【正文】 而成，與動(dòng)臂油缸聯(lián)結(jié)的軸座也是用ZG270550材料鑄造而成，在軸座四周焊有四塊筋板以提高強(qiáng)度，上述軸座分別與箱形框架焊接成為動(dòng)臂。前、后版都采用厚度為12mm的12MnTiN6鋼板，中側(cè)板采用厚度為15mm的12MnTiN6鋼板。上下蓋版均由前后兩塊板拼焊而成，每塊板都采用厚度為15mm的12MnTiN6鋼板，焊接形式為“45o斜線”焊縫。下面對這三個(gè)部分分別進(jìn)行建模仿真。對挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行建模大部分采用的是實(shí)體建模的方法，個(gè)別形狀復(fù)雜的零件采用了特征建模的方法。特征建模模塊使用工廠特征定義設(shè)計(jì)信息，并提供了多種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)特征，可以對這些設(shè)計(jì)特征進(jìn)行參數(shù)化定義，可以對這些特征進(jìn)行參數(shù)化定義。2 挖掘機(jī)工作裝置的建模仿真UG中有三種建模方法：實(shí)體建模、特征建模、自由曲面建模。用ansys分析受力情況，畫出應(yīng)力分布圖。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。ANSYS 程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對CAD 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。（3）、學(xué)習(xí)并利用ansys 對操作臂的主要零部件進(jìn)行有限元分析。 4) 利用草圖生成回轉(zhuǎn)體，完成實(shí)體模型。UG 的建模過程： 1) 確定零件結(jié)構(gòu)。 擬采用的手段（1）、查找中外挖掘機(jī)相關(guān)資料，深入了解挖掘機(jī)操作臂的結(jié)構(gòu)形式及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 本課題要研究或解決的問題（1）、根據(jù)挖掘機(jī)操作臂的傳動(dòng)原理方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。虛擬樣機(jī)技術(shù)采用數(shù)字仿真的形式進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)，仿真模型的參數(shù)就是物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并替代物理樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的測試評估；無需制造實(shí)物樣機(jī)就可預(yù)見和預(yù)測產(chǎn)品的性能，減免了高昂成本的物理樣機(jī)制造過程，降低了開發(fā)成本[15]。根據(jù)這點(diǎn)，不僅確定了正確的設(shè)計(jì)方案，節(jié)約了其他兩個(gè)機(jī)型制造所需的費(fèi)用，還減少了不合理方案盲目上馬的風(fēng)險(xiǎn)。虛擬樣機(jī)技術(shù)無需制造實(shí)物樣機(jī)就可預(yù)見和預(yù)測產(chǎn)品的性能，節(jié)省了物理樣機(jī)制造裝配時(shí)間，減免了高昂成本的物理樣機(jī)制造過程，降低了開發(fā)成本，同時(shí)減少了不合理方案盲目上馬的風(fēng)險(xiǎn)【13】。虛擬樣機(jī)技術(shù)是以虛擬樣機(jī)和虛擬樣機(jī)環(huán)境為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)工程方法、反求工程方法、優(yōu)化方法、計(jì)算機(jī)建模仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等有機(jī)地結(jié)合在一起，為產(chǎn)品的全壽命周期設(shè)計(jì)和評估提供分布式的集成環(huán)境，以達(dá)到優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)周期，節(jié)約開發(fā)成本的目的【12】。每一個(gè)工作周期都由挖掘、回轉(zhuǎn)、卸載，返回等四個(gè)過程組成【11】。單斗液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作時(shí)工作裝置承受隨機(jī)載荷。挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)具有三個(gè)自由度的平面連桿系統(tǒng)，分析是可按平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行。對挖掘機(jī)這樣的復(fù)雜液壓系統(tǒng)進(jìn)行定性和定量的仿真，依靠傳統(tǒng)的僅用微分和差分方程的方法不能很好地模擬系統(tǒng)實(shí)際的各種工作性能，因此目前多采用Matlab語言的Simulink模塊對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真[8]。因此本文著重點(diǎn)就是對挖掘機(jī)定點(diǎn)挖掘過程中工作裝置機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真【6】。而且隨著工程機(jī)械機(jī)器人化的研究發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的自動(dòng)化也逐漸成為各國的研究重點(diǎn)，尤其是局部自動(dòng)化【2】；在這方面的研究中，多數(shù)工作集中在對挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行控制。從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107m179。剝離用挖掘機(jī)，斗容量132m179。單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。19681970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。第一臺手動(dòng)挖掘機(jī)問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。具體的工作步驟：對挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行建模仿真，建立各個(gè)零件的三維模型圖，裝配挖掘機(jī)操作臂的三維結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行挖掘機(jī)操作臂的運(yùn)動(dòng)仿真模型，并對其運(yùn)動(dòng)分析，提供運(yùn)動(dòng)性能分析參數(shù)；對挖掘機(jī)操作臂的進(jìn)行力學(xué)分析，采用ANSYS 分析軟件對挖掘機(jī)操作臂的主要零部件進(jìn)行有限元分析，給出出應(yīng)力分析云圖和變形圖；能夠?qū)Ψ治鼋Y(jié)構(gòu)提出建議和意見。河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（初稿）挖掘機(jī)操作臂的建模與仿真分析摘要： 挖掘機(jī)集挖掘和裝載功能于一體，在基礎(chǔ)建設(shè)和民用建筑建設(shè)中的使用與日俱增，但液壓挖掘機(jī)的工作條件比較惡劣，造成工作裝置可靠性較差。本文對挖掘機(jī)進(jìn)行虛擬仿真及運(yùn)動(dòng)和有限元分析，從而為改進(jìn)挖掘機(jī)設(shè)計(jì)、提高挖掘機(jī)工作的穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)。 目錄1 引言（挖掘機(jī)發(fā)展概況及仿真分析的意義） 1 挖掘機(jī)的發(fā)展歷史 1 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 3 2 挖掘機(jī)工作裝置的建模仿真 4 4 113挖掘機(jī)工作裝置主要結(jié)構(gòu)的受力分析 11 斗桿的計(jì)算載荷 11 斗桿載荷的計(jì)算 124 挖掘機(jī)工作裝置的有限元分析 124. 1 有限元分析軟件簡介 124．2 ANSYS中的有限元分析步驟 164. 3 挖掘機(jī)操作臂的有限元分析 20結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 291 緒論 挖掘機(jī)發(fā)展概況及仿真分析的意義 挖掘機(jī)的發(fā)展歷史液壓挖掘機(jī)是功能最典型、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、用途最廣泛的工程機(jī)械之一，作為工程機(jī)械的代表產(chǎn)品，它在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利電力工程、礦山采掘以及軍事工程等施工中起著極為重要的作用[1]。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)40年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。從20世紀(jì)60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。 挖掘機(jī)的類型及發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、179。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50150m179。的步行式拉鏟挖掘機(jī)；BE（布比賽路斯伊利）179。的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。實(shí)踐表明，定點(diǎn)挖掘是挖掘機(jī)最常見和最頻繁的工作之一，主要由其工作裝置完成。目前國內(nèi)外對于挖掘機(jī)工作裝置控制的研究中，通常把其工作裝置作為多自由度的機(jī)器手來處理，控制工作裝置的末端（即鏟斗尖）以跟蹤規(guī)劃好的期望軌跡，期望軌跡就被稱為鏟斗軌跡控制中的目標(biāo)值；如：自動(dòng)挖掘，自動(dòng)裝載等[35]。挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)是由多個(gè)液壓元件組成的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，各液壓元件間依靠液壓介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞，同時(shí)依靠控制系統(tǒng)傳遞的控制信號實(shí)現(xiàn)壓力、流量的控制【7】。而對于挖掘機(jī)這樣復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，要想準(zhǔn)確地控制其運(yùn)動(dòng)，對其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模是必不可少的，對其機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真采用UG軟件，而對其進(jìn)行有限元分析我們采用Ansys軟件[9]。普通挖掘機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)中鏟斗油缸與鏟斗的連接一般有兩種形式：一種是鏟斗與鏟斗油缸直接連接的機(jī)構(gòu)形式；另一種是鏟斗與鏟斗油缸之間通過搖桿和連桿間接連接的機(jī)構(gòu)形式 [10]。構(gòu)件的應(yīng)力時(shí)間歷程為一連續(xù)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)隨機(jī)過程。挖掘機(jī)操作臂的建模與仿真，屬于虛擬樣機(jī)技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)采用數(shù)字仿真的形式進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)，仿真模型的參數(shù)就是物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，仿真模型能替代物理樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的測試評估。1996年世界最大的工程機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)caterpiller公司，在反鏟裝載機(jī)新樣車設(shè)計(jì)過程中，曾產(chǎn)生了三個(gè)概念上都可行的方案，但在設(shè)計(jì)過程中采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，當(dāng)技術(shù)人員“坐進(jìn)”虛擬樣機(jī)駕駛室時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中有兩個(gè)方案中的駕駛員無法看到反鏟連桿最低位置。又如,John Deere