【正文】 最后衷心感謝百忙之中抽出時(shí)間評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師。 在課題進(jìn)展中，還得到了許多可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友的指導(dǎo)和幫助，在些，一并表示表示誠(chéng)摯的謝意。胡老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、一絲不茍的作風(fēng)使我受益非淺；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，從而使設(shè)計(jì)在原有能力上更合理、更完美。徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社， 1993 ［ 12］ 唐大放 ,馮曉寧 ,楊現(xiàn)卿 .機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué) .中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社， 2022 ［ 13］ 李壯云 .中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典 .江西科學(xué)技術(shù)出版社， 2022 ［ 14］ 唐經(jīng)世 ,高車安 .工程機(jī)械 .北京：中國(guó)鐵道出版社， 1996 ［ 15］ 周士昌 .液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022 ［ 16］ 杜迪生 ,張永惠 .挖掘機(jī)電氣傳動(dòng) 與故障診斷 .北京：冶金工業(yè)出版社， 1994 ［ 17］ 張玉川 .進(jìn)口液壓挖掘機(jī)國(guó)產(chǎn)化改造 .成都：西南交通大學(xué)出版社， 1999 ［ 18］ ,Hydraulic System for Excamator, 3406850. ,1968 ［ 19］ ,Hydraulic Pump Performance as a Function Of Speed and Pressure,SAE961741 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè) 致 謝 本課題是在導(dǎo)師胡元的悉心指導(dǎo)下完成的 ，在將近三個(gè)月的設(shè)計(jì)期間，胡老師在學(xué)習(xí)上給予我許多關(guān)懷和幫助。由于所學(xué)知識(shí)有限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏，因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)中難免存在缺陷與不足，懇請(qǐng)各位老師及評(píng)閱者批評(píng)指正，將在 今后的學(xué)習(xí)和工作中進(jìn)行彌補(bǔ)。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何查閱資料，如何應(yīng)用已學(xué)的知識(shí)，深刻體會(huì)了所學(xué)知識(shí)的重要性，以及使所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)的整體的必要性，逐漸形成一套自己提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、最后解決問(wèn)題的整套思路。 本次設(shè)計(jì)的履帶式 液壓挖掘機(jī)與其它類型的挖掘機(jī)相比在很多優(yōu)點(diǎn)， 傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 54321( e)54321( f)6 6 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)學(xué)期 ，是在大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，它將理論與實(shí)際結(jié)合在一起，即總結(jié)了大學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又給我們提供了應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和查閱有關(guān)資料的能力，是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和完善。 51(b)(d)15164322365(a)(c)1523462346 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 圖 64 新型反鏟裝置 本次創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)合液壓挖掘機(jī)構(gòu)中的反鏟裝置，提出基于結(jié)構(gòu)推理的機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。 表 1 桿數(shù)不大于 12的反鏟裝置 序 號(hào) 平面運(yùn)動(dòng)鏈 編 號(hào) 機(jī)架 桿號(hào) 動(dòng)臂 桿號(hào) 斗桿 桿號(hào) 鏟斗 桿號(hào) 動(dòng)臂油 缸鉸號(hào) 斗桿油 缸鉸號(hào) 鏟斗油 缸鉸號(hào) 1 1 3 9 10 6 ① ⑨ ⑤ 2 3 3 11 12 6 ① ⑨ ⑤ 3 4 6 12 11 3 ⑤ ⑨ ① 4 5 6 12 11 3 ⑤ ⑨ ① 5 6 6 12 11 3 ⑤ ⑨ ① 6 7 3 11 12 7 ① ⑤ 7 8 3 11 12 9 ① ⑧ ⑤ 將編號(hào) 8的平面運(yùn)動(dòng)鏈分別畫成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式，如圖 4所示。其中，編號(hào) 7是現(xiàn)有反鏟裝置，其余六種是新型反鏟裝置。因此編號(hào)為 1 12這四個(gè)平面運(yùn)動(dòng)鏈得到的反鏟裝置，其工作性能不佳。 編號(hào)為 2的平面運(yùn)動(dòng)鏈，桿 3 為機(jī)架，鉸①、⑨、⑤為驅(qū)動(dòng)副，可以看出，這兩個(gè)平面運(yùn)動(dòng)鏈中鏟斗 6的工作情況完全一樣，因此可以拋棄編號(hào)為 2的平面運(yùn)動(dòng)鏈。編號(hào)為 10 的五個(gè)平面運(yùn)動(dòng)鏈中，可以作為機(jī)架的四個(gè)桿 6，它們互為同位桿，因此可用任一桿作機(jī)架，假設(shè)桿 3是機(jī)架，編號(hào)為 6的三個(gè)平面運(yùn) 動(dòng)鏈中，機(jī)架可以是桿 3或桿 6，但是若桿 3為機(jī)架，鉸①、⑨、⑤為驅(qū)動(dòng)副，得到反鏟裝置，其中油缸的支撐點(diǎn)鉸⑩在挖掘過(guò)程中很可能后移，從而影響反鏟裝置的工作性能，因此機(jī)架只能是桿 6。 1513 141112 11(2)①②③④⑤ ⑥⑦ ⑧⑨⑩ 12345678910(1)10 98 765432111 ⑩⑨⑧⑦⑥⑤④ ③②① 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) 151411121211①②③④⑤ ⑥⑦ ⑧⑨ ⑩12345678 9 10(3)1098 765432111 ⑩⑨⑧⑦⑥⑤④ ③② ①131213121 4(4)12 111314111211( 6 )①②③④⑤ ⑥⑦ ⑧⑨⑩12345678910( 5 )1098765432111⑩⑨⑧⑦⑥⑤④ ③②①131 415121512151314111211( 8 )①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1234 5 679( 7 )109 8765432111⑩⑨⑧⑦⑥⑤④ ③②①1311121212111211(10 )①②③④⑤ ⑥⑦ ⑧⑩123456( 9 )98765432111⑩⑨⑧⑦⑥⑤④ ③②①1315⑨131210129 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 圖 63 滿足要求的運(yùn)動(dòng)鏈 ④運(yùn)動(dòng)鏈評(píng)價(jià)與篩選 根據(jù)挖掘機(jī)的用途，為了盡量增大挖掘作業(yè)范圍，其機(jī)架桿必須在平面運(yùn)動(dòng)鏈的一端，而不應(yīng)位于平面運(yùn)動(dòng)鏈的中間。又因?yàn)樵谄矫孢\(yùn)動(dòng)鏈中油缸可用兩個(gè)串聯(lián)的二副桿來(lái)代替，因此反鏟裝置的每 個(gè)子平面運(yùn)動(dòng)鏈至少應(yīng)有一串聯(lián)的二副桿。 (1)N=10， N2=8， N3=0， N4=2， N5=0， N6=0 (2)N=12， N2=10， N3=0， N4=1， N5=0， N6=1 (3)N=12， N2=10， N3=0， N4=0， N5=2， N6=0 (4)N=12， N2=9， N3=1， N4=2， N5=0， N6=0 (5)N=12， N2=9， N3=0， N4=3， N5=0， N6=0 (6)N=12， N2=8， N3=2， N4=2， N5=0， N6=0 其中： N為桿數(shù) NI為具有 I個(gè)運(yùn)動(dòng)副的桿數(shù) ③滿足要求的運(yùn)動(dòng)鏈 對(duì)于以上六種連桿組合，具有分離自由度的平面運(yùn)動(dòng)鏈數(shù)目分別是 4 12和 103 共 166種，經(jīng)計(jì)算，其中只有 25個(gè)平面運(yùn)動(dòng)鏈具有兩個(gè)分離桿。 ②滿足要求的連桿組合 由于分離桿的副數(shù)應(yīng)大于或 等于 4，因此反鏟裝置至少應(yīng)有兩個(gè)副數(shù)大于或等于 4的多副桿。所以反鏟裝置機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的最基本要求是：自由度大于或等于 3，并且具有兩個(gè)分離桿。為了保證最大的挖掘范圍，反鏟裝置必須具有兩個(gè)分離桿。 分析圖 2(b)中所示的反鏟裝置的平面運(yùn)動(dòng)鏈，可以發(fā)現(xiàn)，該裝置是一個(gè)自由度為 3的 12桿機(jī)構(gòu)，其自由度類型為分離自由度，并且具有二個(gè)分離桿，即動(dòng)臂 1 和斗桿 2。 定義 2 分離自由度：如果自由度為 F的平面運(yùn)動(dòng)鏈中至少存在一個(gè)桿，把此桿“切”為兩塊，該平面運(yùn)動(dòng)鏈則被分解成自由度分別為 F F2的兩個(gè)子平面運(yùn)動(dòng)鏈，并且 F=F1+F2，那么該平面運(yùn)動(dòng)鏈的自由度類型為分離自由度。由于油缸可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)串聯(lián)在一起的二副桿，這兩個(gè)二副桿的中間鉸為驅(qū)動(dòng)副(驅(qū)動(dòng)副用兩個(gè)同心圓表示 )，因此圖 2(a)中的反鏟裝置可以轉(zhuǎn)化為圖 2(b) 所示的平面運(yùn)動(dòng)鏈型式。挖掘 作業(yè)時(shí)，將反鏟裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)，操縱臂 油 4，使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面，然后操縱斗桿油缸 5 和鏟斗油缸 6，使鏟斗進(jìn)行挖掘工作。 如圖 2(a)所示，液壓挖掘機(jī)反鏟裝置由動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 3以及動(dòng)臂油缸 斗桿油缸 鏟斗油缸 6和連桿機(jī)構(gòu) 7等組成。 圖 61 基于結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程模型 (1)液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其抽象化表示 液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè) 鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械，它由工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分組成。該方法可以劃分四個(gè)階段：首先是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求確定相似的設(shè)計(jì)方案 (原始機(jī)械方案 )，然后對(duì)該原始方案進(jìn)行抽象化表示，即將機(jī)構(gòu)方案一般化為運(yùn)動(dòng)鏈，在抽象化表示過(guò)程中記錄設(shè)計(jì)約束；其次根據(jù)機(jī)構(gòu)方案一般化運(yùn)動(dòng)鏈，在運(yùn)動(dòng)鏈圖譜庫(kù)中找出與一般化運(yùn)動(dòng)鏈具有相同桿數(shù)、自由度數(shù)以及連桿類型相同的所有非同構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈，即運(yùn)動(dòng)鏈發(fā)散，并根據(jù)設(shè)計(jì)約束和適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法進(jìn)行篩選；第三，對(duì)評(píng)價(jià)篩選后的每個(gè)非同構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈進(jìn)行機(jī)構(gòu)識(shí)別、驅(qū)動(dòng)副識(shí)別以 及桿組識(shí)別，形成用連桿表達(dá)的準(zhǔn)可行機(jī)械方案元型，即運(yùn)動(dòng)鏈再生；最后一 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 個(gè)階段是將準(zhǔn)可行機(jī)械方案元型根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，基于設(shè)計(jì)約束規(guī)則以及用戶交互式方法進(jìn)行類型替代，形成待評(píng)價(jià)的候選方案集轉(zhuǎn)入下一階段，并進(jìn)行用戶交互式模糊評(píng)價(jià)，產(chǎn)生最優(yōu)方案。按他們提出的方法，由計(jì)算機(jī)很容易自動(dòng)生成滿足給定設(shè)計(jì)任務(wù)要求的非同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈，而這些非同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈基本運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)菢?gòu) 造候選機(jī)構(gòu)型的基礎(chǔ)。 由機(jī)構(gòu)演化及編譯原理可知，任何機(jī)構(gòu)，包括齒輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)以及它們的組合，都可以視為連桿機(jī)構(gòu)的等效與變異，其原始型的構(gòu)造皆可通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)造來(lái)獲得。下面結(jié)合液壓挖掘機(jī)構(gòu)的反鏟裝置，提出基于結(jié)構(gòu)推理的機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。到目前為止，尚未有學(xué)者提出系統(tǒng)化的方法以引導(dǎo)設(shè)計(jì)者有系統(tǒng)地進(jìn)行創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)者不但需要具有設(shè)計(jì)的知識(shí)，而且需要具有相當(dāng)?shù)墓こ探?jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造與直覺(jué)的能力、及許多其他方面的條件，才能夠創(chuàng)造一種新型機(jī)構(gòu)以完成所希望的功能。 動(dòng)臂的內(nèi)力圖，包括軸向力 N ，動(dòng)臂平面內(nèi)的彎矩 yM ，剪力 zQ ；平面外的彎矩 zM ，剪力 yQ 和扭矩 KM 。時(shí)）； 3） 鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進(jìn)行正常挖掘。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) Br — 由圖 5－ 1畫圖得， Br ＝ ； 1r — 由圖 5－ 1畫圖得， 1r ＝ ； 整體彎曲動(dòng)臂對(duì)彎曲部分的斷面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮按曲梁進(jìn)行驗(yàn)算，即在彎曲平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算： )Ⅰ15176。176。( dgbA GGM — 工作裝置各部分重量對(duì) A 點(diǎn)的力矩之和，相應(yīng)的力臂值由圖 5－ 1確定為： br — 由圖 5－ 1 畫圖得， br ＝ ； gr — 由圖 5－ 1 畫圖得， gr ＝ ； dr — 由圖 5－ 1畫圖得， dr ＝ ； ＜45176。 動(dòng)臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 ? )G～50176。而且鏟斗也不一定都在初始位置Ⅰ開始挖掘。實(shí)際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)使土壤不從斗