挖掘机手臂的设计及其运动仿真和分析.doc

1、任务书设计题目： 挖掘机手臂的设计及其运动仿真和分析 1 设计（论文）的主要任务及目标本课题基于Pro/E软件对某型号挖掘机手臂进行设计建模，运用Pro/E软件的分析模块对所建的部件模型进行分析，通过分析结果来判定设计的合理性。2设计（论文）的基本要求和内容（1） 掌握Pro/E软件的使用方法；（2） 了解Pro/E软件分析模块的使用方法；（3） 了解机械产品的优化设计方法；（4） 完成挖掘机手臂的建模与分析；（5） 完成相应的工程图（6） 毕业设计说明书；（7）答辩用PPT演示幻灯片一份；（8）其他校、系规定内容。3主要参考文献1成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2004.2 王

2、旭，王积生. 机械设计课程设计M.北京：机械工业出版社.2003。3 纪明刚，陈国定。机械设计M.北京:高等教育出版社,2007。4 张沛颀等著.Pro/ENGINEER 2001高级攻略M.北京. 人民邮电出版社 .20025 钟建林.Pro/Engineer典型机械设计M.北京. 机械工业出版社. 20026 东岳等著.Pro/ENGINEER 2000i零件设计实训教程M. 北京希望电子出版社.20024进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1查阅相关材料，撰写开题报告2014年3月31之前2掌握Pro/E软件的使用方法2014年4月1日2014年4月153完成挖掘机手臂的建模与分

3、析2014年4月16日2014年5月164完成相应的工程图设计说明书等整体设计2014年5月17日2014年5月315校订毕业设计说明书，说明书装订，PPT制作2014年6月1日2014年6月16挖掘机手臂的设计及其运动仿真和分析摘要:挖掘机在农业工程及民用建筑、交通运输、矿山采掘等领域起着非常重要的作用。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。挖掘机的工作装置是直接完成挖掘任务的装置，本设计对工作装置的各个组成部分进行了较为详细的设计，这其中包括了动臂、斗杆和铲斗的设计。文章主要阐述应用Pro/ ENGINEER 进行挖掘机手臂零部件的三维造型

4、、运动仿真，三维造型采用参数化的草图建模方法，这样可以方便地实行零件的修改及改变机型的设计，缩短设计周期，从而产生了巨大的社会效益和经济效益。关键词： 结构设计，挖掘机手臂，Pro/ ENGINEER，运动仿真，受力分析 Excavator arms design and movement simulation and analysis ABSTRAC：The excavator in domains and so on agricultural engineering and civil construction, transportation, mine excavation is pla

5、ying the very vital role. This design is the main parameters of a capacity of 0.2 , it belongs to small and medium-sized hydraulic excavator, the main design of hydraulic excavator working device. The work of an excavator device is done directly the task of mining equipment, the design of the device

6、 to work each component of a detailed design, including the arm, the stem and a bucket design.The article main elaboration carries on the excavator arm spare part using Pro/ENGINEER the three dimensional modelling, the interference inspection and the movement simulation, the three dimensional modell

7、ing uses the parametrization the schematic diagram modelling method, like this may implement the components conveniently the revision and the change type design, reduces the design cycle, thus has had the huge social efficiency and the economic efficiency .Key words: Structural design，excavator arm，

8、Pro/ENGINEER，movement simulation， Stress analysis目 录1 绪 论11.1 液压挖掘机的工作特点11.2 液压挖掘机的基本类型及主要特点21.3 液压挖掘机的发展概况31.3.1 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势31.3.2 国内液压挖掘机的发展概况31.4 论文构成及研究内容41.5反铲装置的工作原理41.6 本次设计任务52挖掘机工作装置的总体设计方案62.1 工作装置设计方案原则62.2 确定动臂的结构形式62.3 确定斗杆的结构形式72.4 铲斗总体方案的选择72.4.1 确定铲斗的结构形式72.4.2 铲斗与铲斗液压缸的连接方式82.5

9、 确定动臂斗杆铲斗油缸的铰点位置92.5.1 动臂油缸的位置92.5.2 斗杆油缸的位置92.5.3 铲斗油缸的位置93 动臂斗杆铲斗机构参数的选择113.1 反铲装置总体方案的选择113.2 机构自身几何参数113.3 斗杆参数的选择143.3.1 铲斗主要参数的选择143.3.2 斗形尺寸计算153.3.3 动臂机构参数的选择163.3.4 斗杆机构参数的选择193.3.5 连杆摇臂参数的选择214 挖掘机液压缸作用力的确定224.1 铲斗油缸作用力的确定224.2 斗杆油缸作用力的确定234.3 动臂油缸作用力的确定245 工作装置的强度计算265.1 斗杆的计算265.2 动臂的计算3

10、36 挖掘机手臂仿真分析356.1 运动部件的构建及主要运动部件的介绍356.1.1 大臂的结构介绍356.1.2 斗杆的结构介绍366.1.3 铲斗的结构介绍366.2 挖掘机手臂的装配图376.3 仿真分析376.4 挖掘机运动仿真分析的意义396.5 力学分析406.5.1 大臂液压缸受力分析406.5.2 斗杆液压缸受力分析41结 论42参考文献43致 谢451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

11、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，可用来挖掘土坑、排水沟，拆除废旧建筑物，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；在军事工程中，或用来筑路、挖

12、壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。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时，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（1）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

13、稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可低达1r/min。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。（2）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0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。7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

14、，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。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。1.2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。根据行走机构的类型划分根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式及拖式。根据整机质量，驱动功率和铲斗容量分类 表1.1按整

15、机质量、驱动功率和铲斗容量分类分类整机质量/t驱动功率/kW铲斗容量/m3小型机6t以下（含6t）小于400.2-0.22中小型机大于6t小于13t大于40小于850.20-0.6大型机大于等于13t小于50t大于85-2600.6-2.5超大型机大于100大于350大于5.01.3液压挖掘机的发展概况挖掘机械的最早雏形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一台有确切记载的挖掘机械是1796年英国人发明的蒸汽“挖泥铲”。而能够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动的“动力铲”于1835年在美国诞生，主要用于修筑铁路的繁重工作，被认为是现代挖掘机的先驱，距今已有170多年历史。1950年，德国研制出世界上第一台全液压挖掘机。由于科学技术