挖掘机工作装置结构设计-开题报告

挖掘机工作装置结构设计第 1 页 共 4 页开题报告一、本课题设计（研究）的目的：挖掘机的工作装置是挖掘机中最重要也是技术含量要求最高的部分。在设计中我们定位于 20t 中型履带挖掘机。这是因为中型挖机中 2022 吨系列占到整个挖机销量的70%80%，且履带式行走方式通过性和稳定性好.通过挖掘机工作装置设计应该要达到以下目的：1） 所设计的挖掘机工作装置要能够制造出来。这是设计的原则也是最终目的。在设计中不仅要能够实现设计任务书上的要求，而且在原材料、工艺性、加工精度等方面都需要加以考虑。2） 了解挖掘机工作装置设计的各种方法以及所采用的新技术、新工艺。在挖掘机的设计方法中除了传统的经验公式和图解法外，还出现了计算机辅助设计，如PRE、C +等设计和仿真软件在工作装置设计中的应用。新技术、新工艺则如新材料、负荷传感器等等。3） 加强 CAD 等绘图和分析软件的操作熟练程度。CAD 的掌握是一个机械学生所要具备的基本技能。在设计中特别在图纸的绘制时，需要我们去加强熟练运用它们。4） 重新回顾和认识所学的专业知识，特别是材料力学、理论力学、机制工艺学，以便在设计中所用。如整个工作装置的设计可以说是材料力学和理论力学的综合应用。5） 寻求较为简便的设计方法。由于工作装置有三个自由度，且要求在满足受力条件，这使计算十分复杂，故需要一种较简便的设计方法以减少设计强度。 挖掘机工作装置结构设计第 2 页 共 4 页二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：我国的挖掘机行业经过 50 余年的发展，从无到有，从小到大，目前发展十分迅速，初具规模 2，现在主要厂家有徐挖、柳工、常林、玉柴、南特、抚挖、临工、詹阳、振宇、三一、山河智能等。其中贵阳詹阳机械有限公司主要产品是轮胎式挖掘机 3，玉柴、山河智能主要以小型挖掘机为主并大部分用于出口。而徐挖、抚挖是挖掘机制造的领头羊，徐挖的挖机销售在国内厂家中领先 4。南特、 振宇在最近几年中异军突起，发展很快。国产挖机在经历上世际九十年代的低谷后开始蓬勃发展,主要是新一代产品采用了从国外进口的名牌关键配套零部件和当代国际上某些先进技术使整机性能和可靠性得以大大提高，而产品价格又比合资、独资企业同类机型低 10 万元人民币以上，因此深受用户欢迎。 5但是大部分国产产品仍存在不足，如产品品种不齐，缺少大型挖掘机,智能化、自动监控方面还不能满足国内的需要,在这些方面还需要努力 5。在上世际末，随着我国经济的持续发展和基础建设投入的加大，对挖机的需求加大。进口挖机急剧上升。 6另外国外著名产家纷纷到国内合资或独资建厂，主要有小松山推、合肥日立、卡特徐州、成都神钢、常州现代、大宇重工等，国外产家的进口或合资的销售额占到国内总销售额的 70%80%。 7合资产品的主要型号有：小松山推 PC 系列、合肥日立 ZX 系列、卡特徐州 320B 系列、成都神钢 SK 系列、常州现代 R 系列、大宇重工 DH 系列。在国内合资或独资产品的技术质量隐患较少并有以下特点：1) 产品更新速度快。各公司为巩固和提高市场占有率，不断提高产品的技术水平，加快更新换代，产品更新周期不超过三年。2) 实现了机电一体化和智能化。各公司均利用微电技术、计算机技术、传感等高新技术进行控制和报警。3) 制造水平进一步提高。新结构、新材料、新工艺广泛应用。如 WC(碳化钨)材料在斗杆中的运用，平底铲斗的应用等等 7。4) 安全性和技术先进性。液压技术向高速和大功率发展，使结构简单化。总之，虽然我国国内挖机产品水平相对要低，但是也取得了很大进步，如在作业性能、耐久性、安全性、节能与液压系统上。国外大型挖掘机生产厂家较多，系列较全。如德国利勃海尔，日本小松、神钢，美国卡特，韩国现代、大宇，瑞典沃尔沃等。这些公司的产品体现了现有挖机的最高水平，如小松压力补偿系统，神钢的电脑控制系统，沃尔沃的 ACS 控制系统。在节能、环保、信息化上都表现优秀，引导着国外挖掘机的潮流。 挖掘机工作装置结构设计第 3 页 共 4 页纵观未来，挖掘机将有以下趋势的发展趋势：（1） 大型化、小型化。为满足生产的要求，挖掘机有两极化发展的趋势，小到斗容 0.01m3，大到 50 m3。大型挖机用于大型矿山和建筑工程中可以大幅度提高生产率，降低人工费用。小型挖机则适合家庭用 8。（2） 节能技术的应用。具体措施如采用分功率传动、电子负荷传感、发动机转速调节等 。（3） 高作业性能，即在原有机型上提高性能。国内许多企业对作业参数进行了优化，扩大了作业范围，提高了牵引力和行驶速度 9。（4） 高耐久性和可靠性。国内外厂家采用了新结构、新材料以提高可靠性和耐久性。如加强动臂和斗杆 10，采用箱型大截面结构，铲斗采用耐磨板加以保护及高强度钢的应用 11。（5） 保养维护方便。越来越多的企业开始注重维护保养的方便性，以便省时省力。（6） 先进的液压系统和控制系统。改进的液压系统使工作更平稳、快速、有力12。（7） 新的电子控制系统改善了操作性，并降低了噪音和燃油消耗。随着控制系统的改进，使挖机开始向挖掘机器人化发展。如美国的卡内基大学开发的自动装车系统，其应用在 25t 的挖掘机上，不仅可以完成自动装车，而且还可以识别挖掘表面、自卸车和在工作区域中的障碍物 13。（8） 安全性、舒适性和环保。挖掘机上存在噪音和尾气排放的两大问题。在发动机的尾气排放上国外已经达到了较高水平，低噪音的挖机也在国外出现 14，15 ，我国的低噪音技术正在研究中。安全性是很重要的因素，许多挖机上采用的防干涉、自动报警等电子系统大大提高了安全性。在产品设计中，厂家也越来越注意到人机工程，使操作人员工作环境更舒适，操作更方便 16。 挖掘机工作装置结构设计第 4 页 共 4 页三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：设计重点:工作装置的结构计算设计难点:工作装置各部件的几何尺寸的确定、运动轨迹极各点坐标的计算、结构受力分析。采用途径：（1） 横向几何尺寸设计中，以经验公式、经验统计和现场测绘其它同斗容机型的测绘数据为基础，再参考卡特、现代、大宇等国外知名品牌同斗容的机型，初定横向尺寸。然后进行受力分析和 MATLAB 仿真，调整各部分尺寸以满足设计要求和达到参数的最优化。（2） 在纵向尺寸的设计中，以与水平面重合的直线为 X 轴，通过回转中心且与地面垂直的直线为 Y 轴，建立矢量坐标系。并以 L1 所在线段为初始向量，利用向量的乘法和加法确定在某一具体工况下各点的具体位置坐标。也可以在动臂、斗杆、挖斗上分别建立 X1O1Y1、X 2O2Y2、X 3O3Y3 三个坐标系，以 XOY 为绝对坐标，利用相对坐标和绝对坐标的变换关系确定各点的坐标。（3） 在工作装置各部分受力分析时，首先选择出该部分在工