【文章內(nèi)容簡介】 65 ....................................................................................................................... 67 目 錄 ....................................................................................................................... 69 ............................................................................................................ 70 1 的裝配 ............................................................................................... 70 2 ............................................................................................... 71 ................................................................................... 73 ........................................................................................... 76 ......................................................................................................... 77 第 5 章 挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真 .................................................................................................. 78 進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”（ Mechanism）環(huán)境 ................................................................................... 78 創(chuàng)建伺服電機(jī) ............................................................................................................... 78 ................................................................................... 78 ................................................................................... 80 ................................................................................... 82 ................................................................................... 84 運(yùn)動(dòng)分析 ...................................................................................................................... 86 回放并保存分析結(jié)果 ..................................................................................................... 88 運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的建立 ..................................................................................................... 93 第六章 總 結(jié) .......................................................................................................................... 99 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................100 致 謝 .......................................................................................................................................101 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒 論 挖掘機(jī)的定義 挖掘機(jī)，又稱 挖掘機(jī)械 ，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的土方機(jī)械。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(jī)械的發(fā)展來看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對較快，而挖掘機(jī)作為工程建設(shè)中最主要的工程機(jī)械機(jī)型之一，其正確的選型也就顯得更為重要 。 挖掘機(jī)的發(fā)展歷史 挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到 1840年。當(dāng)時(shí)美國西部大開發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。但是很長時(shí)間挖掘機(jī)都沒有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中 . 導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展發(fā)展緩慢的主要原因是：其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采用多自由度機(jī) 構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對它不太合適。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對挖掘機(jī)的應(yīng)用相對較少，在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù)，挖掘機(jī)有了它合適的傳動(dòng)裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的飛躍。同時(shí)，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大的變化。在進(jìn)行大規(guī)模國土開發(fā)的同時(shí)，也開始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿 ，能裝上各種給樣的工作裝置，能行走，回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到廣泛應(yīng)用。 1950 年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺液壓挖掘機(jī)。當(dāng)時(shí)液壓挖掘機(jī)主要配置反第一章 緒 論 2 鏟工作裝置。在早年，許多液壓挖掘機(jī)都配組合動(dòng)臂。這種組合動(dòng)臂可以調(diào)節(jié)動(dòng)臂的長度，現(xiàn)在大多數(shù)液壓挖掘機(jī)都采用整體動(dòng)臂。優(yōu)點(diǎn)是重量輕，制造方便，成本低。從 20 世紀(jì) 60 年代到 80 年代中期，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增勃發(fā)展的階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。 1968～ 1970 年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的 83％， 90 年代初工作裝置的結(jié)構(gòu)有所改進(jìn)。大多數(shù)制造廠家借助計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)制造更輕便的動(dòng)臂和斗桿，而不削弱其強(qiáng)度，其時(shí)對挖掘機(jī)工作裝置的研究也已經(jīng)十分成熟。 自第一臺手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來的 160 多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對成熟穩(wěn)定的階段。經(jīng)過幾十年的研究，被成為土建機(jī)械手，成為建設(shè)機(jī)器人的代表，據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場約有 65％至 70％的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無可爭議地 成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場上已占據(jù)首位并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)參數(shù)直接影響作業(yè)范圍、功率利用、挖掘力發(fā)揮等。該參數(shù)的設(shè)計(jì)與挖掘機(jī)性能的好壞有關(guān)。 目前商品化的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)軟件還沒有，都采用各自開發(fā)的軟件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。通過開發(fā)通用性及專業(yè)的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)工作裝置設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，提高挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平。因此，進(jìn)行挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的自主研究非常必要。 挖掘機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 中國挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 早在 1958 年國內(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)四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 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(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。 國內(nèi)原有的數(shù)家挖掘機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠為了生存和發(fā)展，利用自身的實(shí)力和豐富的挖掘機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，紛紛在工廠的技術(shù)改造、試驗(yàn)研究、新產(chǎn)品開發(fā)方面下大功夫。有的新開發(fā)的產(chǎn)品 (也包括某些已生產(chǎn)多年的老產(chǎn)品 )為了提高作業(yè)的可靠性，干脆采用了進(jìn)口的液壓件和發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至于 整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都按照采用國外元件來設(shè)計(jì)，這種經(jīng)過改型或新設(shè)計(jì)開發(fā)的液壓挖掘機(jī)其工作可靠性和作業(yè)效率得到很大的提高。這樣，引進(jìn)和消化國外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長足的進(jìn)步。 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)行業(yè)近年來雖有很大發(fā)展，但與國外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在許多不足，其原因除了國內(nèi)挖掘機(jī)加工水平落后之外，挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國家相比也有較大的差距，尤其是一些先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握和應(yīng)用。國內(nèi)眾多的研究人員和單位對液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行了不少研究，開發(fā)了其設(shè)計(jì)軟件，他們的研究基本上局限于解決某些問題，即工作裝置 的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和力參數(shù)等的解決。關(guān)于工作裝置設(shè)計(jì)參數(shù)分析和在 CAD 上其自動(dòng)設(shè)計(jì)的綜合研究文獻(xiàn)還沒有。因此，開發(fā)出的軟件缺少通用性，不能使用于挖掘機(jī)工作裝鶯的一些通用問題的解決，對工程機(jī)械這個(gè)行業(yè)不具有通用性。特別是國內(nèi)， CAD在許多企業(yè)還停留在輔助制圖的程度上，當(dāng)然也有部分企業(yè)用 CAD 進(jìn)行空間布置設(shè)計(jì)。雖然部分軟件也有一定的分析計(jì)算能力，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)需要，對液壓挖掘機(jī)進(jìn)行分析的大型通用軟件目前市場上還很少。 經(jīng)過近十年的研究，獲得了一些成果，但是研究還不夠深入，有些研究結(jié)果已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用過程中 。目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于，為了使挖掘機(jī)設(shè)計(jì)人員從繁忙的計(jì)算中解脫出來，現(xiàn)有工作裝置機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，即大多數(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)研究在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上局限地進(jìn)行的。在這樣一種情況下，開發(fā)一個(gè)專業(yè)化的工作裝置的設(shè)計(jì)工具和軟件顯得非常必要。 第一章 緒 論 4 挖掘機(jī) 在中國 發(fā)展 情況 近年來，在中國固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)開發(fā)較快增長的背景下，挖掘機(jī)行業(yè)呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，其產(chǎn)量從 2020 年的 34722 臺增至 2020 年的 192811 臺，相應(yīng)地銷量從 28812 臺增至 165804 臺。 近 6 年，中國挖掘機(jī)產(chǎn)銷量增長的主要驅(qū)動(dòng)因素來自于三個(gè)方面：一是全社會固定資產(chǎn)投資的增加帶動(dòng)了挖掘機(jī)下游需求的增長；二是消費(fèi)者對挖掘機(jī)性能的認(rèn)識，以及挖掘機(jī)租賃市場的升溫促使挖掘機(jī)銷量激增；三是挖掘機(jī)對裝載機(jī)的替代效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)（挖掘機(jī)和裝載機(jī)保有量配比從 2020年的 :1 提升至 2020年的 :1）。 中國挖掘機(jī)市場主要被外資品牌壟斷。 2020 年市場份額為 %，其中日系品牌和韓系品牌共占到 %的份額。以三一重工、玉柴重工為代表的內(nèi)資品牌 2020 年以來以小型 挖掘機(jī)為突破口，逐漸擴(kuò)大市場份額，至 2020 年其市場份額已經(jīng)提升至 %，比 2020 年增長了 個(gè)百分點(diǎn)。 2020 年，銷量超過萬臺的企業(yè)共有 7 家，分別為小松、斗山、現(xiàn)代、日立、神鋼、三一、卡特彼勒，其中，三一重工排名第六，是唯一入圍的內(nèi)資品牌，全年銷量達(dá)到 1415臺。玉柴重工、柳工、福田雷沃年銷量均超過 5000 臺。 2020 年是重工“十二五”的開局之年，中國政府將繼續(xù)加大公路、鐵路、市政、保障性住房等項(xiàng)目的建設(shè)力度，預(yù)計(jì)全年挖掘機(jī)銷量將同比增長 15%，達(dá)到 19 萬臺左右。與此同時(shí)，日本地震對