(shè)計。
4.4月16日～5月12日油缸壓強(qiáng)與主泵排量壓強(qiáng)計算和校核。
5.5月9日～5月20日專題研究。
6.5月21日～5月29日編寫說明書，整理資料，準(zhǔn)備答辯
五、進(jìn)行設(shè)計（論文）所需條件：
1、 裝有AutoCAD、Office軟件的聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)一臺
2、 與設(shè)計所需理論技術(shù)相關(guān)的書籍和資料
3、 《機(jī)械設(shè)計手冊》，《液壓零件手冊》等
主要參考文獻(xiàn)
[1] 《液壓挖掘機(jī)》：高衡 張全根 同編中國建筑工業(yè)出版社1981年
[2] 《液壓挖掘機(jī)》：孔德文 趙克利 徐寧生 等編著 化學(xué)工業(yè)出版社 2006年
[3]《單斗液壓挖掘機(jī)》 ：同濟(jì)大學(xué)主編?中國建筑工業(yè)出版社1986年
[4]《液壓傳動》：章宏甲 黃誼 主編機(jī)械工業(yè)出版社?2002年
[5] 《工程機(jī)械構(gòu)造與設(shè)計》：王勝春等編著 化學(xué)工業(yè)出版社 2009年
[6]《工程機(jī)械構(gòu)造圖冊》 劉希平 主編機(jī)械工業(yè)出版社1990年
[7]《液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計》李玉琳 主編北京航空航天大學(xué)出版社 1991年
[8]《工程機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》陳育儀 編著中國鐵道出版社1987年
[9]《新編機(jī)械設(shè)計手冊》蔡春源 主編遼寧科學(xué)技術(shù)出版社1993年
[10]《工程機(jī)械》、《建筑機(jī)械化》等有關(guān)學(xué)術(shù)雜志在近年來發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)。
六、指導(dǎo)老師意見：
簽名： 年 月 日
摘要
挖掘機(jī)使用于建筑工地的很寬的方面，從挖掘與土壤移動操作到需要一個可選的附加的叫破碎器的破巖任務(wù)。它們普通結(jié)構(gòu)包含一個行駛裝置，回轉(zhuǎn)裝置和一個前面的工作裝置。動臂（boom），斗桿（arm），鏟斗（bucket），是組成挖掘機(jī)前面工作裝置三個主要連接體。回轉(zhuǎn)裝置，動臂，斗桿，和鏟斗的運動是挖掘機(jī)?？康那闆r下工作時最頻繁的運行。在本論文當(dāng)中，主要介紹了動臂、斗桿、鏟斗的相關(guān)設(shè)計計算，包括運動分析。使用了自己編寫小的視窗應(yīng)用程序來執(zhí)行一部分計算任務(wù)。
關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；動臂；斗桿；鏟斗；工作裝置；Visual C++
Abstract
Excavators are used in a wide variety of ways in construction fields, from digging and soil-moving operations to rock-breaking tasks that require an optional attachment called a breaker. Their common structure consists of a traveling body, a swing body and a front manipulator. The boom, arm and bucket, are three main links comprising the front manipulator of an excavator. Swing, boom, arm and bucket motions are the most frequent motions of an excavator when it works in a parked condition. In this paper, design calculation, including movement analyses, is mainly talked about. Some of the calculation tasks use small windows application programs, which are written by myself.
Key words：Excavator；boom；arm；bucket；manipulator；Visual C++
目錄
引 言---------------------------------------------------------1
1 緒 論
1.1 中國挖掘機(jī)市場現(xiàn)狀 1
1.2 小挖掘機(jī)的特點----------------------------------------------2
1.4 挖掘機(jī)的類型 3
1.5 液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)和其選擇 4
2 液壓挖掘機(jī)總體設(shè)計方案 6
2.1 本設(shè)計方案確定 6
2.1.1 所選挖掘機(jī)型式 6
2.1.2 單斗挖掘機(jī)的特點 6
2.1.3 所選機(jī)型的適用范圍 7
2.2 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇 7
2.2.1 總體設(shè)計內(nèi)容 7
2.2.2 單斗液壓挖掘機(jī)的基本參數(shù) 7
2.2.3 選擇確定液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的基本依據(jù) 8
2.3 基本數(shù)據(jù)計算 8
2.3.1標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系 8
2.3.2挖掘力與整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系 10
2.3.3工作尺寸與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系 12
3 液壓挖掘機(jī)的反鏟裝置 13
3.1 動臂及斗桿的結(jié)構(gòu) 13
3.2 動臂缸和斗桿缸的布置 15
3.3 鏟斗與鏟斗缸的連接方案 16
3.4 鏟斗結(jié)構(gòu)﹑斗形及斗容量計算 17
4 回轉(zhuǎn)裝置 19
4.1 回轉(zhuǎn)裝置概述 19
4.1.1 回轉(zhuǎn)裝置的組成 19
4.1.2 對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求 19
4.2 回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點 20
4.2.1 轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點 20
4.2.2 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點 21
4.2.3 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承的系列標(biāo)準(zhǔn) 21
4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 21
4.3.1 傳動方式及其特點 22
4.3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的類型確定 22
4.4 轉(zhuǎn)臺 25
4.4.1 轉(zhuǎn)臺平衡的確定 25
4.4.2 轉(zhuǎn)臺配重的確定 26
4.5 單斗液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性 27
4.5.1 穩(wěn)定性驗證的條件 27
4.5.2 穩(wěn)定性 27
4.5.3 穩(wěn)定性的計算 28
5 行走裝置 29
5.1 液壓挖掘機(jī)行走裝置介紹 29
5.2 履帶式行走裝置的結(jié)構(gòu)布置和傳動方案 31
5.2.1 履帶式行走裝置的構(gòu)造 32
5.2.2 履帶行走裝置的傳動方式 33
5.2.3 履帶行走裝置參數(shù)的確定 36
6 液壓系統(tǒng) 41
6.1 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)介紹 41
6.1.1 基本要求 41
6.1.2液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類型與特點--------------------- 42
6.1.3系統(tǒng)的工作需要和工況分析 43
6.3液壓執(zhí)行元件設(shè)計與計算 43
6.3.1 液壓泵設(shè)計與計算 44
6.3.2 液壓缸設(shè)計與計算 45
6．3．3回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)設(shè)計與計算------------------------------47
6.3.4行走液壓馬達(dá)設(shè)計與計算--------------------------------50
6.4液壓系統(tǒng)最終方案的擬定 52
參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------------------53
致謝 54