【正文】 (410) ? ? ??? ???? （ λ=） （ 411） ? 、 ? 滿足 4 411 兩個經驗條件，說明 ρ、 σ的取值是可行的。 則 l7 =σl5 = 750 = 2673mm (412) min1L =ρl5 = 750 =1880mm (413) L1max =λ1L1min =1880 = 3010mm (414) 至此，動臂機構的各主要基本參數已初步確定。 斗桿機構基本參數的確定 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 23 D：斗桿油缸的下鉸點； E：鏟斗油缸的上鉸點； F 動臂的上鉸點； 2? ：斗桿的擺角； l9：斗桿油缸的最大作用力臂 . 圖 斗桿機構基本參數計算簡圖 Measures stem institutions basic parameters calculation diagram 取整個斗桿為研究對象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達式： e2max = l9 = PGmax （ l2 + l3 ） / P2 =100103 （ 3000+1550） 103/π( 70)2106 = 940mm (422) 斗桿油缸的初始位置力臂 e20與最大力臂 e2max有以下關系 : ? ? ? ?2 0 2 m a x 9 2 m a x 9 2 m a xc o s 2 c o s 2e e l l???? (423) 由 423 知 , 2max? 越大 ,則 e20越小 ,即平均挖掘阻力越小 .要得到較大的平均挖掘力 ,就要盡量減少 2max? ,初取： ψ2max = 90176。 由上圖 : 2 m a x2 m i n 2 2 m i n 92 s in 2L L l ?? ???? ???? L2min = 2940s in 45176。/( 1) = 2215mm L2max = 2215 + 2940Sin45176。 = 3545mm l82 = L22min + l29 2L2minl9COS[(π 2max? )/2] = 22152+ 9402 22215940cos135176。 解得： l8 = 2995mm 而 ∠ EFQ 取決于結構因素和工作范圍 ,一般在 130176。 ～ 170176。之間 .初 定 ∠EFQ =150176。,動臂上 ∠DFZ 也是結構尺寸 ， 可初選 ∠DFZ =10176。 。 谷守領： 20噸履帶式單斗液壓挖掘機工作裝置三維設計 24 鏟斗機構基本參數的確定 轉角范圍 由最大挖掘高度 H2max 和最大卸載高度 H3max的分析，可以得到初始轉角 φD0： H2maxH3max = l3（ sinφD0 +1） 93156485 =1550（ sinφD0 +1） φD0 =55176。 最大轉角 φ3max： φ3max = ∠ V0QVZ，其不易太大，太大會使斗齒平均挖掘力降低，初選 φ3max = 165176。 。 鏟斗機構其它基本參數的計算 l12：搖臂的長度； l29：連桿的長度； l3：鏟斗的長度； l2：斗桿的長度； F：斗桿的下鉸點； G：鏟斗油缸的下鉸點； N：搖臂與斗桿的鉸接點； K：鏟斗的上鉸點； Q：鏟斗的下鉸點 . 圖 鏟斗機構計算簡圖 The bucket institutions calculation diagram 如圖 所示，則有： l24 = KQ = k2 l3 = 1550 = L3max 與 L3min 的 確定： 鏟斗的最大挖掘阻力 F3J max 應該等于斗桿的最大挖掘力，即 F3J max = 138KN。 粗略計算知斗桿挖掘平均阻力 F3J max = F3J max /2 =69KN 挖掘阻力 F3J 所做的功 W3J： m ax33m ax33 ?lFW J ? (424) = 10 165 180?? ? ? ? ? ? = 106 由圖 知，鏟斗油缸推力所做的功 W3： ? ?3 3 3 m in1W F L??? = 6 2 6 3 m 10 45 10 L? ?? ? ? ? ? ? (425) 由功的守恒知鏟斗油缸推力所做的功 W3 應該等于鏟斗挖掘阻力所做的功 W3J ： W3 = W3J (426) 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 25 將 42 425 式代入 426 中計算可得： L3min = 1720mm 則 L3max =λ3 L3min =2750mm 剩余未選定的基本尺寸大部分為連桿機構尺寸，其應滿足以下幾個條件： （１） 挖掘力的要求：鏟斗油缸的挖掘力應與轉斗最大挖掘阻力相適應，當斗齒尖處于 V1 時，斗桿油缸的理論挖掘力應不低于最大挖掘阻力的 80%。 即 PD0≥80% PD0max；當處于最大理論挖掘力位置時 ∠ V1QV應為 30176。 （２） 幾何相容。保證 △ GFN、 △ GHN、 □HNQK在 3l 的任意一行程下都不被破壞。 在保證 以上兩個條件，通過經驗公式和同斗容的其它機型的測繪對照，初步選定剩余的基本尺寸如下： HK = 500mm； HN = 600mm； NQ = 686mm； FN = l2NQ = 2314mm； GF = 800mm； 由預選 ∠ GFN = 60176。 則 2 2 2 2 c osG N FN G F FN G F G FN? ? ? ? GN = 2035mm 至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。 谷守領： 20噸履帶式單斗液壓挖掘機工作裝置三維設計 26 5 三維 實體 設計 solidworks三維軟件簡介 Solidworks 公司是專業(yè)從事三機械設計、工程分析和產品數據管理軟件開發(fā)和營銷的跨國公司，其軟件產品 Solidworks 提供一系列的三維（ 3D）設計產品，幫助設計師減少設計時間，增加精確性，提高設計的創(chuàng)新性，并將產品更快推向市場。 挖掘機實體建模 進行實際操作，首先要對各部件的尺寸進行設計，對零部件的強度和受力進行分析得出它們受力分布圖 。在進行裝配之前，應繪制出各個零部件，再次，按照相應的裝配原則進行裝配，組合出實體模型。主要零部件包括：工作裝置（動臂、斗桿、鏟斗、液壓缸）， 回轉裝置，行走裝置。 繪制出零部件 首先點擊主菜單中 “新建 ——建模 ”命令，選擇上視面為草繪平面，在草繪平面上繪制斗桿，斗桿繪制成桿狀，然后退出草繪層面，選擇草繪圖形拉伸并預覽；接著，選擇打孔命令，在斗桿實體上形成需要的 3個大小不同的孔；進而選擇插入基準命令，在斗桿頂部需要位置插入三個面，選擇剪切體命令，剪除頂部多余部分，形成斗桿三維實體圖形。 動臂、鏟斗、液壓缸、回轉裝置、行走裝置等零件的實體建模步驟大致和斗桿相同，草繪是最重要和最基本的環(huán)節(jié)；草繪完成后，配合上拉伸、旋轉、掃略等命令形成實體，然后 對實體進行鏡像特征、剪切、打孔、特征中心、組合等命令，完成實體建模。建模中常用的命令還有投影曲線、插入基準面、鏡像曲線等，主要零部件如下圖所示： 圖 動臂 Fig. arm 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 27 圖 斗桿 Fig. measures stem 裝配部件 首先點擊主菜單中 “新建 ——裝配 ”命令，在對話框里選擇要組裝的零件，然后在環(huán)境中單擊所需的零部件，所選零部件就會出現在組裝環(huán)境中，多次重復即可，注意的一點是：第一個插入的應該是組裝基體。然后單擊約束配合，根據零件間的配合關系進行裝配 約束（接觸對齊，角度，平行，同心，距離，垂直等）。裝配示意圖如圖 。 圖 挖掘機 Fig. excavator 谷守領： 20噸履帶式單斗液壓挖掘機工作裝置三維設計 28 分析運用 solidworks 軟件得到的結果 從中型履帶式液壓挖掘機的三維模型可以看出，挖掘機的整機結構尺寸設計是合理的。鑒于時間的限制，未對挖掘機內部傳動和控制部分作深入的分析研究。 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 29 結 論 在這次設計中，基于中型履帶式液壓挖掘機的現場觀摩，利用網絡和書本資源，結合機械和力學方面的知識，進行了以下設計工作： （１）在 現場 觀摩的基礎上，結合經驗公式進行了挖掘機工 作裝置的總體設計，對工作裝置進行了運動學分析。 （２）用 比例 法和經驗公式計算出工作裝置各部分的基本尺寸。 （３）完成工作裝置基本尺寸的計算和校核。 （４）繪制出 挖掘機 的三維效果圖。 本論文系統(tǒng)地設計了工作裝置的主要部件，但鑒于時間的限制，未對挖掘機內部傳動和控制部分作深入的分析和設計， 進一步的工作可以將 工程設計理論與計算機軟件相結合來提高結構設計和分析的效率及準確性。 谷守領： 20噸履帶式單斗液壓挖掘機工作裝置三維設計 30 致 謝 在本次畢業(yè)設計過程中，導師 張鵬 認真負責，從一開始就嚴格要求我，在遇到一般問題時強調培養(yǎng)獨立解決問題的能力，讓我自我解決問題的能力 得到了很大提高，而在遇到重點問題時又能及時地 指導我?guī)椭?，讓我在掌握知識的同時提高了效率。畢業(yè)設計的始終， 張 老師都給我了悉心的指導，對我受益匪淺。本次畢業(yè)設計同時也得到了很多同學的幫助，與我同組的 卜祥順 、 高潤亮 、 高峰、鄧鴻、郭欽、李信燕和楊璐璐同學一定程度上給予了幫助，在此對他們一并表示感謝。 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 31 參考文獻 [1] 段鵬文，毛君主編 .工程機械第二版 [M]. 北京：高等教育出版社， [2] 同濟大學，太原重型機械學院 .單斗液壓挖掘機 [M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 1980： 4086，264274. [3] 劉本學 . 液壓挖掘機反鏟工作裝置的有限元分析 [D]. 西安：長安大學， [4] 金海薇 . 液壓挖掘機反鏟工作裝置 CAD/CAM 研究 [D]. 沈陽：遼寧工程技術大學， 2021 [5] 孫桓，陳作模，葛文杰 . 機械原理 [M]. 北京：高等教育出版社 [6] 黃東勝，邱斌 . 現代挖掘機械 [M]. 北京：人民交通出版社， [7]] ， ， ． Robotic excavation in construction automation[J]． Roboticsamp。Automation Magazine， 2021， 2(1)： 2028． [8] 機械工程師手冊編委會 .機械工程師手冊第三版 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， [9]機械零件設計手冊編寫組編 . 機械零件設計手冊 [M]第二版 . 北京：冶金工業(yè)出版社， [10] 隗金文，王慧 . 工程機械 [M]. 沈陽：東北大學出版社， [11] 李鳳平，張士慶，屈振生 . 機械圖學 [M]. 沈陽：東北大學出版社， [12] 周春國，王慧武 . 機械設計課程設計手冊第二版 [M]，西安：西安理工大學出版社， 1994 [13] 胡傳鼎 . 機械制圖畫法范例 [M]. 北京： 化學工業(yè)出版社， ， 221227 [14] 楊曉輝 . 簡明機械實用手冊 [M]. 北京：科學出版社， ， 680689 [15] Nease, .。 Alexander, , Air Force construction automation/robotics. In Proc. 10th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC)。 Houston, May 1993.