【正文】 ..................................... 33 運(yùn)動(dòng)軌跡曲線 ................................................................................................... 33 測(cè)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建模及運(yùn)動(dòng)仿真 2 插圖清單 圖 11 挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖????????????????????? 6 圖 12 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置????????????????????? 7 圖 21 整體式 彎動(dòng)臂 ?????????????????????????? 10 圖 22 整體式斗桿 ??????????????????????????? 10 圖 23 常用鏟斗形式 ???????? ?????????????????? 11 圖 31 挖掘機(jī)工作及外形尺寸示意圖??????????????????? 12 圖 32 挖掘機(jī)工作裝置尺寸計(jì)算示意圖?????????????????? 13 圖 33 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析的計(jì)算圖 ????????????????????? 13 圖 34 斗桿運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算圖?????????????????????? 15 圖 35 鏟斗的運(yùn)動(dòng)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(dòng)臂側(cè)板的建模????????????????????????? 19 圖 45 動(dòng)臂耳座的建模????????????????????????? 20 圖 46 動(dòng)臂與斗桿連接處建模?????????????????????? 20 圖 47 動(dòng)臂的整體建模完成?????????? ????????????? 20 圖 48 斗桿輪廓的建模????????????????????????? 20 圖 49 與動(dòng)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(jī)倉(cāng)?????????????????????????????? 22 圖 419 底座????????????????? ????????????? 23 圖 420 機(jī)倉(cāng)的裝配??????????????????????????? 24 圖 421 動(dòng)臂的裝配??????????????????????????? 24 圖 422 液壓缸元件的裝配 ??????????????????????? 25 圖 423 動(dòng)臂液壓缸的裝配???????????????????????? 25 圖 424 動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的定義 1???????????????????????? 28 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 圖 55 伺服電動(dòng)機(jī)的定義 2????? ????????????????? 29 圖 56 伺服電動(dòng)機(jī)起始時(shí)間的設(shè)置??????????????????? 29 圖 57 挖掘機(jī)最終機(jī)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(jī)仿真運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1 ????????????????????? 32 圖 510 挖掘機(jī)仿真運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2????????????????????? 32 圖 511 挖掘機(jī)仿真運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 3 ?????????? ??????????? 33 圖 512 挖掘機(jī)仿真運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 4?????????????????????? 33 圖 513 挖掘機(jī)鏟斗的軌跡曲線 ?????????????????????? 33 圖 514 挖掘機(jī)鏟斗位置時(shí)間曲線 ????????????????????? 34 高潔：挖掘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建模及運(yùn)動(dòng)仿真 4 插表清單 表 31 挖掘機(jī)工作及外形尺寸參數(shù)表 ??????????????????? 12 表 41Pro/E 連接方式的解釋說(shuō)明????????????????????? 23 表 51 17 個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù) 設(shè)置表???????????????????? 29 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 引 言 液壓挖掘機(jī)是一種多功能挖掘機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。 隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的拓展，實(shí)際工程中對(duì)工作環(huán)境的要求越來(lái)越高，同 時(shí)對(duì)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(wèn)題也愈來(lái)愈不容忽略 。 早在 1958 年國(guó)內(nèi)便開始了液壓挖掘機(jī)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(shí)出于受 配件如發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓件及企業(yè)自身?xiàng)l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(guó)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(guó)家液壓挖掘機(jī)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(jī)重的挖掘機(jī)功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大，作業(yè)循環(huán)時(shí)間減小，作業(yè)效率大大提高 )；高可靠性和追求司機(jī)操作的舒適性 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的挖掘機(jī)基本上采用人工操作方式，因此進(jìn)行挖掘機(jī)的自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得非常必要而緊迫。近年來(lái)，機(jī)器人學(xué)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)的自 動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)研究展現(xiàn)了廣闊的前景。通過(guò)挖掘機(jī)模型的建立，可以得出挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方案，這將大大改善挖掘機(jī)在軌跡規(guī)劃以及動(dòng)力學(xué)等方面的性能，較好地實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)自動(dòng)化作業(yè)。 目前，液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能 。應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)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(jī)的可靠性 。電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 。提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，液壓挖掘機(jī)技術(shù)研發(fā)有以下的趨勢(shì) : （ 1）向大 型化發(fā)展的同時(shí)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(kuò)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(jī)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(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。 高潔：挖掘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建模及運(yùn)動(dòng)仿真 6 第 1 章 挖掘機(jī)的簡(jiǎn)介 挖掘機(jī)，又稱 挖掘機(jī)械 （ excavating machinery)，是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料，并裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)的 土方機(jī)械 。挖掘機(jī)挖掘的物料主要是土壤、 煤、泥沙以及經(jīng)過(guò)預(yù)松后的土壤和巖石。從近幾年 工程機(jī)械 的發(fā)展來(lái)看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對(duì)較快，挖掘機(jī)已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的工程機(jī)械之一。 挖掘機(jī)最重要的三個(gè)參數(shù)：操作重量（質(zhì)量），發(fā)動(dòng)機(jī)功率和鏟斗斗容。 挖掘機(jī)整體結(jié)構(gòu) 圖 11 挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖 挖掘機(jī)主要分為以下幾個(gè)部分 一、底盤 二、平臺(tái) 三、液壓 四、動(dòng)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(dòng)輪、行走馬達(dá)、底盤布管、中央回底盤在整機(jī)中的主要作用：（ 1）承重（ 2） 行走（ 3）推土 二 平臺(tái)：平臺(tái)是整個(gè)挖掘機(jī)的布置空間；動(dòng)力裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置等都是布置在平臺(tái)上 三 液壓：液壓部分是整個(gè)挖掘機(jī)的心臟部分，所有挖掘的動(dòng)作都是由液壓部分來(lái)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(dòng)力：動(dòng)力部分主要部件有：柴油機(jī)、液壓泵、散熱器、油冷器、燃油箱等 主要作用：提供動(dòng)力源 五 工作裝置：動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、油缸及管路；主要作用是挖掘。 六 覆蓋件：機(jī)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)、電瓶、繼電器等。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 挖掘機(jī)的分類及主要特點(diǎn) 液壓挖掘機(jī)種類繁多，可以從不同角度對(duì)其類型進(jìn)行劃分。 （ 1） 按主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型分，分為全液壓傳動(dòng)和非全液壓傳動(dòng)。若挖掘、回轉(zhuǎn)、 行走等主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則為全液壓挖掘機(jī)。若其中某一個(gè)機(jī)構(gòu)采用 機(jī)械傳動(dòng)，則為非全液壓挖掘機(jī)。機(jī)械挖掘機(jī)一般使用與大型礦山上。 （ 2） 按行走機(jī)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(jī)應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過(guò)性，對(duì)土壤有足夠的附著力，接地比壓小輪胎式液 壓挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，可在多種路面通行的特點(diǎn)。懸掛式挖掘機(jī)是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機(jī)上，可達(dá)到一機(jī)多用的目的，這種挖掘機(jī)拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車地盤，速度快，機(jī)動(dòng)性好。拖式挖掘機(jī)沒(méi)有行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走時(shí)由拖拉機(jī)牽引。 （ 3）按工作裝置劃分，分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鉸接式較為普遍。這種挖掘 機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)完成。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)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(jī)反鏟工作裝置 1— 動(dòng)臂； 2— 動(dòng)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(dòng)臂 動(dòng)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(diǎn)是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過(guò)改變各液壓缸行程來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘工程中的各種動(dòng)作。動(dòng)臂 1的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂液壓缸 2來(lái)支撐動(dòng)臂，通過(guò)改變動(dòng)臂液壓缸的行程即可改變動(dòng)臂傾角，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂升降。斗桿 4鉸 接于動(dòng)臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)