【正文】 .................................. 35 Pro/e 繪圖軟件及其介紹 ............................................................................ 35 Pro/e 軟件簡介 .................................................................................. 35 Pro/e 軟件的特點(diǎn) .............................................................................. 35 挖掘機(jī)液壓缸 三維模型建立 ....................................... 錯誤 !未定義書簽。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 4. 液壓缸主要部件的有限元分析 ............................................. 錯誤 !未定義書簽。 ANSYS 軟件介紹 ......................................................... 錯誤 !未定義書簽。主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠近人，因此在設(shè)計(jì)上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別要注意以下幾點(diǎn)： ，防傾翻穩(wěn)定性好。 ，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們不愉快感，對人有親和感。 ，任何人一學(xué)就會，都能操縱。由于滿足基本的挖掘 、降低成本，達(dá)到大作業(yè)量與低油耗的動態(tài)平衡。 駛操作舒適性及降低勞動強(qiáng)度，提高單位生產(chǎn)率。 、低噪音適用生活區(qū)工作。小型挖掘機(jī)因使用環(huán)境的特殊要求，它必須具有如起重機(jī)的精細(xì)作業(yè)等特性，此有別于中大型挖掘機(jī)。經(jīng)十年艱苦奮斗，國內(nèi)企業(yè)奪回了近 27%份額，特別是 大型和小型液壓挖掘機(jī)上，近兩年已有較大起色。國內(nèi)小挖制造企業(yè)正由少數(shù)幾家發(fā)展到 60 余家，這不能不說這是行業(yè)的大發(fā)展，而且出現(xiàn)了許多年產(chǎn)銷量超千臺企業(yè)。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種 動作。挖掘機(jī)的工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓缸組成，它包括動臂、斗桿、鏟斗三個液壓回路?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)工作時必須滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動和制動無沖擊、振動和搖擺，與其它機(jī)構(gòu)同時動作時，能合理地分配去各機(jī)構(gòu)的流量。行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮直線行駛問題，即在挖掘機(jī)行走過程中，如果某一工作裝置動作，不致于造成挖掘機(jī)發(fā)生行走偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 （ 2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能復(fù)合動作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。 （ 4）保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）良好的過載保護(hù)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快速下降和整機(jī)超速溜坡。 （ 2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在變化大的負(fù)載、急劇的振動作用下，具有足夠 的可靠性。 （ 4）由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓 油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密 封性能要好，液壓元件對油液污染的敏感性要低，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和 防塵裝置。工作裝置液壓系統(tǒng)的功能就是控制動臂油缸，斗桿油缸和鏟斗油缸的各自動作或復(fù)合動作，從而獲得理想的挖掘動力和挖掘軌跡。 挖掘工況 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別 進(jìn)行單獨(dú)挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘。平整土地和切削斜坡時，須同時操縱動臂和斗桿，使斗尖能沿直線移動，此時斗桿收回和動臂抬起，希望斗桿和動臂保證彼此獨(dú)立、互不干擾，并要求泵供油流量小、油缸動作慢，容易控制，使鏟斗保持一定切削角并按一定軌跡進(jìn)行切削，或用斗底來壓整地面，則需鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成復(fù)合動作。采用多泵的主要目的是為了防止復(fù)合動作時的相互干擾。挖掘結(jié)束后，動臂缸將動臂頂起、滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺旋向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作?；剞D(zhuǎn)起動時由于慣性較大，油壓會升得很高，有可能從溢流閥溢出，此時應(yīng)將溢流的油供給動臂。 卸載工況 轉(zhuǎn)到卸載位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑和卸荷高度，鏟斗液壓缸回縮進(jìn)行鏟斗卸荷。因此卸荷時主要是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，兼以動臂動作。此工況是回轉(zhuǎn)、動臂和斗桿復(fù)合動作。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 選題背景和研究意義 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，液壓挖掘機(jī)作為一類快速、高效的施工機(jī)械愈來愈廣地泛使用在各種工程建設(shè)領(lǐng)域，特別是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中所起的重要作用越來越重要。另一方面液壓挖掘機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了液壓技術(shù)的提高。多年來人們對挖掘機(jī)的液壓傳動技術(shù)及控制理論的研究就從來沒有中斷過。近年來隨著電子技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，給液壓控制技術(shù)賦予了新的內(nèi)涵。 雖然我國正成為世界上最大的挖掘機(jī)市場，然而在我國挖掘機(jī)產(chǎn)品中，約有 90%左右的市場份額被合資和外資企業(yè)占有。2021 年液壓挖掘機(jī)銷量增幅在 20%左右。隨著國外新型挖掘機(jī)和二手挖掘機(jī)大量進(jìn)入中國市場，中國用戶對國外挖掘機(jī)的性能 (如作業(yè)可靠性、工作效率、節(jié)能性等 )有了較深入的了解，也認(rèn)識到國產(chǎn)挖掘機(jī)在制造質(zhì)量、外觀造型、技術(shù)性能、作業(yè)可靠性、作業(yè)效率、油耗與污染、以及操作性和舒適性等方面，與國外液壓挖掘機(jī)相比存在一定差距。近幾年國外二手挖掘機(jī)的進(jìn)口和銷售走紅就是 這個原因。 我國工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展規(guī)劃中把液壓挖掘機(jī)作為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品，同時對挖掘機(jī)的節(jié)能、高效、操作簡化和舒適等方面的研究，也被列為挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 分析重點(diǎn)研發(fā)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)。 隨著世界性的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)今全液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)將高 效、節(jié)能、操作舒適、安全、可靠作為其主要追求目標(biāo)，相繼開發(fā)出多種形式的液壓系統(tǒng)和元件。工作裝置的作業(yè)是三個油缸的復(fù)合動作對土壤的作用。 通過對各節(jié)流口的開口面積的調(diào)整，就可以調(diào)整流過各節(jié)流口的流量，而不會隨著各自負(fù)載壓力的高低而變。 除傳統(tǒng)型挖掘機(jī)工作裝置的動臂、斗桿和鏟斗三元件構(gòu)成的通用型產(chǎn)品迅速發(fā)展外，由大臂、中臂、斗桿和快換作業(yè)裝置四元件構(gòu)成的產(chǎn)品也迅速發(fā)展，這既體現(xiàn)了各個廠家市場差異化的產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略，也體現(xiàn)了各自的技術(shù)水平和實(shí)力。多執(zhí)行器負(fù)載敏感系統(tǒng)是目前廣泛應(yīng)用于車輛、工程機(jī)械以及其他機(jī)械的一種節(jié) 能型液壓系統(tǒng)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 2 液壓缸設(shè)計(jì)方案的確定 挖掘機(jī)型號及主要參數(shù) 本人所選擇設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)的型號為“徐工 XE65D”型小型挖掘機(jī)，小型液壓挖掘機(jī)主要用于城市等狹窄地區(qū)，代替人力勞動，在世界工程機(jī)械市場，屬于銷量最大的工程機(jī)械產(chǎn)品之一。該挖掘機(jī)的具體參數(shù)如下： 鏟斗容量 ㎡， 鏟斗寬度 700 ㎜， 操作重量 6200 ㎏（ 7 t）， 發(fā)動機(jī) : 型號 YANMAR 4TNV94L 總排量 L 額定輸出功率 39kw/2200 rpm 最大挖掘高度： 5660 ㎜ 最大卸載高度： 3970 ㎜ 最大挖掘深度： 3830 ㎜ 最大挖掘半徑： 6130 ㎜ 最小回轉(zhuǎn)半徑： 2452 ㎜ 鏟斗挖掘力： KN 斗桿挖掘力： KN 動臂挖掘力： KN 系統(tǒng)工作壓力： 30MPa 系統(tǒng)流量： 160 L/min 液壓泵類型： 2 個變量柱塞泵＋ 1 個齒輪泵 主泵流量： 2 59＋ 42 L/min 燃油箱容量： 120 L 主溢流閥壓力： （ MPa） 該挖掘機(jī)的圖片如下： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 小型挖掘機(jī)示意圖 液壓缸各部件材料選擇及加工 技術(shù)要求 ① 端蓋：端蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。 P≤ 20MPa時使用無縫鋼管， P≥ 20MPa 時使用鑄鋼或鍛鋼。 缸蓋技術(shù)要求如下： I 缸蓋內(nèi)控尺寸公差一般取 H8，粗糙度不低于 um ； II 缸蓋內(nèi)孔與止口外徑 D的圓柱度誤差不大于直徑公差的一半，軸線的圓跳動，在直徑 100 ㎜上不大于 ㎜。 缸筒技術(shù)要求如下： I 用足夠的強(qiáng)度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形。 III 尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性。 活 塞的技術(shù)要求如下： I 活塞的外徑基本偏差一般采用 f、 g、 h 等；橡膠密封活塞公差等級可選用 9 級 ； II 缸筒與活塞一般采用基孔制的間隙配合； III 外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于 ㎜，端面與軸線的垂直度公差不大于 ㎜ /10 ㎜，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙 度視結(jié)構(gòu)形式不同而各異。對活塞桿通常要求淬火 52— 58HRC，淬火深度一般為 — 1㎜，或活塞桿直徑每毫米淬深 ㎜，再校直，再 磨，再鍍鎳鍍鉻，再拋光。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于 ㎜。 ⑤ 導(dǎo)向套：金屬導(dǎo)向套一般采用摩擦因數(shù)小，耐磨性好的青銅材料制作。 導(dǎo)向套技術(shù)要求如下： I 導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合為 H8/f7，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多為 H9/f9，外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 ㎜，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的一半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 （ 3） 缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算： 因?yàn)楸诤? φ = 9 ㎜，缸筒內(nèi)徑 D = 50 ㎜，所以壁厚與缸筒內(nèi)徑之比： ≤ D/φ = ≤ 16 ,屬于中等壁厚缸筒，可按材料學(xué)第二強(qiáng)度理論驗(yàn)算。 缸筒、活塞桿穩(wěn)定性校核 （ 1） 活塞桿的壓穩(wěn)定性校核： ① 活塞桿斷面最小慣性矩： = 106 （ m4） ② 活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 = m = ㎜ ③ 活塞桿柔性系數(shù)： = ≈ 147 式中 υ 為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式υ一般取 1， L為有效計(jì)算長度 ④ 鋼材柔度極限值： =≈ 式中 б P45 號鋼材的比例極限； E為材料的彈性模量， E = 105MPa； ⑤ 根據(jù)上面的計(jì)算可知，λ≥λ 1 時，用歐拉公式計(jì)算臨界力 FK = 105 (N) 式中 υ 為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式υ一般取 1， 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 L為有效計(jì)算長度 ⑥ 油缸最大閉鎖力： = 104 （ N） 式中 Pg油缸最大閉鎖壓力 D為缸筒內(nèi)徑 ⑦ 求該活塞桿穩(wěn)定性系數(shù)： = ≥ 1 所以，該活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。 （ 3） 缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算： 因?yàn)楸诤? φ = ㎜，缸筒內(nèi)徑 D = 40 ㎜，所以壁厚與缸筒內(nèi)徑之比： ≤ D/φ = ≤ 10 ,屬于中等壁厚缸筒，可按材料學(xué)第二強(qiáng)度理論驗(yàn)算。 缸筒、活塞桿穩(wěn)定性校核 （ 1） 活塞桿的壓穩(wěn)定性校核： ① 活塞桿斷面最小慣性矩： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25