【正文】 Alexander, , Air Force construction automation/robotics. In Proc. 10th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的始終，張老師都給我了悉心的指導(dǎo)，對(duì)我受益匪淺。（３）完成工作裝置基本尺寸的計(jì)算和校核。圖 挖掘機(jī)Fig. excavator 谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)28 分析運(yùn)用 solidworks 軟件得到的結(jié)果從中型履帶式液壓挖掘機(jī)的三維模型可以看出，挖掘機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)是合理的。動(dòng)臂、鏟斗、液壓缸、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置等零件的實(shí)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(zhuǎn)、掃略等命令形成實(shí)體，然后對(duì)實(shí)體進(jìn)行鏡像特征、剪切、打孔、特征中心、組合等命令，完成實(shí)體建模。 挖掘機(jī)實(shí)體建模進(jìn)行實(shí)際操作，首先要對(duì)各部件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)零部件的強(qiáng)度和受力進(jìn)行分析得出它們受力分布圖。保證△GFN、△ GHN、□HNQK 在 的任意一行程下都不被破壞。 鏟 斗 機(jī) 構(gòu) 其 它 基 本 參 數(shù) 的 計(jì) 算l12：搖臂的長(zhǎng)度；l 29：連桿的長(zhǎng)度；l 3：鏟斗的長(zhǎng)度；l 2：斗桿的長(zhǎng)度；F：斗桿的下鉸點(diǎn)；G：鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；N：搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；K：鏟斗的上鉸點(diǎn)；Q：鏟斗的下鉸點(diǎn).圖 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)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(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3J max = 138KN。 ∠EFQ =150176。/() = 2215mmL2max = 2215 + 2940Sin45176。 如上圖 在 CZF 中? ???????Z25BFZVB?由 334 和 335 有 ????31max3212max1max3 sinsin lllYHC ??? ???? (41)115sinlYA ????? ???3212in1ax ll? (42)??15min32 sislYl A由 4 42 式有： (43)?? ???2min11 28132121ax1ax3axsi isll lHanman?? ???????? ????令 ???? ???????671082naxB?將 A、 B 的值代入 43 式中有谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)22 (44)??????????0167sin93sinsin max12min1max1max3ax1 ????????? ???llH又特性參數(shù) 41axik??則有 4in1ssk (45)?? (46)21min1mincos???2()?將 4 46 代入到 44 式中 (47)??????????7si93isi540638 max12in1ax1 ????????l解之： ???由 42 式有 ??15min12132ax1 sisin???lYllHA??? ? ?ax12i5 nHl ?? ??.62si30469s5400 m7而 θ1min 與 θ1max 需要滿足以下條件 (48)??1221incos?????????? (49)max??將 θ1max 、θ 1min 的值代入 449 中得：ρ = σ = (410)??? （λ= ） （411）????、 滿足 4411 兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)條件，說明 ρ、 σ 的取值是可行的。 α 與 A 點(diǎn) 坐 標(biāo) 的 選 取初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處軸線夾角 = 120176。/2 = 176。具體分析方法和最大卸載高度工況的分析類似。Q鏟斗下鉸點(diǎn)；K 鏟斗上鉸點(diǎn)。F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E斗桿下鉸點(diǎn)；G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q鏟斗下鉸點(diǎn)；K鏟斗上鉸點(diǎn)。E 斗桿下鉸點(diǎn)； G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q鏟斗下鉸點(diǎn)。V 點(diǎn)的 X 和 Y 坐標(biāo)表示為 和 ，其它點(diǎn)的坐標(biāo)表示方法與 V 點(diǎn)相同，而對(duì)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重心坐標(biāo)則用相XY應(yīng)構(gòu)件的重量代號(hào)作下標(biāo)來替換。由前面的分析可知：動(dòng)臂相對(duì)于水平面的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角 、斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的瞬時(shí)轉(zhuǎn)1?角 和鏟斗相對(duì)于斗桿的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角 與相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度是一一對(duì)應(yīng)的。10?當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度 L3 分別取 L3max 和 L3min 時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角和 ，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:3max?in (321)3max3in????鏟斗的擺角范圍 3maxin 圖 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 Loader transmission linkage mechanism calculation diagram（3）斗齒尖運(yùn)動(dòng)分析見圖 所示，斗齒尖 V 點(diǎn)的坐標(biāo)值 XV 和 YV，是 L1 、L L 3 的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV 和 YV 的函數(shù)表達(dá)式，即 = ( ), = ( )。max1229889cos(),lLl??? 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析鏟斗相對(duì)于 XOY 坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是 LL L 3 的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖 所示，G 點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)， F 點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) Q 點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，V 點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K 點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N 點(diǎn)為搖桿與斗桿的鉸點(diǎn)，M 點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)， H 點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)。這時(shí)：max?15minl?75l??25271??llL (37)1cos? 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析如下圖 所示，D 點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)， F 點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是 的函數(shù)。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程 L1=1375mm，斗桿油缸行程 L2=1450mm，鏟斗油缸行程 L3=1250mm?！?jiǎng)颖巯裸q點(diǎn)到動(dòng)臂與連桿連接的鉸點(diǎn)的距離1l—斗桿與動(dòng)臂連接的鉸點(diǎn)到斗桿與鏟斗連接的鉸點(diǎn)的距離2（2）鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇斗容：q = 3按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選：l 3 =1550mm（3）工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力和“三化“要求以及初步估取的液壓缸受力。（2）要使物料易于卸盡。如圖 所示。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。使用經(jīng)驗(yàn)說明，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件近似的反鏟，以采用整體臂較好。山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 The equipment structure diagram1鏟斗；2 連桿；3斗桿；4動(dòng)臂；5 鏟斗油缸； 6斗桿油缸圖 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 The equipment structure simplified diagram挖掘機(jī)的工作裝置經(jīng)上面的簡(jiǎn)化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是 3，即工作裝置的幾何位置由動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度 L斗桿油缸長(zhǎng)度 L鏟斗油缸長(zhǎng)度 L3決定，當(dāng)LL L 3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定。挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)62 挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 工作裝置構(gòu)成 1斗桿油缸；2 動(dòng)臂； 3油管； 4動(dòng)臂油缸； 5鏟斗； 6斗齒； 7側(cè)板；8連桿； 9搖桿； 10鏟斗油缸； 11斗桿圖 工作裝置組成圖 Work device of operation圖 為所選的單斗液壓挖掘機(jī)的反鏟工作裝置基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗 搖桿 斗桿 1動(dòng)臂 相應(yīng)的三組液壓缸 10 等組成。具體內(nèi)容包括以下四部分：（1）挖掘機(jī)工作裝置的總體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資料以及與挖掘機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)書籍，用力學(xué)知識(shí)對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和力學(xué)計(jì)算。（6）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。（2）更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。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。特別是國(guó)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)。谷守領(lǐng)：20 噸履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置三維設(shè)計(jì)4挖掘機(jī)行業(yè)近年來雖有很大發(fā)展，但與國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在許多不足，其原因除了國(guó)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(guó)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。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。7）拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。3）采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行元件，推動(dòng)工作裝置動(dòng)作，從而完成挖掘機(jī)的挖掘、滿斗舉升回轉(zhuǎn)、卸載、空斗返回等各種工況動(dòng)作?；剞D(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓泵、液壓閥、馬達(dá)、液壓油缸甚至發(fā)動(dòng)機(jī)等主要零部件的供應(yīng)常?？刂圃谏贁?shù)幾家供應(yīng)商手中，它們根據(jù)自己公司的生產(chǎn)情況量產(chǎn)，并非隨著制造商產(chǎn)量的增長(zhǎng)擴(kuò)大生產(chǎn)。2022 年，挖掘機(jī)引領(lǐng)了工程機(jī)械行業(yè)“新潮流” ，在國(guó)內(nèi)固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)開發(fā)較快增長(zhǎng)的背景下，工程機(jī)械行業(yè)呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，挖掘機(jī)表現(xiàn)尤為突出，業(yè)內(nèi)人士普遍對(duì) 2022 年的挖掘機(jī)增長(zhǎng)前景看好。未來挖掘機(jī)行業(yè)前景看好，中西部地區(qū)和東北地區(qū)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快和施工項(xiàng)目的增多，對(duì)挖掘機(jī)的需求量