【正文】 ruction scraper, and its assembly, as early as Pro/E mechanism motion simulation under the environment. Key words: LHD；equipment；threedimensional modeling；assembly；motion simulation 目 錄第一章 前 言 5 5 6 6 8 9第二章 鏟運(yùn)機(jī)工作裝置 10 10 10 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16第三章 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 17 17 17 18 19 19 21 22 23 23 23 25 25 26第四章 工作裝置的建模、裝配及運(yùn)動(dòng)仿真 27 27 29 29 30 33第五章 工作裝置的受力分析 38結(jié) 論 41致 謝 42參考文獻(xiàn) 43第一章 前 言鏟運(yùn)機(jī)是一種能綜合完成挖土、運(yùn)土、卸土、填筑、整平的機(jī)械。按鏟運(yùn)機(jī)的操作系統(tǒng)的不同，又可分為液壓式和索式鏟運(yùn)機(jī)。鏟運(yùn)機(jī)，屬于一種鏟土、運(yùn)土一體化機(jī)械。轉(zhuǎn)動(dòng)擋板和滑動(dòng)擋板設(shè)置在斗體開(kāi)口處，兩者之間由合頁(yè)聯(lián)結(jié)，合頁(yè)的兩端出軸插入斗體前端的滑槽內(nèi)，可沿滑槽移動(dòng)。支架機(jī)構(gòu)用以控制滑動(dòng)擋板和轉(zhuǎn)動(dòng)擋板的升降?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的鏟運(yùn)機(jī)有電運(yùn)和柴油二種，電動(dòng)即有一套卷纜系統(tǒng)，可自行伸縮，成本比柴油鏟運(yùn)機(jī)低，而且又環(huán)保，柴油鏟運(yùn)機(jī)大多使用道依茨柴油機(jī)。 圖11鏟運(yùn)機(jī)的全景圖 1工作裝置，2前車(chē)架，3司機(jī)室，4后車(chē)架，5前輪，6后輪按動(dòng)力源來(lái)分，地下鏟運(yùn)機(jī)可分為以柴油機(jī)為動(dòng)力的內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)和以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。 (2碼3)及以下的鏟運(yùn)機(jī)。大型鏟運(yùn)機(jī)：斗容4m3以上((5碼3以上)的鏟運(yùn)機(jī)。從而出現(xiàn)了所謂的“地下露天采礦”(Underground Open Mining)[39。地下采礦方法為大孔和深孔鑿巖、空?qǐng)龊痛蟛蓤?chǎng)采礦、階段出礦的大規(guī)模地下采礦。地下鏟運(yùn)機(jī)就是在這種背景下，由露天礦前端式裝載機(jī)演變發(fā)展起來(lái)的一種新型高效地下無(wú)軌裝運(yùn)卸設(shè)備。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家地下鏟運(yùn)機(jī)發(fā)展的總體特點(diǎn)是：基礎(chǔ)好、起步早、發(fā)展全面、技術(shù)成熟。(2)發(fā)展和推廣的年代(20世紀(jì)60、70年代)在地下礦山的苛刻作業(yè)環(huán)境中，由于鏟運(yùn)機(jī)具有高效、靈活、機(jī)動(dòng)、多用和生產(chǎn)費(fèi)用低等突出優(yōu)點(diǎn)，隨著無(wú)軌化采礦技術(shù)的推廣，而得到了廣泛的應(yīng)用。但是當(dāng)時(shí)鏟運(yùn)機(jī)幾乎都是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)，與以往的有軌或風(fēng)動(dòng)輪胎式鏟運(yùn)機(jī)械相比，雖然具有無(wú)可置疑的優(yōu)越性，但柴油機(jī)所排出的廢氣、煙霧、熱輻射及噪音卻嚴(yán)重地污染了地下礦山的作業(yè)環(huán)境。1972年，加拿大賈維斯(3)迅速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的年代(20世紀(jì)80、90年代)80年代，由于世界礦業(yè)不景氣，礦山機(jī)械產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈。其中的個(gè)典型的例子就是：美國(guó)瓦格納(Wagner)公司并入瑞典阿特拉斯這段時(shí)期的主要技術(shù)成果可歸納如下：1) 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)取得突破性進(jìn)展；2) 向大型化發(fā)展的同時(shí)，也向窄機(jī)身、微型化方向發(fā)展；3) 動(dòng)力機(jī)出現(xiàn)了重大的變革；4) 多用化、組合化；5) 變速箱采用電/液換擋和電子控制技術(shù)；6) 驅(qū)動(dòng)橋采用防滑差速器、全封閉濕式多盤(pán)制動(dòng)器和光面耐切割輪胎；7) 液壓系統(tǒng)不斷完善提高；8) 注重環(huán)保和安全；9) 發(fā)展遙控鏟運(yùn)機(jī)(視距遙控)；10) 重視和發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)。據(jù)90年代初統(tǒng)計(jì)，世界鏟運(yùn)機(jī)擁有量超過(guò)15000臺(tái)。在經(jīng)歷了激烈競(jìng)爭(zhēng)和兼并、聯(lián)合等變動(dòng)之后，目前世界鏟運(yùn)機(jī)主要生產(chǎn)廠家有：1) 山特維克科普科如卡特皮勒((Caterpillar)公司，約翰克拉克(John Clark INC.)公司以及俄羅斯的地下鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)廠家。由于它顯示出的優(yōu)越性，很快在全國(guó)許多礦山推廣，揭開(kāi)了我國(guó)礦山無(wú)軌化開(kāi)采發(fā)展的序幕。在約1000臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)中，從國(guó)外進(jìn)口的500余臺(tái)，國(guó)產(chǎn)鏟運(yùn)機(jī)近500臺(tái)。隨后，從70年代后期到90年代初，在對(duì)引進(jìn)的鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行消化，對(duì)國(guó)外鏟運(yùn)機(jī)核心技術(shù)深入理解和掌握的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)沙礦山研究院、北京礦冶研究總院、馬鞍山礦山研究院、南昌礦山研究所等院所與國(guó)內(nèi)制造廠家合作，(包括中外合作生產(chǎn)的型號(hào))。90年代中期以來(lái)，為了填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)大中型鏟運(yùn)機(jī)幾乎是空白的局面，有關(guān)單位又研制生產(chǎn)了一批具有90年代國(guó)外鏟運(yùn)機(jī)水平的大中型鏟運(yùn)機(jī)。我國(guó)地下鏟運(yùn)機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟，日益與世界同步，接近或達(dá)到世界當(dāng)代水平。論文的主要目的是基于Pro/E三維造型軟件，設(shè)計(jì)建造鏟運(yùn)機(jī)的三維模型，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系將鏟運(yùn)機(jī)的各部件在Pro/E中裝配起來(lái)，最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。論文主要研究：（1） 研究背景資料及介紹。（3） 完成鏟運(yùn)機(jī)的個(gè)部分零件的建模。（5） 制作模擬鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)三維動(dòng)畫(huà)。因此，工作裝置的合理性直接影響地下鏟運(yùn)機(jī)的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)特性、不同工況下的挖掘效果、工作循環(huán)時(shí)間(包括鏟取、舉升、卸料和鏟斗返回到原位的時(shí)間)、外形尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等，不同類(lèi)型的工作裝置其組成是不同的。 圖21鏟運(yùn)機(jī)工作裝置簡(jiǎn)圖 1前車(chē)架。3搖臂。4鏟斗 5動(dòng)臂。鏟斗通過(guò)連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料，動(dòng)臂與車(chē)架及與動(dòng)臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。地下鏟運(yùn)機(jī)是種裝運(yùn)卸體化的自行式設(shè)備，它的工作過(guò)程均可以反映在工作裝置上，而工作裝置的各種工況由舉升油缸和轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度共同決定，它的工作過(guò)程由五種工況組成：(1)插入工況：動(dòng)臂下放，鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底與地面呈3186。傾角，開(kāi)動(dòng)地下鏟運(yùn)機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。(3)舉升工況：收斗后，利用舉升油缸使動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)到適當(dāng)?shù)男遁d位置。(5)自動(dòng)放平工況：鏟斗在最高舉升位置45’卸載后，保持轉(zhuǎn)斗油缸長(zhǎng)度不變，將動(dòng)臂放至鏟掘位置時(shí)，斗底與地平面的后角為30186。 。達(dá)到所要求的卸載高度與卸載距離；鏟斗最低工作點(diǎn)應(yīng)低于停車(chē)與行車(chē)面，以完成平整作業(yè)或溜井采礦。；鏟斗放平時(shí)，斗底與地平面的后角為30186。 。 )；在卸料后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動(dòng)放平。(4)動(dòng)力性要求：要求工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的插入力和鏟取力，也就是要求連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率。使有效分力大，以便有較大的掘起力；運(yùn)輸位置時(shí)，斗鉸線與連桿線之間的夾角應(yīng)小于170186。在最高位置時(shí)，傳動(dòng)角也必須大于10186。斗搖臂應(yīng)盡量短。 綜合國(guó)內(nèi)、外露天裝載機(jī)及地下鏟運(yùn)機(jī)轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)的形式，主要有7種類(lèi)型的連桿機(jī)構(gòu)，按構(gòu)件數(shù)不同，可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)。7種轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)分述如下： 圖22正轉(zhuǎn)八桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖正轉(zhuǎn)八桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖22所示。連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈、速度快；由于傳動(dòng)比大，還可適當(dāng)減小連桿系統(tǒng)尺寸，因而司機(jī)視野得到改善，但是定要“適當(dāng)”，否則易使連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比減小，影響鏟取力發(fā)揮。 圖23鏟斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖23所示。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗鏟取時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟取力相對(duì)較??；連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比小，使得轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大，油缸加長(zhǎng)，卸載速度不如八桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗油缸前置，使工作機(jī)構(gòu)前懸增大，影響整機(jī)穩(wěn)定性和行駛的平穩(wěn)性；也不能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平。此種機(jī)構(gòu)與上述油缸前置式相比，前懸較大、傳動(dòng)比較大、活塞行程較短；有可能將動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿設(shè)計(jì)在同平面內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，改善了動(dòng)臂和鉸銷(xiāo)的受力狀態(tài)。轉(zhuǎn)斗鏟取時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟取力相對(duì)較小。 圖25油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖25所示。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄空間，容易發(fā)生構(gòu)件相互干涉。它是7種轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單的種，容易保證四桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏟斗舉升平動(dòng)，此機(jī)構(gòu)前懸較小，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗鏟取時(shí)油缸小腔進(jìn)油，油缸輸出力較小，又因連桿機(jī)構(gòu)倍力系數(shù)難以設(shè)計(jì)出較大值，所以轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大，油缸尺寸??；此外，在卸載時(shí)活塞桿易與鏟斗底相碰，所以卸載角度減小。 圖27正轉(zhuǎn)五桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)五桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖27所示。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時(shí)，短連桿與活塞桿在油缸拉力和鏟斗重力作用下成直線，如同桿。此機(jī)構(gòu)的其它缺點(diǎn)仍如正轉(zhuǎn)四桿轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)。它的最大特點(diǎn)是動(dòng)臂可借助動(dòng)臂伸縮油缸進(jìn)行伸縮。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是既不能實(shí)現(xiàn)鏟斗平動(dòng)，又不能實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，結(jié)構(gòu)亦比較復(fù)雜。由于正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、前懸小，應(yīng)用也很普遍。它用在大型地下鏟運(yùn)機(jī)上，雖然操縱復(fù)雜些，但結(jié)構(gòu)輕便，經(jīng)濟(jì)性十分突出。 第三章 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析鏟運(yùn)機(jī)工作裝置反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是優(yōu)化設(shè)計(jì)及以后的運(yùn)動(dòng)仿真的基礎(chǔ)，它的主要任務(wù)是確定鏟運(yùn)機(jī)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)在不同工作狀況下的重要物理參數(shù)：舉升機(jī)構(gòu)及六桿機(jī)構(gòu)中的角位移；影響力學(xué)性能的六桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角；斗底傾角；油缸長(zhǎng)度；卸載尺寸。利用子結(jié)構(gòu)分析法將工作裝置分解成功能相對(duì)獨(dú)立的子結(jié)構(gòu)，使分析過(guò)程清晰，簡(jiǎn)單，時(shí)刻從模塊化的角度去設(shè)計(jì)推導(dǎo)公式。由于該機(jī)構(gòu)的自由度為2，當(dāng)鏟斗位置角α。 圖31鏟運(yùn)機(jī)工作裝置標(biāo)注簡(jiǎn)圖 表31符號(hào)物理