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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)—變幅機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)094
學(xué)生姓名： 王 猛
學(xué) 號(hào)： 2009307419
指導(dǎo)教師： 李常勝
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
裝載機(jī)工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部件之一。它按有無鏟斗托架可分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種類。有鏟斗托架的工作裝置其鏟斗裝在托架上，并由托架上的鏟斗液壓油缸控制鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。由于鏟斗托架重量大，使得鏟斗的裝載重量相應(yīng)減少，因此，國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)廣泛采用無鏟斗托架式工作裝置。按組成連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿；按輸入和輸出桿的轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（輸入桿件與輸出桿件轉(zhuǎn)向相同）和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（輸入桿件與輸出桿件轉(zhuǎn)向相反）。其中轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)由于機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、容易布置，同時(shí)又能滿足主要設(shè)計(jì)要求，如能獲得大的傳動(dòng)比和掘起力，良好的鏟斗平移性能。
ZL50裝載機(jī)工作裝置為無鏟斗托架轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)由搖臂、動(dòng)臂、鏟斗和連桿組成的四連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗液壓缸與動(dòng)臂液壓缸等組成，裝載機(jī)的鏟掘和裝卸作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)動(dòng)臂處于某種作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)，在鏟斗液壓缸作用下，連桿機(jī)構(gòu)可使鏟斗繞其鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)鏟斗液壓缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在動(dòng)臂液壓缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機(jī)構(gòu)能使鏟斗保持平移或斗底平面與地面的夾角控制在很小的范圍內(nèi)，以免裝裝滿物料的的鏟斗由于傾斜而撒落；當(dāng)動(dòng)臂下降時(shí)，能使鏟斗平放在地面上。
鏟斗用以鏟裝物料；動(dòng)臂和舉升油缸用來提升鏟斗；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂、連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。工作裝置的作業(yè)過程大致是這樣的：動(dòng)臂油缸回縮，將動(dòng)臂下放至下限位置（即動(dòng)臂油缸全縮）后，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆；然后轉(zhuǎn)斗油缸伸出，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料：待鏟斗收斗后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，動(dòng)臂油缸伸出，舉升動(dòng)臂，將鏟斗升到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸料點(diǎn)；到達(dá)卸料點(diǎn)后，保持轉(zhuǎn)斗缸長(zhǎng)度不變，動(dòng)臂油缸繼續(xù)伸長(zhǎng)，將鏟斗舉升到任意卸料高度；然后將動(dòng)臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸收縮翻轉(zhuǎn)鏟斗，裝載機(jī)卸載；卸料結(jié)束后，動(dòng)臂油缸回縮，下放動(dòng)臂，實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)。
對(duì)裝載機(jī)工作裝置的主要設(shè)計(jì)要求，在裝載機(jī)工作時(shí)要保證：當(dāng)動(dòng)臂處于某種作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)（此時(shí)動(dòng)臂油缸封閉），在轉(zhuǎn)斗油缸作用下，通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)卸料，通常要求卸料角不小于４５度，以保證卸料干凈。當(dāng)動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸作用下，提升或降低鏟斗過程中（此時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖），連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時(shí)保持平移或控制斗底平面與地面的夾角在很小的范圍內(nèi)變化，以免由于鏟斗產(chǎn)生傾斜而使裝滿的物料散落而造成安全事故。通常，要求鏟斗在上升。下降過程中最大轉(zhuǎn)角差不大于15度；而在動(dòng)臂下降時(shí)，又自動(dòng)將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。此外，連桿機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有良好的動(dòng)力傳遞性能，運(yùn)動(dòng)中不與其他構(gòu)件發(fā)生干擾，而且具有足夠的強(qiáng)度和剛度等。這些就是后面的運(yùn)動(dòng)仿真分析和有限元結(jié)構(gòu)分析所考慮的問題了。
1929年生產(chǎn)出第一臺(tái)輪式裝載機(jī)，（斗容0.753立方米，載重680公斤）。這是較早的裝載機(jī)，采用門架式結(jié)構(gòu)。在這之前是用鋼繩提斗式的裝卸機(jī)具。這一時(shí)期的裝載機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)前置，前輪小，后輪大，單橋驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向，輪架式工作裝置用鋼繩提臂翻斗，拖拉機(jī)底盤，牽引力小，鏟斗切入力小，作業(yè)速度低。
到了四十年代有了專用底盤，由克拉克公司于1947年生產(chǎn)，采用的是液壓-連桿機(jī)構(gòu)，取代了以前的門架式結(jié)構(gòu)。專用底盤具備了現(xiàn)代裝載機(jī)的外形，提高了提升速度，卸載高度和掘起力，因而可用于松散的土方和石方，這是裝載機(jī)發(fā)展過程中的第一次重大突破。
到了五十年代，裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)性能更加完善了，1951年美國(guó)開始采用液力機(jī)械傳動(dòng)，同時(shí)車架結(jié)構(gòu)采用三點(diǎn)支撐，提高了車輛的越野性和牽引性。這時(shí)候裝載機(jī)開始形成系列化專業(yè)化生產(chǎn)。這時(shí)期的裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)形成了柴油機(jī)-液力變矩器-動(dòng)力換擋變速箱-雙橋驅(qū)動(dòng)，這又是一次重大突破。
六十年代，生產(chǎn)出了能在礦山作業(yè)的大型裝載機(jī)，這時(shí)期采用的是鉸接式的裝載機(jī)，這是第三次重大突破。鉸接轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)是：鏟斗隨前車架轉(zhuǎn)向，可滿足原地轉(zhuǎn)向；與剛性車架相比，一個(gè)作業(yè)循環(huán)內(nèi)平均行駛路程少，生產(chǎn)效率高，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性好，適用于狹窄場(chǎng)地作業(yè)。
七十至八十年代，這個(gè)時(shí)期的裝載機(jī)工作裝置朝著安全、操作省力、維修方便等方面發(fā)展。如鉗盤式制動(dòng)器取代了蹄式制動(dòng)器。（沾水復(fù)原性好，散熱性好，壽命長(zhǎng)等）銷軸采用二硫化鉬潤(rùn)滑，由10小時(shí)加一次潤(rùn)滑脂變?yōu)?00小時(shí)加一次。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
設(shè)計(jì)工作結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算并分析確定其液壓系統(tǒng)的工作原理和工作過程。繪制裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)原理圖，并完成各部分零部件圖的繪制，按要求編制總體設(shè)計(jì)說明書。完成上述要求要用到機(jī)械設(shè)計(jì)及原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制造、和熟練運(yùn)用相關(guān)軟件等知識(shí)。
在掌握裝載機(jī)基本構(gòu)造、工作原理和性能要求等知識(shí)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)、力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段，對(duì)裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，擺脫進(jìn)行大量計(jì)算的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，減少重復(fù)設(shè)計(jì)，縮短工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真之前，我們要對(duì)裝載機(jī)的各個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖，具體步驟如下：
1.分析裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和推土機(jī)的結(jié)構(gòu)類別。
2.選擇裝載機(jī)機(jī)的各部件形式。
3.計(jì)算裝載機(jī)作業(yè)的阻力
4.確定裝載機(jī)總體參數(shù)。
5.對(duì)裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行總體布置。
6.計(jì)算裝載機(jī)的穩(wěn)定性。
7.選擇工作裝置結(jié)構(gòu)形式。
8.對(duì)工作裝置運(yùn)動(dòng)和受力進(jìn)行分析
最后，利用Proe建立裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體模型，并在電腦屏幕上進(jìn)行模擬工作系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真，以便能及早的發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)參數(shù)上的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，從而減少了物理樣品試制過程中出項(xiàng)的各種問題。利用其中的動(dòng)態(tài)模擬自動(dòng)檢測(cè)各桿件在運(yùn)動(dòng)過程中的干涉問題，效率高、準(zhǔn)確度好，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的難題，使桿件干涉問題在設(shè)計(jì)過程中得到了有效的解決?？s短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，為裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供方便、實(shí)用的設(shè)計(jì)方法、仿真分析。有助于理解和分析工作裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的結(jié)果，并提供相應(yīng)的改進(jìn)信息。應(yīng)用Proe 軟件的建模和動(dòng)態(tài)模擬仿真分析等模塊，成功地解決裝載機(jī)工作裝置傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中無法直觀觀察工作裝置空間運(yùn)動(dòng)狀況的難題，是直觀、方便地進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)、布局、模擬和動(dòng)態(tài)分析的一次有益嘗試，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的裝載機(jī)工作裝置提供了可靠保障。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1.確定ZL50裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)方案，并闡述裝載機(jī)的適用范圍與功能優(yōu)勢(shì)。
2.確定裝載機(jī)總體參數(shù)、工作裝置主要參數(shù)，了解各零部件的加工方案。
3.對(duì)系統(tǒng)中各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,確定個(gè)零部件的尺寸。
4.對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
5.繪制出其裝配圖及若干零件。
6.利用Proe設(shè)計(jì)軟件對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真。
研究方法：
前期人工計(jì)算出裝載機(jī)工作裝置各個(gè)零件的確切數(shù)據(jù)，繪制零件圖。然后對(duì)裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)錄入裝載機(jī)工作裝置數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括管理模塊、查詢模塊、文件管理模塊和幫主模塊。然后對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的快速提取，并采用直觀的樹形圖顯示參數(shù)信息，方便完成查詢操作，數(shù)據(jù)的同列與匯總。然后利用Proe設(shè)計(jì)軟件對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真。
研究思路：
利用Proe設(shè)計(jì)軟件，建立裝載機(jī)工作裝置的三維實(shí)體模型，并對(duì)工作裝置的模型添加運(yùn)動(dòng)副約束與運(yùn)動(dòng)約束。最后對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理資料
2013.4.12-2013.4.25 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2013.4.26-2013.5.9 繪制總圖
2013.5.10-2013.5.23 工作裝置設(shè)計(jì)
2013.5.24-2013.6.13 工作裝置運(yùn)動(dòng)及受力分析計(jì)算
2013.6.14-2013.6.22 繪制零件圖紙
2013.6.23-2013.6.27 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會(huì)實(shí)踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。