毕业设计（论文）-液压挖掘机反铲装置设计【全套图纸PROE三维】.doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文 毕业设计（论文） 题目： 液压挖掘机反铲装置设计 系 别 航空工程系专业名称 机械设计制造及其自动化班级学号 学生姓名 指导教师 二O一一 年 5 月摘 要本次设计的题目是液压挖掘机反铲装置机构。与其它类型的挖掘机相比，这种类型的挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。液压挖掘机反铲装置的主要特点为：反铲是中小型液压挖掘机的主要工作装置。液压挖掘机的反铲装置由动臂，斗杆铲斗，以及动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸和连杆机构组成。其构造特点是各部件之间的连接全部采用铰接，通过油缸的伸缩来实现挖掘工作中的各种动作。动臂的小铰点与回转平台铰接，并以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕小铰点转动而升降。斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆油缸来控制，当斗杆油缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上焦铰点转动。本次设计的主要参数是斗容量0.2m3,它属于中小型液压挖掘机，主要设计挖掘机的工作装置。在设计中，采用了轮胎式行走装置，来满足要求。上部转台是全回转式，因此它可在一个更大的范围内工作。又因采用液压传动控制而使整机性能得以改善。与机械式挖掘机相比，其挖掘力提高到23倍，整机质量约为5吨，挖掘力约为30kN，最大卸载高度约为2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半径约为5.728m，从中可以看出整机作业能力有了很大的改进，不仅挖掘力大，且机器重量轻，传动平稳，作业效率高，结构紧凑。另外，还对挖掘机的工作装置提出基于结构推理的机构方案创新设计方法。关键词：液压挖掘机 ；反铲机构；设计全套图纸，加153893706ABSTRACTThis designed topic is the marching hydraulic excavator excavational organization. Compared with other types excavators, this kind of type excavator used very universal that because has good through theperformance, also may use to lengthens widens as well as the floating type caterpillar band to reduce pressure for the soft ground or the bogregion.The hydraulic excavator main characteristic is: The small and medium-sized hydraulic excavator shovel is the main work device. Hydraulic excavator shovel device by the arm, dou stem bucket, and arm oil cylinder, dou rod oil cylinders, the bucket of cylinder and linkage mechanism. Its structure feature is between components All adopt the connection by oil cylinder hinged adjustable to realize the various movements excavation. Moving arm little hinge point and rotary platform, and with hinged arm oil cylinder to support and change the dip Angle, through arm arm Oil cylinder telescopic can make moving arm around small hinge point lifting rotation. Dou lever arm hinged on the upper arm, dou rod and the relative By dou pole position to control oil cylinder, when dou rod oil cylinder telescopic, dou lever arm can be around the upper energizer hinge point rotation. This designed main parameter is scoop capacity 0.2m3, it is long to the middle and small scale hydraulic excavator, mainly design the excavator，s the work installment and the hydraulic transmissionprinciple.In the design, used marching walked the installment to satisfied request. Upside the turnplate is the entire rotation , thereof it may work in a greater scope. And further because uses the hydraulicsteering to enable the entire machine performance to improve. Compared with the mechanical type excavator, its excavation strength enhance to 2 3 times, the entire machine weight approximately is 5 tons,the excavation strength approximately is 30kN, the biggest unloading high approximately is 2.65m, biggest digging depth is 4.2m, the biggest excavation radius approximately is 5.728m, thus can see the entire machine work ability to have the very big improvement, not only excavation strength big, but also machine weight light, transmission steadyly, work efficiency is high, the structure is compact. Moreover, but also proposes to the excavator work installment based on the structureinference organization plan innovation design method.Key word：Hydraulic pressure excavator；Excavation organization；Hydraulic system；Innovation design目 录1绪论11.1液压挖掘机的工作特点和基本类型11.1.1液压挖掘机的主要优点11.1.2液压挖掘机的基本类型及主要特点21.2反铲装置的工作原理22总体设计方案42.1工作装置设计方案原则42.2液压系统设计方案原则（总体）42.2.1对液压系统作业动作要求42.2.2对液压系统基本的要求53挖掘机工作装置设计.63.1确定动臂的结构形式.63.2动臂、铲斗机构参数的选择.6 3.2.1反铲装置总体方案的选择.63.2.2铲斗参数的选择73.2.3 动臂机构参数的选择84 液压挖掘机工作装置运动仿真134.1模型建立.134.2构件运动配装.15 4.3构件运动仿真17 1绪论液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。在建筑工程中，可用来挖掘苦坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道等。在露天采矿场上，可用来剥离矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量1.0m3的液压挖掘机挖掘级土壤埋，每班生产率大约相当于300400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。1.1液压挖掘机的工作特点和基本类型1.1.1液压挖掘机的主要优点液压挖掘机在动力装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力能进行工作。液压传动与机械传动相比有许多优点。能无级调速且调速范围大，例如液压马达的最高转速与最低转速之比可达10001。能得到较低的稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可低达1r/min.快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作调整反转。例如电动机在启动时的惯性力矩比其平稳盍时的驱动力矩大50%，而液压马达则不大于5%，加速中等功率电动机需1s到数秒，而加速液压马达只需0.1s。传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制。易于实现标准化、系列化、通用化。基于液压传动的上述优点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有下列主要特点。大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，机器重量，传动平稳，作用效率高，结构紧凑。液压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力约高30%，例如1.0m液压挖掘机铲斗挖掘力120150KN，而同级机械传动挖掘机只有100KN左右。挖掘机在工作时的主要动作包括行走、转台回转和工作装置的作业动作，其中动作最频繁的是回转和工作装置的循环往复运动。这种入选运动一般速度不高，而所需作用力却很大，要求在短时间内通过变速或换向来完成各种复杂动作。机械传动挖掘机完成上述运动需通过磨擦离合器、减速器、制动器、逆转机构、提升和推压机构等配合来完成。因此，机械传动挖掘力不仅结构复杂，而且还要产生很大的惯性力和冲击载荷。而液压挖掘机则不需要庞大和复杂的蹭传动，大大简化了结构，也减少了易损件。由于结构简化，液压挖掘机的质量大约比相同斗容量的机械传动挖掘机轻30%，不仅节省了钢材，而且降低了接地比压。液压挖掘机上的各种液压元件可相对独立布置，使整机结构紧凑、外形美观，同时也易于改进或变型。液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。由于可采用液压先导控制，无论驱动功率多大，操纵均很灵活、省力，司机的工作条件得到改善。更换工作装置时，由于不牵连转台上部的其他机构，因此更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制。由于液压传动易于实现自动控制，因此现代液压挖掘机普遍采用了以微处理器国核心的电子控制单元（ECU），使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态下工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可实现整机状态参数的电子监控和故障诊断。液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，便于组织大规模专业化生产，进一步提高质量和降低成本。1.1.2液压挖掘机的基本类型及主要特点液压挖掘机种类繁多，可以从不同角度对其类型进行划分。根据液压挖掘机种类主要机构传动类型划分。根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动，则为全液压挖掘机。若液压挖掘机中的某一个机构采用机械传动，则称其为非全液压（或半液压）挖掘机。一般说来，这种区别主要表现在行走机构上。对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动，只有行走机构有的为液压传动，有的为机械传动。（2）根据工作装置划分根据工作装置结构不同，可分为铰接式和伸缩臂式挖掘机。铰接式工作装置应用较为普遍。这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点转动来完成作业动作。伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂臂内伸缩，还可以变幅。伸缩臂前端装有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是修整沟坡。1.2反铲装置的工作原理反铲工作装置是液压挖掘机的一种主要工作装置，如图11所示。液压反铲工作装置一般由动臂1、动臂液压缸2、斗杆液压缸3、斗杆4、铲斗液压缸5、铲斗6、连杆7和摇杆8等组成。其构造特点是各构件之间全部采用铰接连接，并通过改变各液压缸行程来实现挖掘过程中的各种动作。动臂1的下铰点与回转平台铰接，并以动臂液压缸2来支承动臂，通过改变动臂液压缸的行程即可改变动臂倾角，实现动臂的升降。斗杆4铰接于动臂的上端，可绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸5控制，当斗杆液压缸伸缩时，斗杆即可绕动臂上铰点转动。铲斗6则铰接于斗杆4的末端，通过铲斗液压缸5的伸缩来使铲斗绕铰点转动。为了增大铲斗的转角，铲斗液压缸一般通过连杆机构（即连杆7和摇杆8）与铲斗连接。液压挖掘机反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等，其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及其组合。反铲液压挖掘机的工作过程为，先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作装置开始下一次作业循环。动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤；斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，但挖掘力小一些。转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率。例如，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，则采用动臂和斗杆同时工作；当挖掘基坑底时，挖掘行程将结束，为加速装满铲斗，或挖掘过程中调整切削角时，则需要铲斗液压缸和斗杆液压缸同时工作。2总体设计方案2.1工作装置设计方案原则设计合理的工作装置应能满足下列要求：主要工作尺寸及作业范围能满足要求，在设计通用反铲装置时要考虑与同类型、同等级机器相比的先进性。考虑国家标准的规定，并注意到结构参数受结构碰撞限制等的可能性。整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并具有一定的先进性。功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。确定铰点布置，结构型式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利，在保证强度、刚度和连接刚性的条件下尽量减轻结构自重。作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次，在满足使用要求的前提下力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠，并尽可能使液压缸卸载或减载。工作装置液压缸设计应考虑三化。采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件的种类。工作装置的结构型式和布置使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。要采取合理措施来满足特殊使用要求。2.2液压系统设计方案原则（总体）按照挖掘机各个机构和装置的传动要求，把各种液压元件用管路有机连接起来的组合体叫做挖掘机的液压系统。液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用液压泵转变为液压能进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件转返为机械能，实现各种动作。2.2.1对液压系统作业动作要求液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的基本要求。液压挖掘机的液压系统应满足的作业动作要求如下。保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。保证工作装置的动作与回转平台的回转动作既能单独动作，又能作复合动作，以提高液压挖掘机的作业效率。履带式液压挖掘机的左、右履带应能分别驱动，使挖掘机行走转弯方便灵活，并能实现原地转向，以提高挖掘机的机动性。保证液压挖掘机工作安全可靠，对各机构及液压执行元件应具有完善的安全保护措施。例如，对回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而下降过快；防止机器下坡行驶时超速溜坡等。2.2.2对液压系统基本的要求根据液压挖掘机的作业动作和环境特点，对液压系统提出如下要求。液压挖掘机的液压系统应具有较高效率，以充分发动机的动力性和燃油经济性。液压系统和液压元件在大负载和剧烈振动冲击作用下，应具有足够的可靠性。选择轻便、适用、耐振的冷却散热系统，减少系统总发热量，使液压系统工作温度及温升在规定范围内。由于液压挖掘机作业现场尘土多，液压油被污染，因此液压稭密封性能要好，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。在必要时采用液压先导或电液伺服操纵装置，提高液压挖掘机操作的舒适性，减轻操作人员的劳动强度。在液压系统中采用先进的自动控制技术，提高液压挖掘机的技术性能指标，使液压挖掘机具有节能、高效和自动适应负载变化的特点。3挖掘机的工作装置设计3.1确定动臂、斗杆、铲斗的结构形式3.1.确定动臂的结构形式动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往决定于动臂的结构形式。反铲动臂分为整体式和组合式两类。直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机,如图31所示。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意，有时采用三节变动臂有利于降低弯曲处的应力集中。整体式变动臂结构简单、价廉，风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少，通用性较差。为了扩大机械通用性，提高其利用率。往往需要配备几套完全不通用的工作装置。一般说，长期用于作业相似的反铲采用整体式动臂结构比较合适。如图21所示。组合式动臂一般都为弯臂形式。其组合方式有两类，一类用辅助连杆（或液压缸）连接，另一类用螺栓连接。组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点，它们分别适用于不同的作业条件。组合式动臂的主要优点是：1工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整。当采用螺栓或连杆连接时调整时间只需十几分钟，采用液压缸连接时可以进行无级调节。2较合理地满足各种类型作业装置的参数和结构要求，从而较简单地解决主要构件的统一化问题。因此其替换工作装置较多，替换也方便。一般情况下，下动臂可以适应各种作业装置要求，不需拆换。3装车运输比较方便。由于上述优点，组合式动臂结构虽比整体式动臂复杂，但得到了较广泛的应用。尤以中小型通用液压挖掘机作业条件多时采用组合式动臂较为合适。本次设计作业条件比较单一，所以选用整体式弯动臂。3.2动臂、铲斗机构参数的选择3.2.1反铲装置总体方案的选择反铲方案选择的主要依据是设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其它装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件下性能。反铲装置总体方案的选择包括以下方面：1.动臂及动臂液压缸的布置确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状。确定动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。前面已确定采用整体式动臂，动臂液压缸的布置为下置式。2.确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数=。对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大内选择。一般当2时，（有反铲取3）称为长动臂短斗杆方案，当1.5叶属于短动臂长斗杆方案。在1.52之间称为中间比例方案。要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。相反，当用配套替换构件或可调连接适应不同作业条件时，不同的配置或铰点连接情况可组成各种比例方案。在使用条件单一，作业对象明确的条件下采用整体式动臂和斗杆固定铰接，值由作业条件确定。从作业范围看，在挖高、挖深与挖掘半径均相同的条件下，愈大作业范围愈窄，从挖掘方式看大宜用于斗杆挖掘为主，因其刚度较易保证。而值小宜用于以转斗挖掘为主。本设计采用中间比例方案,取1.8。3根据液压缸系统压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件和三化要求等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全缩长度之比。考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取1.61.7，个别情况下因动臂摆角和铰点布置要求可以取1.75，而取1.61.7，1.61.7。3.2.2铲斗主要参数的选择斗容量、平均斗宽，转斗挖掘半径和转斗挖掘装满转角（这里令）是铲斗的四个主要参数。、及三者与之间有以下几何关系= 式(31)其中：0.2m 其中：=0.2m3(已知)，铲斗斗容量； 铲斗挖掘半径，单位m；铲斗斗宽，根据反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围，取0.75m； 铲斗挖掘装满转角，一般取90100，取951.658rad把、代入式(31)得：0.20.75（1.658sin95） 解得：0.803m 反铲工作液压缸运动参数表表32液压缸种类参 数 意 义特性参数参 数 符 号动臂液压缸=斗杆液压缸=铲斗液压缸=3.2.3 动臂机构参数的选择由于铲斗容量0.2m3,根据国内外液压挖掘机有关设计标准，通过类比法，选出参数机重5吨。又根据经验公式计算法，参考机体尺寸和工作尺寸经验系数表，线尺寸参数:=m 得出:最大挖掘半径=3.35=5.728m； 最大挖掘深度=2.05=3.505m； 最大卸载高度1.55=2.65m；据统计，最大挖掘半径值一般与+ + 的和值很接近。因此由要求，已定的和可按下列经验公式初选、：式（3-2） =K其中：=5.728m；1.8；经计算得出：=1.759m； = =1.81.759=3.166m在三角形CZF中，、和都可以根据经验初选出：其中：动臂的弯角，采用弯角能增加挖掘深度，但降低了卸载高度，取140；动臂转折处的长度比，一般根据结构和液压缸铰点B的位置来考虑，初步设计取1.11.3，取1.2；因此根据公式：可以算出、 llK l式（3-3）=ZCFarccos()经计算得出：ZC= =1.529m； ZF= =1.834m； =17.9如图31所示。动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比K4按不同情况选取，专用反铲可取0.8；以反铲为主的通用机，斗容量1m3左右的通用机，本设计中取1。加大会使减小或使增大，这下符合反铲作业要求，因此基本用作反铲的小型机取60。本设计中取70。斗杆液压缸全缩时=最大（图312），本设计中取（）170。取决于液压缸布置形式，（图3-11），动臂液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼加耳座上，B在Z的下面。初定BCZ5，根据已知CZF22.1 ，解得BCF17.1。 由图3-22得最大卸载高度的表达式为式（3-4）由图3-13得最大挖掘深度绝对值的表达式为 式（3-5）将这两式相加，消去，并令，+-，得到：- -A)+-1=0 式（3-6）又特性参数：式（3-7）因此=) 式（3-8） 将上式代入式（3-6）则得到一元函数f()=0。式中和已根据经验公式计算法求出，经计算得出：29.6；73.5最后由式（3-5）求为式（3-9）0.638m然后，可通过反函数，可求和：经计算得出：1.63；0.67；=0.952m；1.52m；=1.61m得到的结果符合下列几何条件：+=2.36；|- =0.9614 液压挖掘机工作装置运动仿真4.1 模型的建立：在ProE中模型是由很多特征组成的，所以在建立柱塞泵泵体的时需要建立相关特征，一般在建立特征的时候都要进行草绘，然后根据草绘的图元再转化为三维图形，例如挖掘机动臂的造型设计。（1）【新建】名为b的【零件】文件。单击【插入】/【扫描】/【伸出项】，绘制如图4.1的草绘，双向拉伸260得到如图4.2的实体图形。图4.1图4.2（2）继续上一步骤，【扫描】/【伸出项】后绘制如图4.3草绘，双向拉伸160得到图4.4的实体。 图4.3 图4.4（3）单击【插入】/【扫描】/【切口】，选择上一步骤的外形轮廓线进行切剪，双向切剪120后得到图4.5的连接支撑。图4.5（4）单击基准轴工具，在图4.1的两个圆心处建立两个基准轴。继续单击【切剪】草绘如图4.6的草绘后双向切剪180，得到图4.7的动臂前端。 图4.6 图4.7（5）继续【扫描】/【伸出项】后绘制如图4.8草绘，双向拉伸260得到图4.9的实体。 图4.8 图4.9（6）单击【插入】/【扫描】/【切口】，绘制如图4.10的外形轮廓线进行切剪，双向切剪104后得到图4.11的连接支撑。 图4.10 图4.11（7）单击【孔工具】，在动臂的两端创建两个通孔A-5，A-6，如图4.12，得到动臂的总体造型。图4.124.2 构件运动配装：用ProE进行装配能够发现很多实际中很难发现的问题，我们还可以用ProE进行干涉分析，为了合理的确定铲斗关系，用ProE进行仿真是再好不过的一种方法了，这样即经济又迅速。当发现装配中出现了问题时，只要回过去修改零件就可以了，ProE会自动更新修改后的装配关系。例如：挖掘机铲斗的连接。（1）继续单击【添加组件】，导入铲斗零件h，约束类型选择【销钉】，选择【轴对齐】为两零件e、h端部通孔的中心轴，【平移】为零件e端部两孔内侧和零件h下部孔外侧，如图4-10。（2）继续单击【添加组件】，导入连杆零件j，约束类型选择【销钉】，选择【轴对齐】为两零件j、h端部通孔的中心轴，【平移】为零件j端部孔内侧和零件h下部孔外侧，如图4-11。 图4-10 图4-11（3）单击【添加组件】，导入铲斗油缸零件i，如4.1.2（3）所示完成约束。再次单击【添加组件】，导入铲斗油缸活塞零件l，如4.1.2（4）所示【轴对齐】为两零件l、j端部通孔的中心轴，【平移】为零件j端部孔内侧和零件l下部孔外侧，完成约束。如图4-12，图4-13所示。 图4-12 图4-13（4）继续单击【添加组件】，导入摇杆零件k，约束类型选择【销钉】，选择【轴对齐】为两零件j、k端部通孔的中心轴，【平移】为零件k端部孔内侧和零件j孔外侧，新建约束【圆柱】，选择【轴对齐】为零件k上端部通孔的中心轴和斗杆e下部小孔中心轴，如图4-14。图4-14（5）重复第（2）、（4）步骤，在另外一边继续导入连杆和摇杆。在部分仿真都已经结束后，可以连接成整体的仿真如图4.15和图4.16. 图4.15和图4.16都为整体仿真图4.164.3构件运动仿真 挖掘机铲斗斗尖轨迹的包络图,即挖掘机在任一正常工作位置时所控制到的工作范围。它是挖掘机后来进行静动态分析的前提和基础。机构是由构件组合而成的，其中每个构件都是以一定的方式至少与一个构件相连接，这种连接既使两个构件直接接触，又使两个构件产生一定的相对运动。目前包络线图的绘制方法多采用绘图法即当反铲工作装置的结构形式及结构尺寸己定时(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) ,用作图法求得挖掘机挖掘轨迹的包络图。或采用矩阵方法即根据相邻两杆件的平移、转动关系,为关节链中的每一个杆件建立附加坐标系。在杆机构的分析中利用坐标变换,求出不同位置的节点力与位移的关系,然后在计算机上用C + + 程序编程。这两种方法复杂、工作量大而且不直观,而采用Pro/ E 的运动学仿真模块,可以通过限制挖掘机的极限位置而得到挖掘机的铲斗斗尖运动轨迹即挖掘机包络线图,这大大节省了运动分析的时间,并提高分析的质量。挖掘机在工作中有几个典型的工况位置。4.3.1 （1）铲斗最高位置处的姿态。铲斗最高位置出现在动臂油缸全伸,斗杆油缸和铲斗油缸全缩时。(2)最高卸载高度处的姿态。工作装置处于最高卸载高度处,动臂油缸全伸,斗杆油缸全缩,铲斗处在垂直工作地面向下的位置,该位置挖掘机工作装置先满斗上升,到卸载位置处开始卸载,其目标是使装载车达到尽可能多的物料装载。其中涉及的运动包括:上升过程的加速与减速,卸载过程的抖动卸料及卸载完后的加速下降。(3)最大挖掘半径的姿态。挖掘机的设计规范中,最大挖掘半径是评价挖掘能力的主要标准之一,它决定着挖掘机的挖掘范围。该位置出现在斗杆油缸全缩,铲斗齿尖、斗杆与铲斗铰接点及斗杆与斗杆油缸铰接点这3 点处于同一直线上,且动臂油缸缩进使铲斗齿尖处于地面上。在该位置处,工作装置下落时,挖掘机将会产生很大的冲击力,在挖掘的过程中也将受到很大的土壤阻力。(4)最深挖掘位置处的姿态。此位置出现在动臂油缸全缩,斗杆与斗杆油缸铰接点、斗杆与铲斗铰接点及铲斗齿尖在同一直线上且垂直于挖掘面。该位置处,铲斗中物料较多,土壤挖掘阻力较大,大臂、斗杆与铲斗的受力都很大,同时该位置也是用于计算斗杆与铲斗的危险情况的典型受力工况位置。了解挖掘机各个典型位置后,以保证挖掘机具有良好的综合性能为原则,包括能够得到较大的挖掘深度和挖掘半径等较大的挖掘范围;铲斗满斗时土壤不会外卸,卸载时土壤能够卸除干净;并且考虑到反铲装置的强度等原则来确定动臂与斗杆之间、斗杆与铲斗之间的最大夹角和最小转角。然后使用Mechanism中的 连接轴设置 ,分别对动臂、斗杆、和铲斗的运动范围加以限制。接下来可以通过Pro/ E中的 拖动功能拖动动臂得到动臂的极限位置;再固定旋转支撑和动臂拖动斗杆得到斗杆的极限位置;最后固定动臂和斗杆,拖动铲斗以得到铲斗的极限位置。整个挖掘机的各个运动极限位置分析后,就可以创建驱动器。挖掘机具有多个自由度,且各个自由度之间形成一个完整的闭环结构,因此它的机构仿真属于多驱动器开环机构仿真。创建驱动器, 选择Mechanism中的伺服电动机分别在回转装置与动臂、动臂与斗杆、斗杆与铲斗的连接轴处创建3 个伺服电机,在 规范处选择 位置 ,在 模处选择表 ,根据各零件的运动范围设置时间和位置,以确定不同时间电机的相对转角。然后进行运行分析,选择Mechanism中的运行 ,新建分析定义,设置好开始和结束时间,按照各个伺服电机的运动顺序添加电机,并设置好每个电机的开始和结束时间。这样, 挖掘机就会在要求的范围内运动。选择Mechanism中的运动轨迹 ,选择铲斗末端一点,就可以得到挖掘机铲斗的包络线图,如图4.17所示。挖掘机各极限位置如图4.18 所示 图4.17 挖掘机包络 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图4.18 挖掘机工作装置各极限位置(a) 铲斗和斗杆油缸全缩、动臂油缸全伸; (b) 斗杆油缸全缩,铲斗和动臂油缸全伸; (c) 铲斗、斗杆和动臂油缸全伸;(d) 铲斗油缸全缩,斗杆和动臂油缸全伸; (e) 铲斗、动臂油缸全缩、斗杆油缸全伸; (f) 铲斗、斗杆和动臂油缸全缩运动仿真的结果可以以动画的形式表现,也可以以参数的形式输出。启动Mechanism中的 测量 选择铲斗末端的一点,可得到这一点随时间变化的X 和Y方向的位置参数,如图4 所示。从图4 中可以得到挖掘机的工作参数,如最大挖掘半径和最大挖掘深度,分别为图4.19 (a) , ( b) 最低点的绝对值。这样不仅可知零件之间是否干涉,干涉的体积有多大,还可获知挖掘机的设计是否满足性能要求。根据仿真结果对设计的零件进行修改,可以大大的提高设计的效率。挖掘机反铲工作装置,用Pro/ E 的Mechanism 模块进行了机构运动学仿真,探讨了一种效率更高的绘制挖掘机铲斗包络线图的方法。从分析结果看,整个过程与实际的工艺过程非常吻合,这样可在设计阶段解决外观造型设计、装配工艺问题、运动干涉问题等。挖掘机工作装置运动仿真的实现,结束了挖掘机设计只能在物理样机上进行的历史,创造了新的挖掘机设计途径。仿真结果还可以以动画的形式表现出来,也可以以参数形式输出,得到挖掘机各部件的运动参数,为以后静动态分析提供了依据,节省了设计的时间,也提高了设计的质量和效率。 (a) X 方向 (b) Y 方向 图4.19 挖掘机铲斗末端一点位置参数 结 论本次毕业设计历时一个学期，是在大学四年所学知识的一次综合应用，它将理论与实际结合在一起，即总结了大学学习的重要内容，又给我们提供了应用所学知识和查阅有关资料的能力，是对大学四年学习的检验和完善。本次毕业设计，将机械、液压结合在一起，突出体现了机械行业的发展方向，同时，各学科的交叉与综合显得相当明显，这也是多学科发展的方向。设计过程中运用AutoCAD制图。和proe设计，使计算更准确，设计更合理，充分体现出了现代设计的优越性。通过这次毕业设计，我学会了如何查阅资料，如何应用已学的知识，深刻体会了所学知识的重要性，以及使所学知识联系起来成为一个系统的整体的必要性，逐渐形成一套自己提出问题、分析问题、最后解决问题的整套思路。这些宝贵财富都会使自己在将来的学习和工作中受益匪浅。由于所学知识有限，实际经验缺乏，因此，毕业设计中难免存在缺陷与不足，恳请各位老师及评