履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文）
履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真
摘要：液壓挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。
履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真設計的主要任務，是完成液壓挖掘機主要參數(shù)如斗容量、整機質(zhì)量、作業(yè)性能及尺寸參數(shù)等的確定及挖掘機工作裝置、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)的選型和駕駛室的設計并在此基礎上完成對此機械的基本動作仿真。
本次設計采用Solidworks2012軟件建立了液壓挖掘機整機的實體模型，并對其運動仿真。利用CAD軟件繪出液壓挖掘機鏟斗挖掘范圍包絡圖，對工作裝置各組件進行分析，并以此為根據(jù)確定液壓油缸的行程及鉸點布置。在駕駛室的設計中，利用CATIA人機工程學模塊對座椅的結(jié)構(gòu)、操縱桿的布置進行設計。
關(guān)鍵詞：挖掘機； 工作裝置； 回轉(zhuǎn)裝置；仿真
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畢業(yè)設計(論文)任務書
學 院： 機械工程學院
題 目：履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真
起止時間： 2011年12月 28日 至 2012年6月2日
學 生 姓 名：
專 業(yè) 班 級：
指 導 老 師：
教研室主任：
院 長：
2011年 12 月 28 日
1. 畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容與要求：
《履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真》。液壓挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應用于房屋建筑、筑路工程、水利建設、農(nóng)林開發(fā)、港口建設、國防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對減輕繁重的體力勞動、保證工程質(zhì)量、加快建設速度、提高勞動生產(chǎn)率起著十分巨大的作用。通過對履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真，以Pro/E等軟件來進行挖掘機的結(jié)構(gòu)設計及運動仿真，在對挖掘機的結(jié)構(gòu)設計前要通過查閱、整理資料、實地考察、綜合運用軟件分析等一系列研究方法進行整合，結(jié)合實際情況制定實用的設計方案。掌握挖掘機的設計及運動仿真的方法和過程，任務執(zhí)行者必須根據(jù)任務要求嚴格執(zhí)行，同時鼓勵提出異議、有所創(chuàng)新。綜合所學知識，查閱相關(guān)資料及產(chǎn)品樣本，掌握最新發(fā)展動態(tài)；設計的產(chǎn)品應符合目前技術(shù)發(fā)展水平，鼓勵采用新技術(shù)、新思想。
通過本設計能達到以綜合訓練為目的，有利于培養(yǎng)學生獨立工作能力，鞏固和提高所學知識。
2．畢業(yè)設計（論文）的具體工作內(nèi)容：
1）履帶式液壓單斗挖掘機的技術(shù)參數(shù)：
整機質(zhì)量：6000kg ；標準斗容量：0.25m3； ；發(fā)動機功率：60kW； 鏟斗寬度：800mm 最大挖掘深度：3500mm ； 最大挖掘深度：5800mm；最大挖掘半徑：6000mm ； 最大卸載高度：3600mm ； 液壓系統(tǒng)工作壓力：28Mpa； 最大流量：63x2L/min ； 爬坡度：27.8最大牽引力：48kN；最大行走速度：5km/h ；最低行走速度：3km/h ；外形尺寸（長x寬x高）：7800x2100x2620 mm。
2）構(gòu)建履帶式液壓單斗挖掘機三維模型，設計計算機動畫制作通用過程；
3）對履帶式液壓單斗挖掘機進行各部件設計的與仿真，生成挖掘機工程圖；
4）圖紙要求：履帶式液壓單斗挖掘機安裝三維圖0#號1張；液壓挖掘機的各零部件結(jié)構(gòu)三維圖共合計0#號圖紙3張。
5）畢業(yè)設計說明書的字數(shù)不少于2萬字，文字要通順、語言流暢。譯文3000漢字。
3. 設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：
2011.12.28—2011.1.12 調(diào)研、資料收集、外文翻譯、開題報告。
2012.2.12—2012.2.16 履帶式液壓單斗挖掘機運動原理分析。
2012.2.17—2012.3.17 履帶式液壓單斗挖掘機各部件設計，
2012.3.18—2012.4.18 履帶式液壓單斗挖掘機各部件運動仿真。
2012.4.19—2012.5.18 生成挖掘機工程圖。
2012.5.19—2012.5.20 撰寫設計說明書。
2012.5.21—2012.6.2 設計總結(jié)，整理設計資料，準備答辯。
4.主要參考文獻
【1】 雷天覺. 液壓工程手冊. 機械工業(yè)出版社.1990
【2】 徐繩武. 柱塞式液壓泵. 機械工業(yè)出版社.1985
【3】 聞德生. 斜盤型開路式軸向柱塞泵. 機械工業(yè)出版社.1993
【4】 濮良貴. 機械設計. 高等教育出版社.2001
【5】 那成烈. 軸向柱塞泵可壓縮流體配流原理.兵器工業(yè)出版社.2003
【6】 關(guān)醒凡. 泵的理論與設計. 機械工業(yè)出版社.1987
【7】高翔,等.一種新型內(nèi)曲線式徑向柱塞泵的設計. 武漢:海軍工程大學,2004
【8】 孔慶華、劉傳紹.極限配合與測量技術(shù)基礎.同濟大學出版社.2002
【9】 徐灝. 機械設計手冊. 機械工業(yè)出版社.1995
【10】朱龍根. 簡明機械零件設計手冊. 機械工業(yè)出版社.1997
【11】何存興,等.液壓傳動與氣壓傳動.武漢:華中科技大學出版社,2000
【12】席瓊,楊勝強;基于Pro/E的機械動態(tài)仿真研究[J];機械管理開發(fā);2005年02期
【13】謝紅,施煒;用SolidWorks計算機軟件進行裝配體三維設計[J];機械設計與制造;2002年01期
【14】劉宏軍,趙紅,翟斌;機械產(chǎn)品的CAD/CAM應用及三維造型技術(shù)[J];機械設計與制造;2004年01期
【15】鄧志滔;面向工業(yè)設計的銑刨機三維建模及運動仿真[D];四川大學;2005年
指導老師：
年 月 日
畢業(yè)設計(論文)
題 目 履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真
學院名稱
指導教師
職 稱
班 級
學 號
學生姓名
2012年 6 月 2 日
南華大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告
設計（論文）題目
履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真
設計（論文）題目來源
自選課題
設計（論文）題目類型
工程設計類
起止時間
2011.12.28-2012.6.2
一、 設計（論文）依據(jù)及研究意義：
設計依據(jù)：液壓挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應用于房屋建筑、筑路工程、水利建設、農(nóng)林開發(fā)、港口建設、國防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對減輕繁重的體力勞動、保證工程質(zhì)量、加快建設速度、提高勞動生產(chǎn)率起著十分巨大的作用。根據(jù)國際及國內(nèi)外液壓挖掘機的發(fā)展形勢，我們更應該對它進行不斷的創(chuàng)新與優(yōu)化。從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展：1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機；2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制；3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度；4)更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命；5)加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件；6)迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機上的應用。
研究意義：和其它挖掘機一樣將給人類帶來諸多方便，能廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，還能在農(nóng)業(yè)中得到使用。能適應惡劣的野外工作環(huán)境，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量的前提下，在加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。而且還就具有節(jié)約能源的特點，從而使系統(tǒng)發(fā)熱減少、燃油消耗降低、公害噪聲減小、系統(tǒng)設備可靠性提高、液壓元件的壽命增長等好處，也可大大節(jié)約作業(yè)成本和設備維修費用，將會受到廣大施工作業(yè)單位的青睞。通過對履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真，以CATIA(V5R20)等軟件來進行挖掘機的結(jié)構(gòu)設計及運動仿真，在對挖掘機的結(jié)構(gòu)設計前要通過查閱、整理資料、實地考察、綜合運用軟件分析等一系列研究方法進行整合，結(jié)合實際情況制定實用的設計方案。掌握挖掘機的設計及
運動仿真的方法和過程，任務執(zhí)行者必須根據(jù)任務要求嚴格執(zhí)行，同時鼓勵提出異議、有所創(chuàng)新。綜合所學知識，查閱相關(guān)資料及產(chǎn)品樣本，掌握最新發(fā)展動態(tài)；設計的產(chǎn)品應符合目前技術(shù)發(fā)展水平，鼓勵采用新技術(shù)、新思想。
通過本設計能達到以綜合訓練為目的，有利于培養(yǎng)學生獨立工作能力，鞏固和提高所學知識。
二、 設計（論文）主要研究的內(nèi)容、預期目標：（技術(shù)方案、路線）
主要研究內(nèi)容：1、履帶式液壓單斗挖掘機機械的基本原理與基本構(gòu)造；
2、履帶式液壓單斗挖掘機的三維造型，包括各個零件、部件及總裝；
3、履帶式液壓單斗挖掘機的運動仿真及動畫的制作；
4、履帶式液壓單斗挖掘機實際運動過程及人機工程模擬。
預期目標：據(jù)查閱相關(guān)資料、實地考察等方式了解該設計的基本原理、構(gòu)造、特征等 -- 針對各個部件進行設計并改進 -- 各部件軟件分析（如有限元分析）-- 履帶式液壓單斗挖掘機運動仿真、檢查問題并改進 -- 生成該挖掘機工程圖-- 撰寫設計說明書。
三、設計（論文）的研究重點及難點：
研究重點：1、原理剖析；
2、各部件及總裝的三維建模與仿真；
3、工程圖。
研究難點：1、履帶式液壓單斗挖掘機實際運動人機工程模擬設計，如人體上或下機艙時與機身的碰撞或接觸的分析。2、履帶式液壓單斗挖掘機各部件間運動的仿真，幾個部件聯(lián)系運動時動畫的制作比較困難。
四、 設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：
2011.12.28—2011.01.12 調(diào)研、資料收集、外文翻譯、開題報告，
2012.02.12—2012.02.16 履帶式液壓單斗挖掘機運動原理分析，
2012.02.17—2012.02.29 履帶式液壓單斗挖掘機工作裝置的設計，
2012.03.01—2012.03.06 履帶式液壓單斗挖掘機行走裝置的設計，
2012.03.07—2012.03.12 履帶式液壓單斗挖掘機回轉(zhuǎn)裝置的設計，
2012.03.13—2012.03.17 履帶式液壓單斗挖掘機其他部分的設計，
2012.03.18—2012.03.25 履帶式液壓單斗挖掘機工作裝置運動仿真，
2012.03.26—2012.03.31 履帶式液壓單斗挖掘機回轉(zhuǎn)裝置運動仿真，
2012.04.01—2012.04.06 履帶式液壓單斗挖掘機行走裝置運動仿真，
2012.04.07—2012.04.18 履帶式液壓單斗挖掘機其他部分運動仿真，
2012.04.19—2012.05.18 生成挖掘機部分部件及總裝工程圖，
2012.05.19—2012.05.25 撰寫設計說明書，
2012.05.26—2012.06.02 設計總結(jié)，整理設計資料，準備答辯。
五、 進行設計（論文）所需條件：
1、 相關(guān)參考資料：借閱的文獻書籍報刊等；
2、 三維軟件：CATIA、Solidworks2012；二維繪圖軟件：AutoCAD；
3、 曾參加的重要相關(guān)競賽:全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽。
六、 指導教師意見：
簽 名： 年 月 日
南 華 大 學
畢業(yè)設計(論文)綜述報告
題 目 履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真
學院名稱 機械工程學院
指導教師 李嵐
職 稱 教授
班 級 機械085班
學 號 20084410504
學生姓名 石文利
2012年 01 月 10 日
1. 本設計（課題）研究的目的和意義
目的：1、通過對本課題設計前查閱有關(guān)履帶式液壓單斗挖掘機相關(guān)資料、整理資料、實地考察、綜合運用軟件分析等系列研究掌握挖掘機的基礎知識。如：挖掘機的分類按驅(qū)動方式：有內(nèi)燃機驅(qū)動挖掘機和電力驅(qū)動挖掘；按行走方式的不同，有履帶式挖掘機和輪式挖掘機；按傳動方式的不同，液壓挖掘機和機械挖掘機；按用途來分，分為通用挖掘機，礦用挖掘機，船用挖掘機，特種挖掘機；按鏟斗來分，分為正鏟挖掘機、反鏟挖掘機拉鏟挖掘機和抓鏟挖掘機。并在此基礎上有所創(chuàng)新，如：小型挖掘機性能方面的要求 (1)改進挖掘機可控性和控制精確性以及復合動作。(2)簡化液壓系統(tǒng)、降低成本，達到大作業(yè)量與低油耗的動態(tài)平衡。(3)改進工作可靠性。(4)改進駕駛操作舒適性及降低勞動強度，提高單位生產(chǎn)率。(5)改進操作安全性。(6)低振動、低噪音適用生活區(qū)工作等。研究時盡量在此方面有所突破。 2、通過用三維軟件對此設計的三維建模與仿真，進一步的深化建模與仿真的相關(guān)知識，并在建模與仿真過程中詳細綜合分析此挖掘機的各個方面。
意義：和其它挖掘機一樣將給人類帶來諸多方便，能廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，還能在農(nóng)業(yè)中得到使用。能適應惡劣的野外工作環(huán)境，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量的前提下，在加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。而且還就具有節(jié)約能源的特點，從而使系統(tǒng)發(fā)熱減少、燃油消耗降低、公害噪聲減小、系統(tǒng)設備可靠性提高、液壓元件的壽命增長等好處，也可大大節(jié)約作業(yè)成本和設備維修費用，將會受到廣大施工作業(yè)單位的青睞。
2. 本設計（課題）國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀（總結(jié)國內(nèi)外典型的研究成果、專利）
國外挖掘機發(fā)展基本狀況：第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動半回轉(zhuǎn)挖掘機到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機驅(qū)動全回轉(zhuǎn)挖掘機，應用機電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。
由于液壓技術(shù)的應用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機，20世紀50年代初期和中期相繼研制出了拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機，初期試制的液壓挖掘機是采用飛機和機床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機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。從20世紀60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968～1970年間，液壓挖掘機產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。
工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，從20世紀80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150 m3的剝離用挖掘機，斗容量132 m3的步行式拉鏟挖掘機；B-E公司生產(chǎn)的斗容量168.2 m3的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107 m3的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。
從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。
1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農(nóng)田建設的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25 m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅0.01 m3。另外，數(shù)量最多的中、小型挖掘機趨向于多功能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機，如低噪聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。
2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結(jié)合，實現(xiàn)挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了基礎和創(chuàng)造了良好前提。
3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；德國奧加凱(O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904.905.907.909型液壓挖掘機上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗的駕駛員也能進行復雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO(電子控制作業(yè))的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果。
4)更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進技術(shù)應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態(tài)設計分析方法，并創(chuàng)立了預測產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了液壓挖掘機構(gòu)件的強度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)。在上述基礎理論的指導下，借助于大量試驗，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉(zhuǎn)率達到85%～95%，使用壽命超過1萬小時。
5)加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結(jié)構(gòu)和傾翻保護結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。
6)迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機上的應用。20世紀70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用電子和自動控制技術(shù)。隨著對挖掘機的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機電液一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志。
7)更注重環(huán)境保護，CAT、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖掘機。
國內(nèi)挖掘機發(fā)展狀況：中國的挖掘機生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機廠生產(chǎn)第一臺斗容量為1m³的機械式單斗挖掘機至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。
新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián)20世紀30～40年代的W501.W502.W1001.W1002等型機械式單斗挖掘機為主，開始了中國的挖掘機生產(chǎn)歷史。由于當時國家經(jīng)濟建設的需要，先后建立起十多家挖掘機生產(chǎn)廠。1967年開始，中國自主研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的WYl00型、貴陽礦山機器廠的W4-60型、合肥礦山機器廠的WY60型挖掘機等。它們?yōu)橹袊簤和诰驒C行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。
到20世紀80年代末，中國挖掘機生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機型達40余種。中、小型液壓挖掘機已形成系列，斗容有0.1～2.5 m³等12個等級20多種型號，還生產(chǎn)0.5-4.0m³以及大型礦用10m³、12m³機械傳動單斗挖掘機等，但總的來說，中國挖掘機生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國際先進水平相比，有較大的差距。
改革開放以來，積極引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，以促進中國挖掘機行業(yè)的發(fā)展。其中貴陽礦山機器廠、上海建筑機械廠、合肥礦山機器廠、長江挖掘機廠等分別引進德國利勃海爾公司的A912.R912.R942.A922.R922.R962.R972.R982型液壓挖掘機制造技術(shù)。稍后幾年，杭州重型機械廠引進德國德瑪克公司的H55和H85型液壓挖掘機生產(chǎn)技術(shù)，北京建筑機械廠引進德國奧加凱(0&K)公司的RH6和MH6型液壓挖掘機制造技術(shù)。與此同時，還有山東推土機總廠(其挖掘機生產(chǎn)基地改名為山重建機有限公司，包括STRONG和JCM兩個品牌)、黃河工程機械廠、江西長林機械廠、山東臨沂工程機械廠等聯(lián)合引進了日本小松制作所的PC100、PC120.PC200、PC220.PC300、PC400型液壓挖掘機(除發(fā)動機外)的全套制造技術(shù)。這些廠通過數(shù)年引進技術(shù)的消化、吸收、移植，使國產(chǎn)液壓挖掘機產(chǎn)品性能指標全面提高到20世紀80年代的國際水平，產(chǎn)量也逐年提高。由于國內(nèi)對液壓挖掘機需求量的不斷增加且多樣化，在國有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，牽動了一些其他機械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機行業(yè)。
3. 目前存在的主要問題
1、機械手連桿機構(gòu)最具體計算；
2、挖掘機噸位要求相對各機構(gòu)的詳細要求；
3、履帶能否拆分為二；
4、挖掘機行走裝置的具體運動仿真。
4. 本設計（課題）擬解決的關(guān)鍵問題和研究方法
1、擬解決共振問題的措施：降低振動源振幅并加強隔振系統(tǒng)的隔振能力。挖掘機機架和駕駛室振動的來源是發(fā)動機，改變剛性機架的頻率可使發(fā)動機的隔振措施有效發(fā)揮，因此需增加或減少主要承重梁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，為此決定：在配重與發(fā)動機之間的空間、挖掘機機架左右中心線處增加附加重物。
2、擬解決動作無力緩慢的方法：優(yōu)化設計液壓泵和主溢流閥、精確研究計算各動作的二次先導壓力，優(yōu)化設計先導泵。
5. 參考文獻（參考文獻須15篇以上，其中外文文獻不少于3篇）
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南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文）
目 錄
1 緒論………………………………………………………………………………2
1.1 課題背景及目的……………………………………………………………2
1.2 研究意義 …………………………………………………………………2
1.3 國內(nèi)部分學者在挖掘機設計方面的工作………………………………3
2 履帶式液壓單斗挖掘機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 ………………………5
2.1 設計基本組成部分…………………………………………………………5
2.2 液壓挖掘機基本工作原理…………………………………………………5
3 液壓挖掘機工作裝置的設計………………………………………………7
3.1 該設計基本參數(shù)………………………………………………………7
3.2 液壓挖掘機工作裝置的工作原理…………………………………………7
3.3 液壓挖掘機工作裝置主要參數(shù)的確定……………………………………8
3.4 動臂………………………………………………………………………11
3.5 斗桿………………………………………………………………………12
3.6 鏟斗………………………………………………………………………12
3.7 動臂液壓缸的設計………………………………………………………13
3.8 斗桿液壓缸的設計………………………………………………………15
3.9 鏟斗液壓缸的設計………………………………………………………16
3.10 挖掘范圍………………………………………………………………17
3.11 工作裝置的仿真工作…………………………………………………18
4 液壓挖掘機回轉(zhuǎn)裝置的設計 ……………………………………21
4.1 回轉(zhuǎn)支承裝置 ………………………………………………………21
4.2 回轉(zhuǎn)傳動裝置 ………………………………………………………26
4.3 回轉(zhuǎn)運動分析 ………………………………………………………28
5 液壓挖掘機行走裝置的設計 ……………………………………………30
5.1 行走裝置的介紹…………………………………………………………30
5.2 行走裝置的設計與仿真…………………………………………………33
6 液壓挖掘機駕駛室的設計………………………………………………34
6.1 駕駛室的總體設計要求…………………………………………………34
6.2 駕駛室座椅的設計要求…………………………………………………34
6.3 操作裝置的布置要求……………………………………………………34
7 液壓挖掘機整機的運動仿真分析…………………………………………36
參考文獻 …………………………………………………………………………37
謝辭…………………………………………………………………………………38
謝辭…………………………………………………………………………………39
iv
南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文）
Crawler hydraulic single-bucket excavator 3D modeling and motion simulation
Abstract: The hydraulic excavator is a versatile machinery, is widely used in water conservancy, transportation, power engineering, and of mining machinery construction, it is in reducing the heavy manual labor to ensure project quality. Accelerate the construction of speed and improve labor productivity plays an important role. Hydraulic excavator has the characteristics of multi-species, multi-functional, high quality and high efficiency, so by the majority of construction operations units of all ages. Production and manufacturing of hydraulic excavators are also increasingly flourish.
Single bucket of crawler hydraulic excavator 3D modeling and simulation design task is the completion of the main parameters of the hydraulic excavator, such as bucket capacity, the whole quality, operating performance and size parameters to determine and excavator working device, running gear, rotarycompletion of the basic movements of this mechanical simulation, hydraulic system selection and design of the cab and on this basis.
The design uses Solidworks2012 software to build a solid model of the hydraulic excavator machine and motion simulation. Use of CAD software to draw hydraulic excavator shovel digging reach envelope diagram, analyze the various components of the working device, and arranged according to the itinerary to determine the hydraulic cylinder and hinge point. CATIA ergonomic module structure on the seat in the cab design, the layout of the joystick design.
Key words: Excavators; work device; rotary device; Motion simulation
ii
南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文）
履帶式液壓單斗挖掘機是一種利用單個鏟斗挖掘或裝載土壤石塊的機械,廣泛應用于建筑施工、筑路工程、水電工程建設、港口工程、農(nóng)田改造、國防工事的土石方施工和露天礦場的采掘作業(yè)，對減輕繁重的體力勞動，實現(xiàn)土方工程機械化，提高勞動生產(chǎn)率起了很重要作用。
液壓挖掘機的出現(xiàn)雖然只有40多年的歷史，但是其發(fā)展非常迅速。近年來，在國外市場上，挖掘機行情普遍看漲，特別是液壓挖掘機。因此這就更需要設計人員開發(fā)新產(chǎn)品并改進舊產(chǎn)品，以適應新的形勢來增強市場競爭力。
發(fā)展新產(chǎn)品和改進舊產(chǎn)品都需要進行產(chǎn)品設計，產(chǎn)品設計包括從明確設計任務到確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)這一系列復雜的工作。
本次畢業(yè)設計是在李嵐老師的指導下，結(jié)合公司實習認識及大學期間的基本理論學習進行“單一的產(chǎn)品仿型設計”。這類設計的特點是：在機器的工作原理與基本結(jié)構(gòu)形式不變的條件下，對已有產(chǎn)品進行仿真造型設計，也就是通過計算改變已有產(chǎn)品的零部件尺寸及其不合理的某些結(jié)構(gòu)，使其符合新的設計功能參數(shù)與使用環(huán)境等要求。這類設計目的明確，機器主要性能參數(shù)準確，主要結(jié)構(gòu)形式基本不變，有同類機型但某些參數(shù)及尺寸不同的設計資料可以借鑒。
本次設計中，考慮的一般因素有：強度、剛度、可靠性、磨損與潤滑、振動與噪聲、效率、加工工藝、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、腐蝕、起動與控制、裝配工藝、尺寸及重量、外觀、安全保護、管理與維修、運輸與安裝等。本人根據(jù)自己選取的較為滿意的設計方案、分析所設計機械的特點、使用功能及應滿足的主要設計等因素，進行了運動計算、動力計算、強度計算、剛度計算、零件設計、部件設計及運動仿真，決定各個部件的相對位置及連接方法，確定主要零部件的形狀尺寸、材料、制造安裝等一系列問題。在此基礎上，繪出機械的總裝圖、部件裝配圖、部分零件圖、部件爆炸圖及運動仿真工作。本次設計所繪制的挖掘機工作裝置總裝圖是先造型動臂、斗桿、鏟斗及液壓油缸的部件裝配圖而后繪制成，之后再進行機器底盤、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置及駕駛室的設計。設計零件工作圖時，是從機器的總體要求出發(fā)，綜合考慮零部件的強度、剛度、工藝性及經(jīng)濟性等設計因素而繪制成零件工作圖。
1 緒論
1.1 課題背景及目的
履帶式液壓單斗挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的土方機械。工程施工中絕大部分的土方工程是由挖掘機來完成的。液壓挖掘機利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）帶動各種構(gòu)件動作，以實現(xiàn)挖掘、平整、裝載等施工作業(yè)。液壓挖掘機利用液壓傳動具有如下優(yōu)點：1、元件布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成復雜系統(tǒng)；2、可實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速；3、傳遞運動平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁換向；4、操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制和過載保護；5、能自行潤滑，元件壽命長等。6、功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕等等。因此，液壓挖掘機對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。
液壓挖掘機整機結(jié)構(gòu)包括上、下車兩大部分，上車部分由轉(zhuǎn)臺、司機室、發(fā)動機、機械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置組成，下車部分由回轉(zhuǎn)支承、底架和行走裝置構(gòu)成。
液壓挖掘機整機結(jié)構(gòu)的設計是對所需設計的液壓挖掘機作初步的全面規(guī)劃、提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料及總體草圖，為進一步設計、分析計算提供依據(jù)，同時前期的參數(shù)規(guī)范化及部件尺寸的完善化也為后期的仿真工作作下鋪墊。 1.2 研究意義
和其它挖掘機一樣,此履帶式液壓單斗挖掘機將給人類帶來諸多方便，能廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，還能在農(nóng)業(yè)中得到使用。能適應惡劣的野外工作環(huán)境，它在減輕繁重的體力勞動的同時，保證工程質(zhì)量的前提下，在加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率的方面也起著相當重要的作用，而且還就具有節(jié)約能源的特點，從而使系統(tǒng)發(fā)熱減少、燃油消耗降低、公害噪聲減小、系統(tǒng)設備可靠性提高、液壓元件的壽命增長等好處，也可大大節(jié)約作業(yè)成本和設備維修費用，它必定會受到廣大施工作業(yè)單位的青睞。
通過對履帶式液壓單斗挖掘機三維建模與仿真，以solidworks2012、AutoCAD2007等軟件來進行挖掘機的結(jié)構(gòu)設計、部分部件受力分析及整體機構(gòu)外部運動仿真。在對挖掘機的結(jié)構(gòu)設計前通過查閱、整理資料、實地考察、綜合運用軟件分析等一系列研究方法進行整合，結(jié)合實際情況制定實適用且實用的設計方案。掌握挖掘機的設計及運動仿真的方法和過程，任務執(zhí)行者必須根據(jù)任務要求嚴格執(zhí)行，同時鼓勵提出異議、有所創(chuàng)新。綜合所學知識，查閱相關(guān)資料及產(chǎn)品樣本，掌握最新發(fā)展動態(tài)，更重要的是設計的產(chǎn)品應符合目前技術(shù)發(fā)展水平，鼓勵采用新技術(shù)、新思想。
通過本設計能達到以綜合訓練為目的，有利于培養(yǎng)學生獨立工作能力，鞏固和提高所學知識。
1.3 國內(nèi)部分學者在挖掘機設計方面的工作
1994年，劉東升在《0.8m3輪式液壓挖掘機》對洛陽礦山機械工程設計研究院和工程兵科研一所于1994年10月聯(lián)合研制成功的0.8m3輪胎式全液壓挖掘機的主要技術(shù)參數(shù)、主要結(jié)構(gòu)特點進行了介紹。
1997年，西北建筑工程學院王進在《全回轉(zhuǎn)步履式液壓挖掘機的總體設計》提出了步履式液壓挖掘機總體設計的基本要求、主要參數(shù)的選擇與確定方法，及整機主要參數(shù)的選擇流程框圖。
1997年，賈發(fā)熔在《小型液壓挖掘機的選型》中對液壓挖掘機的發(fā)展趨勢、分類方法進行了闡述。并提出確定設備型號和供貨單位的基本程序是首先從市場信息中選出能滿足施工要求的若干型號及設備選型應考慮的問題。
羅建炎在《液壓挖掘機總體參數(shù)的經(jīng)驗計算》一文中根據(jù)國內(nèi)外百余種液壓挖掘機的統(tǒng)計分析，以機重作為主參數(shù)，提出了液壓挖掘機各種參數(shù)的經(jīng)驗公式，可作為液壓挖掘機初步設計的參考。
西南交通大學新型驅(qū)動技術(shù)中心的李闖、陳鈺塵等在《小型液壓挖掘機基本參數(shù)與整機質(zhì)量關(guān)系》中通過對目前整機質(zhì)量為3至8噸的液壓挖掘機基本參數(shù)的統(tǒng)計分析和整理，將整機質(zhì)量與對應參數(shù)值繪制成圖表，結(jié)果顯示基本參數(shù)與整機質(zhì)量存在一定關(guān)系。對其進行擬合，其結(jié)果可為小型液壓挖掘機設計時基本參數(shù)確定提供參考。
貴陽礦山機器廠的呂韶文在《WYL161輪式液壓挖掘機主參數(shù)的確定》中就WYL161輪式液壓挖掘機的系統(tǒng)功率、主泵排量、主泵及行走馬達的起調(diào)壓力的選擇、計算、確定進行論述。
江蘇悅達鹽城拖拉機制造有限公司張鳳在《與輪式拖拉機相配套的液壓挖掘機的總體設計分析》一文對液壓挖掘機的結(jié)構(gòu)性能進行優(yōu)化設計,通過液壓系統(tǒng)的安全可靠設計和整機穩(wěn)定性的驗證,從而確保挖掘機的使用可靠性,以增加拖拉機的使用功能。
南京農(nóng)業(yè)大學工學院岳睿、丁為民和江蘇清江施拉機有限公司潘祖軍、張丙寅在《以四輪拖拉機為行走裝置的液壓挖掘機的總體設計分析》中進行了主要參數(shù)的選擇與計算、挖掘工作裝置參數(shù)的確定、挖掘裝置與拖拉機連接方式的分析與介紹。
2 履帶式液壓挖掘機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
2.1 設計的基本組成部分
圖2.1 履帶式液壓挖掘機基本組成
1、挖掘手（鏟斗） 2、鏟斗與斗桿連桿機構(gòu) 3、斗桿 4、鏟斗液壓油缸 5、斗桿液壓油缸 6、動臂 7、動臂液壓缸 8、駕駛室 9、尾部機座 10、底盤回轉(zhuǎn)裝置 11、行走裝置
液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。如上圖2.1所示為該設計的基本組成部分。
履帶式液壓挖掘機的基本組成部分一般還包括柴油機、機罩、油箱、多路閥、回轉(zhuǎn)減速器、回轉(zhuǎn)馬達、回轉(zhuǎn)接頭、操縱臺、行走減速器、行走馬達、平衡重等。
2.2 液壓挖掘機基本工作原理
工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂的起落、斗桿的伸縮和鏟斗的轉(zhuǎn)動都是由往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同環(huán)境施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、推土、沖擊等多種機械作業(yè)工具。
回轉(zhuǎn)裝置與行走裝置是液壓挖掘機的主體，轉(zhuǎn)臺上部設有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大部分采用柴油機， 也可改用電動機。
液壓傳動系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種施工作業(yè)。
3 液壓挖掘機工作裝置的設計
3.1 該設計基本參數(shù)（已知）
履帶式液壓單斗挖掘機的基本技術(shù)參數(shù)：
整機質(zhì)量： 6000kg ；
標準斗容量： 0.25m3 ；
發(fā)動機功率： 60kW ；
鏟斗寬度： 800mm ；
最小挖掘深度： 3500mm ；
最大挖掘深度： 5800mm ；
最大挖掘半徑： 6000mm ；
最大卸載高度： 3600mm ；
液壓系統(tǒng)工作壓力：28Mpa ；
最大流量： 63x2L/min ；
爬坡度： 27.8 ；
最大牽引力： 48kN ；
最大行走速度： 5km/h ；
最低行走速度： 3km/h ；
外形尺寸（長x寬x高）：7800 mm x 2100 mm x 2500 mm。
3.2 液壓挖掘機工作裝置的工作原理
液壓挖掘機工作裝置的運作主要分三個階段完成：
（1）動臂借助其支承液壓缸活塞桿在工作行程范圍內(nèi)的伸縮，實現(xiàn)動臂圍繞轉(zhuǎn)臺上的鉸接點作旋轉(zhuǎn)運動，進而實現(xiàn)動臂升降和俯仰變位等運動；
（2）斗桿與動臂的端部以鉸接的形式連接，借助其支承液壓油缸（缸的一端支點固定在動臂上）活塞桿在工作行程范圍內(nèi)的伸縮，實現(xiàn)斗桿圍繞動臂端部的鉸接點作旋轉(zhuǎn)運動，進而改變和確定挖掘方位；
（3）控制鏟斗鏟挖動作的液壓油缸的端部支點設在斗桿尾部，通過鏟斗液壓油缸活塞桿的伸縮及連桿機構(gòu)的運動，實現(xiàn)鏟斗圍繞斗桿端部鉸接點的旋轉(zhuǎn)運動，進而完成整個挖土過程。鏟斗的挖掘力和挖掘深度均可通過鏟斗液壓油缸活塞桿的伸縮動作進行調(diào)整。
3.3 液壓挖掘機工作裝置主要參數(shù)的確定
3.3.1 鏟斗容量
鏟斗容量的計算一般有兩種方法：即平裝斗容和堆尖斗容。
在國內(nèi)用于挖掘機鏟斗容量標定的標準有：GB/T 21941—2008 土方機械 液壓挖掘機和挖掘裝載機的反鏟斗和抓鏟斗容量標定。其中對液壓挖掘機反鏟斗平裝容量的確定方法如下。
（3.1）
各尺寸確定如圖3.1所示
圖3.1 時各尺寸的確定
1—標定面
2—表面積
3—的質(zhì)心
—以標定面為邊界的反鏟斗側(cè)向的內(nèi)表面積。
—在鏟斗質(zhì)心處的鏟斗截面內(nèi)部寬度。
—反鏟斗前緣的切削刃（或切削面）與背板上緣標定面相連的距離。
—反鏟斗側(cè)板上緣最低點到標定面的最大垂直深度。
堆尖斗容的確定方法如下
（3.2）
各尺寸確定如圖3.2所示
圖3.2 尺寸的確定
其中
—背板的寬度；
—板的內(nèi)部寬度；
—側(cè)板的厚度
初取==0.80m，=0.02m，=0.6m各項數(shù)據(jù)代入式（3.2）后得到=0.05645m3 。由于本次設計取鏟斗容量為0.25m3的鏟斗，在預先確定最大挖掘半徑為0.60m，鏟斗寬度為0.80m的情況下，在Solidworks中對鏟斗進行三維實體造型，通過改變鏟斗深度，并利用Solidworks中的體積和質(zhì)量計算功能最終確定出鏟斗的合適的幾何尺寸。
3.3.2 挖掘力
如圖3.3的計算簡圖：
圖3.3 挖掘力計算簡圖
鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力的計算公式分別為：
（3.3）
（3.4）
式中：
( )
3.4 動臂
液壓挖掘機動臂有兩種形式：即整體動臂和組合動臂。整體動臂又分為彎臂和直臂兩種，反鏟一般多用彎臂，以保證其挖掘深度。
小型液壓挖掘機的動臂為單節(jié)式，又有直臂和V形彎臂之分。常見的以V形彎臂為主如圖3.4所示。單節(jié)V形彎臂主要用在美國，所以又有美國型動臂之稱。在這些機型上，動臂支點向平臺中心布置，增加整機穩(wěn)定性，改善工作裝置對平臺載荷的不均勻性。采用彎臂是通過增大動臂轉(zhuǎn)角，進而增大挖掘深度。
此次設計通過與同類機型類比初定長度為3600mm（左右）的V形彎臂。
圖3.4 整體彎動臂
3.5 斗桿
斗桿有三種形式：即單節(jié)、多節(jié)和可伸縮斗桿。大多數(shù)液壓挖掘機的斗桿為單節(jié)，如圖3.5所示，其斷面形狀多為箱形斷面。當全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機動臂支點位于回轉(zhuǎn)平臺中心線后方時，為了增大挖掘深度，采用伸長斗桿。如法國YNMBO公司產(chǎn)品。該公司與美國萬國公司合并，Y系列改為3944、3945等系列產(chǎn)品后，仍保留這一結(jié)構(gòu)。斗桿若伸長1米左右，挖深可由4.5米增至5.5米，挖掘半徑和卸載高度可增加1.2米。
本次設計初定斗桿長度為1600mm（左右）。
圖3.5 斗桿
3.6 鏟斗
小型液壓挖掘機反鏟斗與大中型液壓挖掘機反鏟斗結(jié)構(gòu)相似，普遍采用的反鏟斗結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。
圖3.6鏟斗
挖掘機鏟斗前面的斗齒是由合金鋼中的特殊性能鋼里的耐磨鋼制作的，最常用的牌號是ZGMn13，這種鋼含碳量約為1%，含錳量約為13%，鑄造成形后水韌處理后使用。斗齒的安裝應易于更換，其安裝的方式很多，最普遍的是螺栓連接和楔連接。斗齒與鏟斗的連接也可采用焊接結(jié)構(gòu)。
小型反鏟一般都備有幾種容量的鏟斗(不同的鏟斗寬度)，適應不同土質(zhì)的需要。挖掘粘性土壤時，鏟斗要具有良好的傾泄性，在鏟斗內(nèi)可加裝排土板。
3.7 動臂液壓油缸的設計
液壓油缸的使用在工程中極度頻繁，它的工作性能和可靠性直接影響工程的質(zhì)量和效率；
利用數(shù)控電液伺服閥來控制液壓油缸，可以實現(xiàn)輸出線性和實時控制，在很大程度上改善工程油缸的使用性能；
實施控制的器件為可編程邏輯控制器（Programmable Logical Controller），選用德國西門子STEP7-200進行編程，接口簡單易懂。
3.7.1動臂液壓缸有關(guān)基本參數(shù)的確定
根據(jù)同類液壓挖掘機的比較并聯(lián)系上述挖掘機的基本參數(shù)查閱相關(guān)液壓元件手冊確定油缸的內(nèi)徑與外徑、活塞桿直徑及行程等參數(shù):
油缸內(nèi)徑：D=125 mm ；
油缸外徑：=152 mm ；
缸筒壁厚：=13.5 mm ；
極限推力：=48000 N ；
速比：=2；
活塞桿直徑：=90 mm ；
油缸工作行程： S=800 mm ；
3.7.2 相關(guān)零部件的選用
①密封裝置的選用
選用密封檔圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料聯(lián)合使用，達到良好的密封效果。
②工作介質(zhì)的選用
因為工作在常溫下，所以選用普通的液壓油（l-hm46）即可。
3.7.3 動臂油缸的布置
動臂油缸一般布置在動臂前下端，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式：油缸前傾布置和油缸后傾布置方式。
圖3.7 動臂油缸前傾布置
油缸前傾布置方案，如圖3.7所示，動臂油缸與動臂鉸接于E點。當動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置時，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。
3.7.4 液壓缸的裝配
裝配前必須對各零件仔細清洗；
要正確安裝各處的密封裝置：安裝形密封圈時，要注意其安裝方向，避免因裝反而漏油，其唇邊應正對著有壓力的油腔。此外，因為是密封擋圈，所以還要注意區(qū)別是軸用與孔用，避免安裝錯誤；
由于密封裝置與滑動表面配合，裝配時應涂以適量的液壓油；
螺紋聯(lián)接件擰緊時應使用專用扳手，扭轉(zhuǎn)力矩應符合標準要求；
活塞與活塞桿裝配后，必須測量其同軸度和在全長上的直線度是否超差；
裝配完畢后活塞組件移動時應無阻滯感和阻力大小不勻等現(xiàn)象。
缸筒的要求：
有足夠強度，能夠承受動態(tài)工作壓力，長時間工作不會變形；
有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時不會彎曲；
內(nèi)表面和導向套與密封件之間的摩擦小，保證長時間使用；
缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。
3.8 斗桿液壓油缸的設計
3.8.1 斗桿油缸基本參數(shù)的確定
同上根據(jù)同類液壓挖掘機的類比得到斗桿油缸的基本參數(shù)：
油缸內(nèi)徑：D=100 mm ；
油缸外徑：=121 mm ；
缸筒壁厚：=10.5 mm ；
速比：=2；
活塞桿直徑：=70 mm ；
油缸工作行程： S=800 mm ；
3.8.2 斗桿油缸的布置
① 保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力：即油缸從最短長度開始伸展時和油缸最大伸展時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的作用力矩應該足以支撐滿載鏟斗且保證斗桿靜止不動。油缸作用力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應大于要求克服的最大挖掘阻力。
② 確保斗桿的擺角范圍：斗桿擺角范圍一般取100°- 130°。在斗桿油缸和鏟斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之間的距離應大于10cm。一般情況下，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小。
3.9 鏟斗液壓油缸的設計
3.9.1 鏟斗油缸的基本參數(shù)
油缸內(nèi)徑：D=80 mm ；
油缸外徑：=102 mm ；
缸筒壁厚：=11 mm ；
速比：=2；
活塞桿直徑：=50 mm ；
油缸工作行程： S=600 mm ；
3.9.2 鏟斗油缸的布置
確定鏟斗油缸鉸點、行程及連桿機構(gòu)力臂比時應考慮以下因素。
① 保證鏟斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應大于正常工作情況下的挖掘阻力。當鏟斗油缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應基本上等于最大挖掘阻力。當油缸全伸時，應能保證鏟斗滿載靜止不動。
② 保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°- 160°。在特殊作業(yè)時可以大于180°。當鏟斗油缸全縮時，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應大于10°，常取15°- 25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時，應保證斗桿與鏟斗平穩(wěn)使土壤不從斗中撒落。
3.10 液壓挖掘機挖掘范圍
圖3.8 挖掘軌跡包絡圖
反鏟工作裝置的挖掘軌跡包絡圖如圖3.8所示，就即反鏟液壓挖掘機在機體不移動的任一固定位置時所能達到的作業(yè)范圍。由圖3.8可知，液壓挖掘機挖掘時各個方向的工作尺寸中，最能反映反鏟液壓挖掘機工作特性的是最大挖掘深度J和水平面上最大挖掘半徑M。停機位置的下方(圖3.8包絡線內(nèi)的陰影部分)是不允許工作的，這是為了確保挖掘機的安全與穩(wěn)定。挖掘機的最大挖掘力及其發(fā)揮情況決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸和各油缸力的匹配，同時也受整機穩(wěn)定和地面附著條件的影響。
斗齒的挖掘軌跡取決于各油缸的運動及其相互配合的情況。若僅以動臂油缸工作(斗桿油缸與鏟斗油缸呈零行程狀態(tài)時)，則可得到最大的挖掘半徑R和最長的挖掘行程。此時，挖掘軌跡是以動臂下面的鉸點為圓心、斗齒至該鉸點的距離為半徑而劃成的圓弧線，如圖3.8中的弧 和弧 。其中最大挖掘高度I和挖掘深度J分別決定于動臂的最大上傾角和最大下傾角(動臂對水平線的夾角)，而最大傾角則由動臂油缸的行程和鉸點位置的匹配關(guān)系決定。這種挖掘方式在實際中是很少采用的，因為很少有用動臂挖掘的適當面，也很少有單獨使用動臂挖掘的情況。
若僅使斗桿油缸工作進行挖掘，則斗齒挖掘軌跡是以斗桿支承鉸點(即動臂上鉸點)為圓心，斗齒至該鉸點的距離為半徑所劃的圓弧線，如圖3.8中弧 和弧 。圓弧線的長度與包角決定于斗桿油缸的行程。當動臂位于最大下傾角、鏟斗最大張開并且僅使斗桿油缸進行挖掘工作時，可以得到最大的挖掘深度J，而且有較大的挖掘行程。這在較堅硬的土質(zhì)條件下工作時，雖然切削深度不大，但在轉(zhuǎn)斗動作的配合下，亦能保證鏟滿全斗。因此，單斗液壓挖掘機在挖掘過程中一般以斗桿的動作為主。
當調(diào)整好動臂油缸和斗桿油缸的挖掘位置而以鏟斗油缸進行挖掘時，斗齒的挖掘軌跡則是以鏟斗的支承鉸點(即斗桿前端鉸點)為圓心，以該鉸點至斗齒的距離為半徑所劃的圓弧線，如圖3.8中弧 、 、 、 。圓弧線的長度與包角決定于鏟斗油缸的行程。用鏟斗油缸挖掘時的挖掘行程較短，為使鏟斗在較短行程內(nèi)裝滿物料，則加大切削深度，亦需要較大的挖掘力。一般液壓挖掘機的斗齒最大挖掘力均在鏟斗油缸工作時出現(xiàn)。這種挖掘方式稱為轉(zhuǎn)斗挖掘，適宜于挖掘松軟土壤(多為III級以下土壤)。實際工作中，為了隨時改變切削角，一般也不單獨使用，大多情況下采用動臂與斗桿配合工作。液壓挖掘機的實際挖掘工作是采用各油缸的聯(lián)合動作來完成的。
3.11 工作裝置的仿真工作
通過以上對工作裝置各零件的介紹及參數(shù)的確定，利用三維繪圖軟件Solidworks將各零部件造型完畢并按照實際要求裝配。各零部件的造型過程同時也是對參數(shù)的進一步檢驗。在造型完成后需要完成的則是對受力頻繁或運動頻繁的零件的受力分析，利用Solidworks中的Simulation模塊可有效的完成這一過程。
這一裝置最后需完成的就是整體的運動模擬或是動畫仿真。利用Solidworks中的Motion分析模塊可以有效的完成這一部分的工作以實現(xiàn)此裝置的仿真。
圖3.9 斗桿的Simulation分析
圖3.10 工作裝置的建模
4 液壓挖掘機回轉(zhuǎn)裝置的設計
回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支承和回起機構(gòu)等組成，回轉(zhuǎn)支承的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺聯(lián)結(jié)，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓銜接，內(nèi)、外座圈之間設有滾動體，挖掘機裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水準載荷和傾覆力矩穿過回轉(zhuǎn)支承的外座圈、滾動體和內(nèi)座圈傳給底架?；仄饳C構(gòu)的殼體穩(wěn)定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺中央線公轉(zhuǎn)，當回起機構(gòu)作業(yè)時，轉(zhuǎn)臺就相對底架舉行回轉(zhuǎn)。
回轉(zhuǎn)裝置的作用是將回轉(zhuǎn)部分支承在固定部分上。要求機器不傾翻，回轉(zhuǎn)輕便靈活。為此，挖掘機設置了回轉(zhuǎn)支承裝置及回轉(zhuǎn)傳動裝置，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。在單斗液壓挖掘機的一個工作循環(huán)中，回轉(zhuǎn)運動時間約占50%-70%，能量消耗占25% - 40%，回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)發(fā)熱量占總發(fā)熱量的30% - 40%，所以應合理確定回轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動與結(jié)構(gòu)方案，正確選擇回轉(zhuǎn)機構(gòu)參數(shù)，這對提高挖掘機的生產(chǎn)能力和功能利用具有很大的意義。
圖4.1 液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)裝置的設計
4.1回轉(zhuǎn)支承裝置
單斗液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)支承裝置有兩大類：轉(zhuǎn)盤式與轉(zhuǎn)柱式。挖掘機回轉(zhuǎn)支承采納的是轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承，小松液壓挖掘機采納的是轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)局部的轉(zhuǎn)角平常等于或小于180°。它由焊接在回轉(zhuǎn)體上的上、下支承軸及上、下軸承座等形成。軸承利用螺栓穩(wěn)定在機架上，穿過插裝在撐持軸上的液壓馬達使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動。
轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承用于全回轉(zhuǎn)挖掘機，分為三種類型：少支點支承滾輪式、多支點支承滾子夾圈式和滾動軸承式。以前挖掘機和起重機都采用滾輪式或滾子夾圈式支承，但此兩種方式有共同的缺點：回轉(zhuǎn)阻力大、尺寸大、機械重心偏高、滾動部分露在外面、易污染、磨損快，從而使軌道與滾子間的間隙增加，工作時容易產(chǎn)生沖擊載荷，目前采用這兩種方式的較少?，F(xiàn)在，液壓挖掘機已普遍采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承。因此此次設計采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承。
下面對滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐作以下介紹：
滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承（滾盤）是一個大直徑的滾動軸承，它能承受更大的軸向載荷和傾覆力矩。這種滾盤與普通的滾動軸承有所不同，其轉(zhuǎn)速很慢(挖掘機為7~10r/min)。一般軸承滾道中心直徑與高度之比為4~5，而滾盤則為10~15。這種支承的剛度較差，工作中靠支承連接結(jié)構(gòu)來保證。
圖4.2 滾動軸承式支承
1—下座圈；2—調(diào)整墊片；3—上圈座；4、5—螺栓；6—內(nèi)齒圈；7—隔離體；8—滾動體； 9—油嘴；10—密封裝置
滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承的典型構(gòu)造如圖4.2所示。內(nèi)座圈或外座圈可加工成內(nèi)齒圈或外齒圈。帶有齒圈的座圈為固定座圈，用沿圓周分布的螺栓4、5固定在底座上。不帶有齒圈的座圈為回轉(zhuǎn)圈，用螺栓與挖掘機轉(zhuǎn)臺連接。裝配時，可先將座圈1、3和滾動體8裝好，形成一個完整的部件，然后再與挖掘機組裝。為保證轉(zhuǎn)動靈活，防止受熱膨脹后產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，滾盤要留有一定的軸向間隙。此間隙因加工誤差和滾道與滾動體的磨損而變化。故在兩座圈間設調(diào)整墊片2(裝配和修理時可以調(diào)整間隙)。隔離體7用來防止相鄰滾動體8間的擠壓，減少滾動體的磨損，并起導向作用。
滾動體可以是滾珠或滾柱，它與滾道接觸點的法線同軸承水平軸線間夾角稱為接觸角 (圖4.3)。滾道半徑R與滾珠直徑d(d=2r)的關(guān)系一般為:R=0.52d。
圖4.3 接觸角示意圖
小齒輪與齒圈的嚙合有內(nèi)、外嚙合兩種方式。
內(nèi)嚙合時，齒根強度較大、防塵能力好、機體高度可降低、支承結(jié)構(gòu)簡化；缺點是保養(yǎng)困難、造價高、減速比小(即節(jié)圓直徑小)，由于受支承直徑的限制，多用在中小型挖掘機上。
外嚙合齒圈的節(jié)圓直徑大，減速比也大，因而可用于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、減速比小的回轉(zhuǎn)減速箱；但齒輪外露，易污染磨損，需加防護罩。
根據(jù)滾動體的型式與排數(shù)，滾動軸承式支承主要有以下幾種型式。
①排滾珠式
單排滾珠式回轉(zhuǎn)支承的滾道一般為圓弧曲面，如圖4.4所示。
滾珠與內(nèi)、外座圈的滾道為四點接觸，接觸角一般為45°。
在承受載荷時，座圈會產(chǎn)生偏移。內(nèi)圈向左偏移，使右面滾珠受到數(shù)值更大的下壓力；右面滾珠受向上的擠壓力。若同時有水平力作用，也由滾珠承受。因此，它可傳遞不同方向的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩。
圖4.4 單排滾珠式回轉(zhuǎn)支承
a 外嚙合 b 內(nèi)嚙合
1—固定到底架上的下座圈；2—滾珠；3—固定到轉(zhuǎn)臺上的上座圈
由圖4.5看出，滾珠受力大小與接觸角在接觸點上成正弦函數(shù)比例關(guān)系。外載荷增加，座圈偏移，增大，從而減少對滾珠的法向作用力。
圖4.5 滾珠受力示意圖
單排滾珠式支承的特點是：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、安裝中允許有適度的誤差，但滾道加工較復雜，承載能力小，屬于輕型回轉(zhuǎn)支承。若與其連接的構(gòu)件剛度較低，則在Q、M作用下，會引起滾道分離，影響嚙合。
滾珠的安裝方法有兩種：一、將座圈之一制成剖分式；二、內(nèi)、外座圈分別為兩個整體，滾珠和隔離體從內(nèi)圈或外圈的徑向裝填孔裝進滾道。這種安裝方法成本低，且座圈為整體、剛性好，應用廣泛，因此此次設計采用后者方案，如圖4.6所示。
圖4.6 滾珠填充式安裝
1—外座圈；2—滾珠；3—內(nèi)座圈；4—裝填塞
②雙排滾珠式
雙排滾珠支承如圖4-7所示，由上、下兩排滾珠、內(nèi)外座圈、隔離體、密封和潤滑裝置等組成，內(nèi)外座圈中的一個可制成上下分片式。上排滾珠承受載荷較大，故滾珠直徑較小。在較大的軸向力和傾覆力矩作用下，可將其接觸角設計成能白由地移動到接近90°。因此，它的優(yōu)點是比同樣大小，同樣數(shù)目單排滾珠支承的承載能力大得多，且在承受載荷時，不會引起滾道分離，保證齒輪正常嚙合，但它的缺點是成本較高。
圖4.7 a雙排同徑式滾珠支承 b雙排異徑式滾珠支承
③交叉滾柱式
交叉滾柱支承結(jié)構(gòu)與單排滾珠支承類似，負荷通過圓柱形滾柱傳遞。滾珠以45°傾角交叉排列如圖4.8，可用隔離體亦可不用隔離體。某方向的一圈滾柱承受一個方向的作用力，與之成90°方向交叉排列的滾柱則承受另一方向的作用力(可同時承受Q、M和H的作用)。根據(jù)載荷情況(Q、M的大小)，可將滾柱總數(shù)的2/3或3/4朝一個方向傾斜，以提高承受軸向力Q的能力，但此時要加隔離體。滾柱長度較其直徑小，以保證只與一對滾道表面接觸，承受一個方向的載荷。由于滾柱與滾道是線接觸，接觸應力分布在整個滾道面上，延長了使用壽命并具有承載能力高、加工工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度小(降低重心，提高穩(wěn)定性)等優(yōu)點，所以單斗液壓挖掘機上應用較多。但它對相鄰結(jié)構(gòu)的剛度和安裝精度要求較高，以防止出現(xiàn)邊緣載荷，形成點接觸。
圖4.8交叉滾柱支承
a—外嚙合 b—內(nèi)嚙合
液壓挖掘機工作時轉(zhuǎn)臺上部受力和載荷的合力位子是時常變動的，并偏向載荷方向。為均衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺上的各個裝置必須合理安排，并在尾部設置安裝配重，以改進轉(zhuǎn)臺下部構(gòu)造的受力，減少回轉(zhuǎn)支承的損耗，保障整機的安定性。
液壓挖掘機回轉(zhuǎn)傳動裝置主要包括回轉(zhuǎn)液壓馬達、回轉(zhuǎn)減速器和回轉(zhuǎn)驅(qū)動小齒輪及固定齒圈。
4.2 回轉(zhuǎn)傳動裝置
4.2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達
回轉(zhuǎn)液壓馬達如圖4.9所示，一般采用斜軸式或斜盤式柱塞馬達，內(nèi)部帶有液壓制動器及摩擦片式制動器。馬達的主要零件有固定式斜盤、缸體、柱塞、配流盤、馬達外殼和停車制動器。停車制動器是濕式多片制動器，由中心板和摩擦片組成。滑靴嵌入每根柱塞內(nèi)。而缸體內(nèi)共有根帶滑靴的柱塞。缸體通過花鍵裝在軸上。
回轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)速的變化取決于由泵輸送來的油量大小。油泵來的油從馬達進油口流入，使柱塞從下死點向上死點移動。然后，滑靴沿著斜盤滑動，使柱塞在缸體內(nèi)作往復直線運動。
當高壓油從進油口進入時，帶動回轉(zhuǎn)馬達輸出軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩通過軸傳遞到回轉(zhuǎn)減速箱，帶動上部轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)?；赜蛷鸟R達出口流出，然后返回到液壓油箱中。當高壓油以上述情況相反的方向進入回轉(zhuǎn)馬達時，馬達反方向旋轉(zhuǎn)，同理上部轉(zhuǎn)臺也反向回轉(zhuǎn)。
圖4.9 回轉(zhuǎn)馬達
1—中心板；2—摩擦片；3—配流盤；4—滑靴；5—固定式斜盤；
6—馬達外殼；7—軸；8—柱塞；9—缸體
為把回轉(zhuǎn)液壓回路的壓力限制在過載溢流閥的調(diào)定值內(nèi)，并在轉(zhuǎn)臺啟動和停止時起緩沖作用，回轉(zhuǎn)馬達上設有防過載及補油閥組件。在執(zhí)行回轉(zhuǎn)平臺停止操作時，回轉(zhuǎn)操縱手柄回位，回轉(zhuǎn)馬達的進油口和出油口均被關(guān)閉，而此時上部平臺結(jié)構(gòu)在慣性力作用下會帶動馬達繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使馬達出油道中的壓力升高，進油口壓力降低至產(chǎn)生真空。防過載閥的作用就是在這種情況下釋放馬達內(nèi)部高壓，并吸收上部平臺結(jié)構(gòu)的慣性力，而補油閥組件為防止出現(xiàn)真空，將回油管中的油通過補油管和單向閥向馬達轉(zhuǎn)動組件補充油液。當回轉(zhuǎn)馬達供油不足時，補油閥組件通過回油管背壓也可增加對馬達轉(zhuǎn)動組件的供油量。
4.2.2 回轉(zhuǎn)減速器
圖4.10 回轉(zhuǎn)減速器
①低速傳動方案。
其優(yōu)點是零件少、結(jié)構(gòu)緊湊、能產(chǎn)生較大扭矩、扭矩與轉(zhuǎn)速均勻、低速穩(wěn)定性和制動性能好；缺點是馬達本身體積大、效率低。
②高速傳動方案。
用高速定量軸向柱塞式液壓馬達通過齒輪減速箱驅(qū)動回轉(zhuǎn)小齒輪。高速馬達在結(jié)構(gòu)上與同類型泵相同，零件可通用，與低速馬達相比，其有優(yōu)點是體積小、效率高、不需背壓補油、便于設置小制動器、發(fā)熱及功率損失小、工作可靠。
4.3 液壓挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動分析
4.3.1 滿斗回轉(zhuǎn)時平臺加速
加速階段平臺總轉(zhuǎn)角為 （4.1）
加速階段平臺總加速時間為 （4.2）
式中 —；
—；
—。
鑒于本設計的側(cè)重點是對整機的造型建模及運動仿真，因此建模時在不影響整體仿真的情況下對此部分進行了適當?shù)暮喕?
4.3.2 滿斗回轉(zhuǎn)時平臺減速
挖掘機平臺制動力矩為常數(shù)，一般。設，則平臺滿
斗回轉(zhuǎn)減速時間為
（4.3）
平臺減速時轉(zhuǎn)角為 （4.4）
5 液壓挖掘機行走裝置的設計
行走裝置是挖掘機的支承部分，它承受機械自重及作業(yè)時的其它作用力，來保證挖掘機穩(wěn)定支承在地面上工作。
單斗液壓挖掘機廣泛采用履帶式和輪胎式行走裝置，此設計采用履帶行走裝置。
5.1 行走裝置的介紹
履帶行走裝置的典型結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架4通過支重輪7、履帶5將載荷傳至地面。履帶呈封閉狀環(huán)繞過驅(qū)動輪1和導向輪2，為了減少履帶上分支撓度，履帶由1~2個托鏈輪2支持。行走裝置的動力由行走液壓馬達經(jīng)過行走減速機傳到驅(qū)動輪9，使整個行走裝置運行。當履帶由于磨損而伸長時，可由張緊裝置6調(diào)整其松緊度。
圖5.1 履帶行走機構(gòu)圖
1—驅(qū)動輪；2—托鏈輪；3—支重輪；4—行走架；5—履帶；6—張緊裝置；7—導向輪
5.1.1 驅(qū)動輪
圖5.2組合式履帶驅(qū)動輪
驅(qū)動輪常位于行走裝置的后部，縮短履帶驅(qū)動段的長度并提高履帶的使用壽命，其形狀如上圖5.2
5.1.2 托鏈輪
托鏈輪的作用是托起上部履帶，防止其過度下垂。
5.1.3 支重輪
挖掘機行走時支重輪受到?jīng)_擊，承受載荷較大，是挖掘機重力傳遞還給地面履帶的紐帶。由于其采用滑動軸承較多，因此采用油封防塵。
5.1.4 行走架
行走架按結(jié)構(gòu)的不同分為：箱式、組合式和整體式。
①箱式行走架
箱式結(jié)構(gòu)的行走架，一般用在少支點支承的挖掘機上。底架為封閉的格式結(jié)構(gòu)，以保證其強度和剛度，底架一般直接和履帶架相連。為了方便運輸，這種機構(gòu)往往做成將履帶架用高強度螺栓連接于行走架。箱式行走架剛度大、承載能力高，可保證挖掘機就地轉(zhuǎn)彎時有較好的剛性。缺點是驅(qū)動輪采用懸臂安裝方式，承受附加的彎矩，同時底架和履帶架的連接處受力也較大。
②組合式行走架
組合式行走架的底架為框架結(jié)構(gòu)，橫梁是工字鋼或焊接的箱形梁，插入履帶架孔中。履帶架通常采用下部敞開的“門”形截面，以方便安裝驅(qū)動輪、導向輪和支重輪。組合式行走結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是不需改變底架結(jié)構(gòu)就能換裝加寬的橫梁或加長的履帶架，就能改善挖掘機的穩(wěn)定性并降低接地比壓。缺點是履帶架截面削弱較多，剛性較差，在截面削弱處很容易產(chǎn)生裂縫。
③整體式行走架
整體式行走架是在組合式行走架的基礎上發(fā)展起來的，適用于大批量生產(chǎn)以降低成本，現(xiàn)在中小型液壓挖掘機上應用極為廣泛。將底架、橫梁和履帶架焊為一體，使其具有構(gòu)造簡單、布置緊湊、質(zhì)量輕、剛性好等一系列優(yōu)點。由于此結(jié)構(gòu)可使支重輪直徑做的較小，使得支重輪數(shù)量每邊可裝5至9個,因此機器重力和挖掘力產(chǎn)生的壓力，可以均勻的傳給地面，從而利于在承載能力較低的地面使用。
結(jié)合上面分析，本次設計采用整體式行走架。如圖5.3所示。
圖5.3 整體式行走架
5.1.5 履帶
考慮到機器的穩(wěn)定性、足夠的牽引力并適應更困難的工況施工，此設計采用組合式履帶結(jié)構(gòu)。
5.1.6 履帶張緊裝置
圖5.4 履帶張緊裝置
1—張緊輪；2—叉架；3—防塵油封；4—Y型油封；5—缸筒；6—O形圈；
7—緩沖彈簧；8—機架；9—彈簧座；10—彈簧桿；11—柱塞
履帶張裝置的作用是保證履帶行走裝置的正常工作，減小行走的沖擊載荷和額外的功率損耗，并保證履帶具有一定的張緊度。履帶的張緊裝置借助于導向輪來實現(xiàn)對履帶的張緊。
5.1.7 導向輪
導向輪的作用是引導履帶正確旋轉(zhuǎn)以及防止其跑偏等。
5.2 行走裝置的設計與仿真
圖5.5 行走裝置的設計
導向輪與張緊油缸、張緊彈簧相連接，式履帶張緊度適當；在履帶前端受到外力沖擊時，通過導向輪將沖擊力傳到張緊彈簧起緩沖作用，防止履帶損傷。
終傳動包括行走馬達和行走減速機構(gòu)，作為驅(qū)動輪為機器行走提供動力，將液壓能通過行走馬達轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪減速機構(gòu)減速，轉(zhuǎn)矩增加，由鏈輪帶動履帶轉(zhuǎn)動實現(xiàn)機器行走。
6 液壓挖掘機駕駛室的設計
6.1 駕駛室的總體設計要求
①駕駛室要視野開闊、美觀大方，具有一定的審美價值。比例、尺寸符合人機工程學及審美學要求。
②具有保障駕駛員人身安全的結(jié)構(gòu)形式或措施，主要指防傾翻裝置。
③室內(nèi)應空氣暢通，溫度可以調(diào)節(jié)。
④具有隔熱、減振及降噪功能。
⑤具備足夠的剛性和強度。
圖6.1 駕駛室造型外觀圖
6.2 駕駛室座椅的設計要求
①座椅的形式和尺度與駕駛者坐的目的有關(guān)；
②座椅的尺度必須與相對應的駕駛員測量值配合，人體坐姿時各關(guān)節(jié)舒適角度；
③座椅的設計必須能提供駕駛者足夠的支撐與穩(wěn)定作用；
④座椅的設計必須能使駕駛者改變其姿勢，但其椅墊必須足以防止坐姿行為中的滑脫現(xiàn)象；
⑤靠背特別是在腰部的支撐，可降低脊柱所產(chǎn)生的緊張壓力；
⑥座墊必須有充分的襯墊和適當?shù)挠捕仁怪兄趯⑷梭w的壓力分布于坐骨結(jié)節(jié)附近。
6.3 操作裝置的布置要求
挖掘機駕駛員通過控制各種操作裝置來完成挖掘機的行走、運轉(zhuǎn)以及鏟斗的挖掘、卸料等動作。挖掘機的主要操作裝置分為以下幾類，操縱桿、腳踏板、扶手和各種電氣按鈕。
操縱桿、腳踏板和扶手受自身形狀和體積的制約布置時必須綜合考慮各方面的因素，特別是人體生理學方面的要求。
液壓挖掘機的駕駛室是操作人員的工作場所，由于挖掘機工作環(huán)境惡劣，噪聲大，操作人員極易產(chǎn)生疲勞，所以一個好的駕駛室的設計不僅要將各操作裝置布置合理，還應使駕駛室有一定隔音效果和一個舒適的座椅。因此挖掘機駕駛室的設計應采用人機工程學原理來設計。同時駕駛室應具有一定的剛度，在翻車時能對操作人員起到一定安全保護作用。
7 液壓挖掘機整機的運動仿真分析
此設計的最終目的是通過建模實現(xiàn)利用軟件對整機運動的Motion分析，進一步體現(xiàn)在優(yōu)化設計各主要部件的基礎上達到整機節(jié)能的目的。
達到節(jié)能目的的原理基礎是液壓二次調(diào)節(jié)技術(shù)。在恒壓力源網(wǎng)絡中，對液壓馬達（或液壓泵）進行控制稱為二次調(diào)節(jié)。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由恒壓力源、變量馬達和蓄能器組成的控制系統(tǒng)。由于它沒有節(jié)流損失和溢流損失的缺陷，因此它的發(fā)展前景非常廣泛。
如下圖7.1為整機的效果圖
綜上，履帶式液壓單斗挖掘機的設計已經(jīng)完成，包括機器基本參數(shù)確定，各基本零部件的造型及整機的運動模擬等，限于本人的能力，此設計可能仍有較多的漏洞，進一步優(yōu)化的空間仍然很大，希望老師予以輔導從而使本設計不斷完善。
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謝 辭
走的最快的總是時間，在完成終稿的今天，經(jīng)過了幾個月的努力，此刻感受到有喜有悲。喜是因為經(jīng)過幾個月的努力，查閱資料、閱讀文獻、原理分析、部件設計、運動仿真，終于通過畢業(yè)設計的形式有效的將大學期間所學相關(guān)知識進行整合；悲是因為此刻的終點即為下一刻的起點，下一刻我們將自己闖蕩卻少了各位老師、各位同學、各位好友的陪伴。
此畢業(yè)設計是在李嵐老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從課題選擇到具體設計說明書整理無不凝聚著李嵐老師的創(chuàng)造性建議，若沒有老師的悉心指導也許我的設計并不會如此的順利，在此學生向李嵐老師表示深深的感謝和最崇高的敬意。
同時，設計的順利完成也離不開其他老師的指導與同學的幫助。在此，感謝周榮安老師在軟件使用方面的指導，感謝李嵐老師在液壓只是方面對學生的補充與深化，感謝各位老師的幫助，幫助我完成大學期間知識的整合；感謝我親愛的同學們，是他們在我煩惱小問題時予以有效的解答，是他們給予我時刻的安慰。你們的幫助將成為我人生成長路上的寶貴回憶！
附 錄
1 英文原文
Hydraulic Station and the development of hydraulic components Profiles Hydraulic Pump Station also known as the stations are independent h- ydraulic device. It requested by the oil gradually. And controlling the hydraulic oil flow direction, pressure and flow rate, applied to the mainframe and hy- draulic devices separability of hydraulic machinery. Users will be provided after the purchase hydraulic station and host of implementing agencies (motor oil or fuel tanks) connected with tubing, Hydraulic machinery can be realized from these movements and the work cycle. Hydraulic pump station is installed, Manifold or valve combination, t- anks, a combination of electrical boxes. Functional components : Pump device -- is equipped with motors and pumps, hydraulic station is the source of power. to mechanical energy into hydraulic oil pressure can be. Manifold -- from hydraulic valve body and channel assembled. Right direction for implementation of hydraulic oil, pressure and flow control. Valve portfolio -- plate valve is installed in up board after board conn- ects with the same functional IC. Tank -- plate welding semi-closed containers, also loaded with oil filtering network, air filters, used oil, oil filters and cooling. Electrical boxes -- at the two patterns. A set of external fuse terminal plate; distribution of a full range of electrical control.
Hydraulic Station principle : motor driven pump rotation, which pump oil absorption from the oil tank. to mechanical energy into hydraulic pressure to the station, hydraulic oil through Manifold (or valve combinations) realized the direction, pressure, After adjusting flow pipe and external to the cylinder hydraulic machinery or motor oil, so as to control the direction of the motive fluid transformation force the size and speed the pace of promoting the various acting hydraulic machinery.
A development course
China Hydraulic (including hydraulic, the same below), pneumatic and seals industrial development process can be broadly divided into three phases, namely : 20 early 1950s to the early 1960s, the initial stage; 60''s and 70 for specialized production system ;80~90''s growth stage for the rapid development stage. Which, hydraulic industry in the early 1950s from the machine tool industry production of fake Su-grinder, broaching machine, copying lathe, and other hydraulic drive started, Hydraulic Components from the plant hydraulic machine shop, self-occupied. After entering the 1960s, the application of hydraulic technology f
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