【正文】 ..................................... 33 運動軌跡曲線 ................................................................................................... 33 測量曲線 .......................................................................................................... 34 結(jié)論與展望 .............................................................................................................................. 35 致謝 ........................................................................................................................................ 36 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 37 高潔：挖掘機構(gòu)的設(shè)計，建模及運動仿真 2 插圖清單 圖 11 挖掘機的整體結(jié)構(gòu)示意圖????????????????????? 6 圖 12 液壓挖掘機反鏟工作裝置????????????????????? 7 圖 21 整體式 彎動臂 ?????????????????????????? 10 圖 22 整體式斗桿 ??????????????????????????? 10 圖 23 常用鏟斗形式 ???????? ?????????????????? 11 圖 31 挖掘機工作及外形尺寸示意圖??????????????????? 12 圖 32 挖掘機工作裝置尺寸計算示意圖?????????????????? 13 圖 33 動臂運動分析的計算圖 ????????????????????? 13 圖 34 斗桿運動分析計算圖?????????????????????? 15 圖 35 鏟斗的運動分析????????????????????????? 17 圖 41 拉伸的展示????????? ?????????????????? 18 圖 42 旋轉(zhuǎn)的展示??????????????????????????? 19 圖 43 掃描的展示??????????????????????????? 19 圖 44 動臂側(cè)板的建模????????????????????????? 19 圖 45 動臂耳座的建模????????????????????????? 20 圖 46 動臂與斗桿連接處建模?????????????????????? 20 圖 47 動臂的整體建模完成?????????? ????????????? 20 圖 48 斗桿輪廓的建模????????????????????????? 20 圖 49 與動臂油缸連接處???????????????????????? 21 圖 410 與鏟斗連接處????????????????????????? 21 圖 411 斗桿的整體建模完成??????????????????????? 21 圖 412 草繪拉伸輪廓 ????????????????????????? 22 圖 413 抽殼?????????????????? ???????????? 22 圖 414拉伸鏟斗與斗桿連接處 ?????????????????????? 22 圖 415 拉伸，陣列形成鏟齒??????????????????????? 22 圖 416 液壓缸原件??????????????????????????? 22 圖 417 連接件 ???????????????????????????? 22 圖 418 機倉?????????????????????????????? 22 圖 419 底座????????????????? ????????????? 23 圖 420 機倉的裝配??????????????????????????? 24 圖 421 動臂的裝配??????????????????????????? 24 圖 422 液壓缸元件的裝配 ??????????????????????? 25 圖 423 動臂液壓缸的裝配???????????????????????? 25 圖 424 動臂與斗桿的裝配???????????????????????? 25 圖 425 斗桿液壓缸和鏟斗的裝配????? ???????????????? 25 圖 426 鏟斗液壓缸的裝配???????????????????????? 26 圖 51 Pro/E 拖動的界面???????????????????????? 27 圖 52 快照 3 的選擇?????????????????????????? 28 圖 53 快照 3?????????????????????????????? 28 圖 54 伺服電動機的定義 1???????????????????????? 28 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖 55 伺服電動機的定義 2????? ????????????????? 29 圖 56 伺服電動機起始時間的設(shè)置??????????????????? 29 圖 57 挖掘機最終機構(gòu)建模?????????????????????? 31 圖 58 仿真的初始狀態(tài)的設(shè)置????????????????????? 32 圖 59 挖掘機仿真運動狀態(tài) 1 ????????????????????? 32 圖 510 挖掘機仿真運動狀態(tài) 2????????????????????? 32 圖 511 挖掘機仿真運動狀態(tài) 3 ?????????? ??????????? 33 圖 512 挖掘機仿真運動狀態(tài) 4?????????????????????? 33 圖 513 挖掘機鏟斗的軌跡曲線 ?????????????????????? 33 圖 514 挖掘機鏟斗位置時間曲線 ????????????????????? 34 高潔：挖掘機構(gòu)的設(shè)計，建模及運動仿真 4 插表清單 表 31 挖掘機工作及外形尺寸參數(shù)表 ??????????????????? 12 表 41Pro/E 連接方式的解釋說明????????????????????? 23 表 51 17 個伺服電動機參數(shù) 設(shè)置表???????????????????? 29 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 引 言 液壓挖掘機是一種多功能挖掘機械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。 隨著人類活動領(lǐng)域的拓展，實際工程中對工作環(huán)境的要求越來越高，同 時對人的作業(yè)環(huán)境的要求也更加嚴(yán)格，于是在應(yīng)用領(lǐng)域中存在的一些問題也愈來愈不容忽略 。 早在 1958 年國內(nèi)便開始了液壓挖掘機的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品。當(dāng)時出于受 配件如發(fā)動機、液壓件及企業(yè)自身條件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平，與國外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。到了 80 年代末和 90 年代初，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家液壓挖掘機技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率 (同一機重的挖掘機功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大，作業(yè)循環(huán)時間減小，作業(yè)效率大大提高 )；高可靠性和追求司機操作的舒適性 國內(nèi)現(xiàn)有的挖掘機基本上采用人工操作方式，因此進(jìn)行挖掘機的自動化優(yōu)化設(shè)計顯得非常必要而緊迫。近年來，機器人學(xué)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能等相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展為挖掘機的自 動化優(yōu)化設(shè)計研究展現(xiàn)了廣闊的前景。通過挖掘機模型的建立，可以得出挖掘機工作裝置的運動學(xué)和動力學(xué)方案，這將大大改善挖掘機在軌跡規(guī)劃以及動力學(xué)等方面的性能，較好地實現(xiàn)挖掘機自動化作業(yè)。 目前，液壓挖掘機的發(fā)展著眼于動力和傳動系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能 。應(yīng)用范圍不斷擴大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機的可靠性 。電子計算機監(jiān)測與控制，實現(xiàn)機電一體化 。提高機械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機維修時間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來，液壓挖掘機技術(shù)研發(fā)有以下的趨勢 : （ 1）向大 型化發(fā)展的同時向微型化發(fā)展。 （ 2）更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。 （ 3）不斷提高可靠性和使用壽命。 （ 4）工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴大。 （ 5）液壓系統(tǒng)不斷改進(jìn)，液壓元件不斷更新。 （ 6）應(yīng)用微電子、氣、液等機電一體化綜合技術(shù)。 （ 7）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。 （ 8）人機工程學(xué)在設(shè)計中的充分利用。 高潔：挖掘機構(gòu)的設(shè)計，建模及運動仿真 6 第 1 章 挖掘機的簡介 挖掘機，又稱 挖掘機械 （ excavating machinery)，是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的 土方機械 。挖掘機挖掘的物料主要是土壤、 煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。從近幾年 工程機械 的發(fā)展來看，挖掘機的發(fā)展相對較快，挖掘機已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的工程機械之一。 挖掘機最重要的三個參數(shù)：操作重量（質(zhì)量），發(fā)動機功率和鏟斗斗容。 挖掘機整體結(jié)構(gòu) 圖 11 挖掘機的整體結(jié)構(gòu)示意圖 挖掘機主要分為以下幾個部分 一、底盤 二、平臺 三、液壓 四、動力 五、工作裝置 六、覆蓋件 七、駕駛室 八、電器（包括空調(diào)） 一 底盤：車架、支重輪、履帶、回轉(zhuǎn)支承、導(dǎo)輪、驅(qū)動輪、行走馬達(dá)、底盤布管、中央回底盤在整機中的主要作用：（ 1）承重（ 2） 行走（ 3）推土 二 平臺：平臺是整個挖掘機的布置空間；動力裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置等都是布置在平臺上 三 液壓：液壓部分是整個挖掘機的心臟部分，所有挖掘的動作都是由液壓部分來控制的；液壓布管一般分為先導(dǎo)布管和高壓布管兩部分 液壓部分主要部件有：多路閥、油箱、膠管、接頭、油源閥、先導(dǎo)操縱等； 四 動力：動力部分主要部件有：柴油機、液壓泵、散熱器、油冷器、燃油箱等 主要作用：提供動力源 五 工作裝置：動臂、斗桿、鏟斗、油缸及管路；主要作用是挖掘。 六 覆蓋件：機罩、發(fā)動機罩、蓋板 七 駕駛室：密封室和四柱棚 八 電器：喇叭、雨刮、燈、收音機、電瓶、繼電器等。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 挖掘機的分類及主要特點 液壓挖掘機種類繁多，可以從不同角度對其類型進(jìn)行劃分。 （ 1） 按主要傳動機構(gòu)的類型分，分為全液壓傳動和非全液壓傳動。若挖掘、回轉(zhuǎn)、 行走等主要機構(gòu)的動作均為液壓傳動，則為全液壓挖掘機。若其中某一個機構(gòu)采用 機械傳動，則為非全液壓挖掘機。機械挖掘機一般使用與大型礦山上。 （ 2） 按行走機構(gòu)的類型分，分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式。 履帶式液壓挖掘機應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小輪胎式液 壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多種路面通行的特點。懸掛式挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機上，可達(dá)到一機多用的目的，這種挖掘機拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車地盤，速度快，機動性好。拖式挖掘機沒有行走傳動機構(gòu)，行走時由拖拉機牽引。 （ 3）按工作裝置劃分，分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機。鉸接式較為普遍。這種挖掘 機的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點轉(zhuǎn)動完成。伸縮臂式挖掘機的動臂由主臂及伸縮臂組 成，伸縮臂可在主臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清 理作業(yè)。 反鏟工作裝置的工作原理 圖 12 液壓挖掘機反鏟工作裝置 1— 動臂； 2— 動臂液壓缸； 3— 斗桿液壓缸； 4— 斗桿； 5— 鏟斗液壓缸； 6— 鏟斗； 7— 連桿； 8— 搖桿 如圖 12所示。液壓反鏟工作裝置一般由動臂 動臂液壓缸 斗桿液壓缸 斗桿 鏟斗液壓缸 鏟斗 連桿 7和搖桿 8等組成。其構(gòu)造特點是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實現(xiàn)挖掘工程中的各種動作。動臂 1的下鉸點與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸 2來支撐動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角，實現(xiàn)動臂升降。斗桿 4鉸 接于動臂的上端，可繞鉸點轉(zhuǎn)動