反铲装置工作过程仿真研究报告.docx

反铲装置工作过程仿真研究报告.docx

《反铲装置工作过程仿真研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反铲装置工作过程仿真研究报告.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

反铲装置工作过程仿真研究报告

毕业设计<论文）

液压挖掘机反铲装置

工作过程仿真研究

学院：

机械与车辆工程学院

专业：

姓名：

指导老师：

机械工程及自动化

卢伟明

学号：

职称：

0604131008

王立涛

教授

中国·珠海

二○一○年五月

北京理工大学珠海学院毕业设计

诚信承诺书

本人郑重承诺：

我所呈交的毕业设计《液压挖掘机反铲装置工作过程仿真研究》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

承诺人签名：

日期：

年月日

液压挖掘机反铲装置工作过程仿真研究

摘要

液压挖掘机是土石方工程的主要施工机械，广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。

液压挖掘机利用工作装置进行土石方挖掘，工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志。

工作装置的作业由三个油缸的复合动作及铲斗和土石方的相互作用来实现的，其运动和受力分析情况比较复杂。

工程应用中常出现动臂或斗杆开裂失效、挖掘区域不合理、工作装置与机体干涉以及工作装置铰点销轴早期断裂等故障，给企业造成巨大损失，直接影响了国内挖掘机行业的发展。

和其他国外的工程机械产品相比，国产液压挖掘机缺少竞争力，在国内的市场占有率是相对较低的。

液压挖掘机工作装置的优化设计是液压挖掘机设计中极为重要的一部分它对于提高整机的工作效率，提高挖掘机的作业性能具有重要的意义。

本文主要的研究工作及相应的结论主要有以下几个方面：

对液压挖掘机的反铲装置进行了运动学、力学分析和计算，并对工作装置建立了运动学方程，得到反铲装置各关键点的坐标和实现挖掘力的限制条件，这为进一步的分析提供了依据；利用CATIA软件对工作装置的实体建立模型和约束条件，通过分析获得液压挖掘机的工作范围，这有助于液压挖掘机工作参数的验证；通过运动分析，利用CATIA软件的测量功能得到了挖掘机的工作包络曲线图。

因此该结果对设计以及实验具有一定的实际参考意义。

关键词：

液压挖掘机反铲工作装置CATIA

TheSimulationofHydraulicExcavatorBackhoe

WorkingMechanism

Abstract

Hydraulicexcavatoristhemajorconstructionmachineintheearthmovingexcavationandengineeringfield,anditiswidelyusedinthemechanizedconstructionofenergy,transportation,waterconservancy,urbanconstructionandmodernizedmilitaryengineeringfield.Workingmechanismisthemainpartforearthexcavation,sotheperformanceandreliabilityofworkingmechanismbecomethemostimportantsymbolofmachine.Theworkofthemechanismiscompletedbycompoundactionofthreecylindersandtheinteractionofearthmoving,ofwhichthemovementandforceanalysisisquitecomplex.Inpracticalapplication,armcrack,unreasonableexcavationregion,machineinterveneandearlyfailuresofhingeoftenoccur,whichresultintremendouslossanddirectlyinfluencethedevelopmentofdomesticexcavatorfield.Comparedwithotherforeignengineeringmachine,domestichydraulicexcavatorislackofcompetitivenessandhasthelowershareindomesticmarket.Optimizationofworkingmechanismisvitaltothedesignofahydraulicexcavator,whichisabletoimprovethewholemachine’sworkingefficiencyandproperty.

Themainresearchandrelatedconclusionareasfollowed.Firstly,thepositionofeverykeypointandlimitedconditionofrealizingtheexcavatingforcehavebeenobtainedbystudyingthetheoryofthebackhoeequipment.Secondly,setupthekinematicalequationoftheequipment.Theseresultscanhelpustofurtheranalyzethebackhoeequipment.Thirdly,virtualspacemodelandlimitedconditionhavebeenestablishedthroughCATIAsoftware,whichissimulatedtogetthedrawingoftheworkingarea.Thisresulthasvalidatedtheworkingperformanceparameterofthemachine.Sothereliabledatacanbeprovidedforthedesignandintensitytestofrealone.

Keywords:

hydraulicexcavatorworkingmechanismCATIA

第一章绪论

1.1液压挖掘机的发展现状

1.1.1挖掘机的发展简况

挖掘机的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于河运的疏理工作。

随着工业的发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断发展改进，但它的基本工作原理至今未变。

动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机大发展的以下几个阶段：

1.蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到到广泛应用，大约经历了100年。

当时主要用于开挖运河和修建铁路。

结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。

2.挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。

随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。

产量日益增长，六十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总量的15%，发展到七十年代初期占总量90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎已全部采用液压传动。

与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。

3.控制方式的不断革新，使得液压挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。

最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。

1.1.2液压挖掘机的发展趋势

液压挖掘机自问世以来，经历了探索、发展和提高等阶段，目前，不少国家液压挖掘机的使用在工业与民用建筑、道路建设、水利、矿山、市政工程等土石方施工中已越来越占有重要位置；也是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工装备，是各国经济建设不可替代的装备。

液压挖掘机的使用反映了这些国家的施工机械化水平。

重视和加速挖掘机改进创新稳定提高产品质量，满足用户需求，已经成为生产和研制部门的重大课题。

当前液压挖掘机的研制和改进，主要着眼于：

1.发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效的功，其中包括动力装置与液压系统的最佳匹配，传动效率的提高回转机构功率的回收，高效液压挖掘系统<如恒压功率调节等）的研究等。

2.铲斗挖掘力的充分发挥，挖掘力大小和有效作用范围是衡量各种液压挖掘机工作能力的指标，大型矿用反铲挖掘机更为重要，目前是通过工作装置铰点最佳位置，采用高压与超高压技术，提高整机稳定性和采用随动机构使铲斗随动做恒角切削等方面进行研究。

根据上述发展要求，新研制的液压挖掘机在整机、工作装置、液压系统与元件、行走装置、操纵系统和材料作用等方面有很多发展动向，如整机方面：

液压挖掘机的整机发展，趋向于大型化、微型化、多功能和专用化。

大型矿用全液压挖掘机在短短几年内已由100吨级发展到450吨级，功率提高到2352马力，斗容达到30立方M，目前发展仍是方兴未艾。

大型机的特征是动力源采用两台或多台柴油机联合驱动，采用了节省能源、回收功率和积蓄能等功率有效利用的措施。

结合城市建设和农村建设的需要，国外发展了微型挖掘机，斗容量一般在0.25立方M以下，最小达到0.01立方M。

微型机的特点是结构简单，轻便灵活，零部件尽量提高标准化程度。

数量最盘大的中型机和小型机趋于一机多能的途径，有的国家统计，非建筑用的中、小型机已占30%左右，主要是在冶金工业和林业中作物料装卸或其他用途。

中型机和小型机的特点是发展多种专业装置进行不同的作业，不断提高性能，贯彻三化和提高单位机重的功率等。

发展专门用途的特种挖掘机，也可以提高工作效率，解决特殊施工困难问题。

例如，目前发展有步履式、履带低比压式、低噪音、水下专用、水陆两用等品种。

配合水下资源的开发，对水下专用挖掘机比较重视，开展了无线电遥控、电液遥控和同步显示控制技术在水下挖掘机中的应用的研究。

3.工作装置多功能性发展，液压工作装置的型式进一步扩大，除了常用的正铲、反铲以外发展了起重、抓斗、平斗坡、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击工具、集装叉、高空作业架、绞盘与拉铲等几十种品种。

工作装置的更换快速而简便，并且通过了挖掘过程的研究，来控制工作装置的挖掘轨迹。

目前正在研究连杆式、仿形式、套筒伸缩式、斗杆追随式和具有运算输入装置的轨迹控制装置。

5.提高功率与机重的比率，这是最关键的内容。

采用特种高强度钢材，设计重量轻、强度高的挖掘机，并用优化设计方法达到机械各项指标的均衡。

6.铲斗和斗齿引用振动技术，不用强力而增大贯入性，加大斗容量。

矿用挖掘机具有特种装置，可以直接开挖一般矿石，而毋需爆破。

采用功率可调的激光装置进行挖掘。

7.用燃气轮机取代活塞式柴油机，燃气轮机直接与高压油泵相连。

然而，由于环境保护的原因，燃气轮机最后将被燃料电池所取代，由燃料电池发电驱动液压挖掘机。

8.液压系统将会简化，执行元件的运动直接由油泵控制，而不用换向操纵阀。

工作装置各铰点装以密封式摆动油马达，取代工作油缸。

9.带行走装置增加型式速度，重新设计行走传动，不用常规的刚性车架。

采用气垫行走支承装置代替履带，减少接地比压，便于定位。

1.2国内外对液