SWE85挖掘機(jī)夾樁壓樁機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+畢業(yè)論文答辯資料】

下載文檔送完整 紙， 14951605 或 1304139763 下載論文送 紙， 14951605 或 1304139763 機(jī)電工程學(xué)院 科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 掘機(jī)夾樁壓樁 機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 尹 敏 指導(dǎo)教師 謝習(xí)華 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 智能 0302 班 完成時(shí)間 2007 年 6 月 8 日 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 第 1章 緒論 1 發(fā)展概述 1 結(jié)構(gòu)及其工作原理 2 3 發(fā)展趨勢(shì) 4 術(shù)功能創(chuàng)新：一機(jī)多用與簡(jiǎn)化操作 4 觀造型創(chuàng)新：工業(yè)設(shè)計(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào) 4 計(jì)方法創(chuàng)新：電腦應(yīng)用與模塊設(shè)計(jì) 5 制方法創(chuàng)新：電子控制與信息集成 5 工智能創(chuàng)新：靈性機(jī)器與機(jī)器人化 5 題意義和任務(wù)要求 6 第二章 夾樁壓樁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7 樁 壓樁機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)方案的比較與確定 7 7 8 8 案的確定 9 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 10 10 的計(jì)算 11 11 12 分零部件的設(shè)計(jì) 13 13 計(jì) 13 14 14 部件體積和質(zhì)量 的 計(jì)算 14 軸的擠壓與剪切強(qiáng)度校核 16 16 17 18 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3章 油缸設(shè)計(jì) 19 19 壓缸 設(shè)計(jì) 20 壓缸種類的選擇 20 壓缸安裝形式的選擇 21 壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計(jì)算 22 筒 設(shè)計(jì) 22 塞的設(shè)計(jì) 26 塞桿設(shè)計(jì) 27 壓缸缸底設(shè)計(jì) 29 壓缸缸蓋設(shè)計(jì) 31 套的設(shè)計(jì) 32 33 34 斜液壓缸內(nèi)徑和行程的確定 34 斜油缸鉸軸的設(shè)計(jì) 36 第四章 設(shè)計(jì)總結(jié) 37 參考文獻(xiàn) 38 附錄 1 圖紙清單 39 附錄 2 實(shí)習(xí)報(bào)告 41 附錄 3 英文及其譯文 48 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 本論文以 計(jì)內(nèi) 容包括：主要部件設(shè)計(jì)方案的比較與分析；主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ； 運(yùn)用 三維造型 軟件對(duì)主要部件進(jìn)行造型 。通過設(shè)計(jì)方案的比較分析，并考慮實(shí)際工況要求，確定設(shè)計(jì)方案，使設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品能夠滿足工作要求，同時(shí)又具有工作效率高、加工難度小、成本低、性價(jià)比高等特點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，使所設(shè)計(jì)的主要部件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性都能夠滿足工作要求，并做到合理利用材料，避免造成資源浪費(fèi)。設(shè)計(jì)計(jì)算主要以材料力學(xué)所提供的設(shè)計(jì)方法為主要理論依據(jù)，并綜合考慮了夾樁壓樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)原理。此設(shè)計(jì)從挖掘機(jī)機(jī)整機(jī)的工作性能、適用性、環(huán)保要求及夾樁壓樁 部件的加工制造性能、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行全方位的考慮。力求使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有較好的使用性能和比較高的性價(jià)比。 關(guān)鍵詞 ： 挖掘機(jī)；夾樁壓樁機(jī) 構(gòu) ； 計(jì) ；油缸設(shè)計(jì) 中南大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) he of is as an in of of of is by is on so be to an of of to of of of as of is of a of to 1 第一章 緒 論 掘機(jī)的發(fā)展概況 挖掘機(jī)機(jī)械包括各種類型和功能的挖掘機(jī)，具有挖掘、裝載、卸載和整機(jī)移動(dòng)的功能。能連續(xù)高效的工作，對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率起來很大的作用，因其具有許多的優(yōu)點(diǎn)，在土石方施工中得到了廣泛的應(yīng)用，是工程建設(shè)項(xiàng)目中不可缺少的施工手段，是國(guó)家重要基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的有力保證。一個(gè)國(guó)家 生產(chǎn)使用挖掘機(jī)機(jī)械的能力，在一定程度上可以說是一個(gè)國(guó)家工程建設(shè)能力的體現(xiàn)。雖然不像是汽車那樣具有支柱產(chǎn)業(yè)的地位，但能體現(xiàn)重工業(yè)的發(fā)展水平。 挖掘機(jī)的發(fā)展歷史可以追溯到 1840 年，當(dāng)時(shí)正是美國(guó)西部開發(fā)史中有名的圈地時(shí)代。最初的挖掘機(jī)主要應(yīng)用于鐵路建設(shè)，以蒸氣機(jī)為動(dòng)力源，沿著鐵軌鋪設(shè)的鐵路運(yùn)動(dòng)。當(dāng)時(shí)的挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗桿、挖斗的尺寸完全是按照人體構(gòu)造來模仿的。今天挖掘機(jī)的工作裝置各個(gè)部分尺寸比例與當(dāng)時(shí)的尺寸基本上沒有多大變化，總之挖掘機(jī)是將人的手工作業(yè)變成了機(jī)械化作業(yè)。以后，為了機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)，將鐵軌與枕木卷起 來，形成無限軌道，即履帶的出現(xiàn)，使挖掘機(jī)的通用性得到極大提高，自誕生以來的 130 年當(dāng)中一直不斷地在飛躍發(fā)展。 1940 1960 年，美國(guó)利用自由建設(shè)非常景氣的高潮，迎來了高速發(fā)展時(shí)期，也就是形成了建設(shè)施工機(jī)械發(fā)展的鼎盛時(shí)代，具有代表性的建設(shè)施工機(jī)械有推土機(jī)、平地機(jī)、輪式裝載機(jī)、自卸汽車以及鏟運(yùn)機(jī)等。當(dāng)時(shí)由于大部分建筑為平面施工，底層建筑，因此在這期間，挖掘機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)退出了建筑施工的主力機(jī)械的舞臺(tái)。挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是由于當(dāng)時(shí)世界上的液壓技術(shù)比較落后。 在進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代后，伴隨著液壓泵與閥的發(fā)展，液壓 傳動(dòng)技術(shù)得到了很快發(fā)展，逐漸成為成熟的傳動(dòng)技術(shù)；挖掘機(jī)找到了適合它的傳動(dòng)方式，為其發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，液壓挖掘機(jī)從 行蛻皮，以不可擋之勢(shì)高速發(fā)展起來。另外，由于當(dāng)時(shí)建筑施工方式開始發(fā)生變化，由底層開始向高層建筑發(fā)展，城市建筑地增加、松軟土地的處理及由于施工環(huán)境的規(guī)范化等，給了挖掘機(jī)以施展才能機(jī)會(huì)。 現(xiàn)在 具有較長(zhǎng)的臂和桿、能裝上各種各樣工作裝置的挖掘機(jī)，會(huì)行走、能回轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)多自由度動(dòng)作，既能切削高的垂直壁面，又可以挖掘深的基坑和溝是一種萬能型 的工程機(jī)械，因此得到了迅速的發(fā)展。目前挖掘機(jī)已經(jīng)成為工程機(jī)械中無可置疑的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場(chǎng)已占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 挖掘機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理 挖掘機(jī)械一般由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、行走裝置、工作裝置和電氣控制等組成。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以分為履帶式、輪胎式、步履式；全液壓、半液壓；全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)；通用型、專用型；鉸接式、伸縮臂式等多種類型 1。 履帶式行走裝置由“四輪一帶”（即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪以及履帶）、張緊裝置和緩沖彈簧、行走機(jī)構(gòu)、行走架等組 成。挖掘機(jī)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在履帶的緊邊 驅(qū)動(dòng)段及接地段產(chǎn)生一個(gè)拉力，企圖把履帶從支重輪中拉出，由于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使挖掘機(jī)借支重輪沿著履帶軌道向前運(yùn)行。 挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，液壓傳動(dòng)的履帶行走裝置由安裝在兩條履帶上、分別由兩臺(tái)液壓泵供油的行走馬達(dá)通過對(duì)油路的控制，很方便的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地面、場(chǎng)地上運(yùn)動(dòng)。 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成?；剞D(zhuǎn)支撐的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，帶齒的內(nèi)座與底架用 螺栓連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動(dòng)體。挖掘機(jī)工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直載荷、水平載荷和傾覆力矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動(dòng)體和內(nèi)座圈傳動(dòng)給底架?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可以繞自身的軸線自傳，又可以繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)就相對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 鉸接式反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接（見圖 1），在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作，其中動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸 控制，為了適應(yīng)各種不同施工作用的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種工作機(jī)具。 圖 1 反鏟工作裝置 1 斗桿油缸； 2動(dòng)臂； 3油管； 4動(dòng)臂油缸； 5鏟斗； 6斗齒； 7側(cè)齒； 8連桿； 9搖桿；10鏟斗油缸； 11斗桿 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路和先導(dǎo)閥操控回路等，由他們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)大致上由定量系統(tǒng)、變量系 統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(tǒng)等三種類型。 定量系統(tǒng) 在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化。通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合型式，分為單泵回路定量系統(tǒng)、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。 變量系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)式通過容積變量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的，其調(diào)速方式有三種：變量泵定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵變量馬達(dá)調(diào)速和變量泵變量馬達(dá)調(diào)速。單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)多采用變量泵定量馬達(dá)的組合方式實(shí)現(xiàn)無級(jí)變量，且都是雙泵雙回路。根 據(jù)兩個(gè)回路的變量有無關(guān)聯(lián)，分為分功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個(gè)油泵各有一個(gè)功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關(guān)即兩個(gè)回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率條件變量，兩個(gè)油泵各自機(jī)擁有發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的一半；全功率變量系統(tǒng)中的兩個(gè)油泵由一個(gè)總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個(gè)油泵擺角始終相同，同步變量、流量相等，決定流量變化的使系統(tǒng)的總壓力，兩個(gè)油泵的功率在變化范圍內(nèi)是不相同的，其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)式和液壓聯(lián)動(dòng)式兩種形式。 整體式力裝置有柴油機(jī) 、電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組或外電源變流機(jī)組。柴油機(jī)和電動(dòng)機(jī)大多用于中、小型挖掘機(jī)械，用一臺(tái)原動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)，兩者可互換。柴油發(fā)電機(jī)組和外電源變流機(jī)組用于大、中型挖掘機(jī)械，用多臺(tái)電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)。 機(jī)電液一體化式液壓挖掘機(jī)的主要發(fā)展方向，其目的是實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的全自動(dòng)化，使挖掘機(jī)由傳統(tǒng)的杠桿操縱逐步發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、電液比例操縱和計(jì)算機(jī)直接操縱。目前，液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)已發(fā)展到復(fù)合控制系統(tǒng)。 內(nèi)外 挖掘機(jī)的 夾樁壓樁機(jī)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀 在 2006年 4月法國(guó)巴黎舉辦的 覽會(huì)上 ， 功能打樁機(jī) （如圖 2） 。 這一系統(tǒng)將打樁機(jī)安裝在挖掘機(jī)上，用于打鋼制板樁、工形樁或管樁。和常規(guī)打樁機(jī)不同的是， 以固定在樁的頂部打樁，也可以夾在樁的側(cè)面打樁。這一系統(tǒng)是在芬蘭發(fā)明的，可用于打樁，也可用于拔樁。根據(jù) 夾緊的打樁方法能夠提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，比常規(guī)的打樁技術(shù)提高 50%的生產(chǎn)效率。 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 圖 2 夾緊式多功能打樁機(jī) 目前在國(guó)內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)挖掘機(jī)上的夾樁壓樁機(jī)構(gòu)，但是隨著城市大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)的逐 步減少，將來的建設(shè)以小規(guī)模、小空間的施工為主，而具有占用空間少、壓樁力大、工作效率高等特點(diǎn)的夾樁壓樁機(jī)構(gòu)必將受到市場(chǎng)的青睞，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?挖掘機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 從 20 世紀(jì) 80年代到本世紀(jì)初，中外挖掘機(jī)產(chǎn)品技術(shù)已從一個(gè)成熟期走到了現(xiàn)代化時(shí)期伴隨著一場(chǎng)新的技術(shù)革命，挖掘機(jī)的綜合技術(shù)水平躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。 電子技術(shù)、微電腦、傳感器、電液伺服與控制系統(tǒng)集成化改造了傳統(tǒng)的挖掘機(jī)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造及輔助管理裝備了挖掘機(jī)制造業(yè)， 也裝備了挖掘機(jī)機(jī)械的銷售與信息傳遞系統(tǒng)，從而讓人們看到了一個(gè)全 新的挖掘機(jī)械行業(yè)。新的挖掘機(jī)在工作效率、作業(yè)質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)、操作性能及自動(dòng)化程 度諸多方面都是以往所不可比擬的，并且在向著進(jìn)一步的智能化和機(jī)器人化方向邁進(jìn)。 術(shù)功能創(chuàng)新 ： 一機(jī)多用 與簡(jiǎn)化操作 通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)， 現(xiàn)在挖掘機(jī)上可配備的各種工作裝置超過 100種。在功能多樣化的同時(shí) 20世紀(jì) 80年代以來，世界上許多大的挖掘機(jī)制造公司都投入很大的人力和資金促進(jìn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究和應(yīng)用。人機(jī)工程學(xué)是“以人為本”的設(shè)計(jì)思想， 注重機(jī)器與人的相互協(xié)調(diào)， 提高人機(jī)安全性、駕駛舒適性，方便于司機(jī) 操作和技術(shù)保養(yǎng)，這樣既改善了司機(jī)的工作條件，又提高了生產(chǎn)效率。 觀造型創(chuàng)新：工業(yè)設(shè)計(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào) 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步，給人類帶來了高度的物質(zhì)中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 文明與精神文明。工業(yè)設(shè)計(jì)即是工業(yè)產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)，也稱其為產(chǎn)品的藝術(shù)造型。機(jī)械產(chǎn)品的藝術(shù)造型應(yīng)能體現(xiàn)其功能的合理性及外在質(zhì)量的統(tǒng)一性，還應(yīng)體現(xiàn)出產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和符合時(shí)代感的審美要求。 挖掘機(jī)的造型設(shè)計(jì)可以使機(jī)器的形態(tài)與其結(jié)構(gòu)、功能及使用要求相統(tǒng)一，并與人的生理及心理相協(xié)調(diào)。這種造型設(shè)計(jì)應(yīng)包括各部的比 例得當(dāng)，形體流暢、色彩協(xié)調(diào)、儀表布置美觀以及便于直觀操作和有醒目的商標(biāo)符號(hào)?，F(xiàn)在世界各大公司都非常重視產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)，并且出現(xiàn)了專門的研究和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。 計(jì)方法創(chuàng)新：電腦應(yīng)用與模塊設(shè)計(jì) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法最大的不同是普及應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)。以往一種新型需要多次反復(fù)試制、試驗(yàn)和修改才能定型，一般需要幾年的時(shí)間。在計(jì)算機(jī)上， 新產(chǎn)品設(shè)計(jì)可采用三維數(shù)字化建模，利用專業(yè) 件進(jìn)行基礎(chǔ)零部件優(yōu)化選擇與分析計(jì)算，直到生成工程圖和進(jìn)行三維虛擬裝配及模擬試驗(yàn)。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法包括的面很廣，如相似設(shè)計(jì)、 模塊化設(shè)計(jì) 、動(dòng)態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)及人機(jī)工程與工業(yè)造型的應(yīng)用等，體現(xiàn)在機(jī)器形體上最明顯的是模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)包括了以往所說的部件化，通用化及設(shè)計(jì)過程中的軟件模塊化。部件化是將機(jī)器的每個(gè)部件都設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)完善的獨(dú)立單元，簡(jiǎn)化相鄰部件之間的連接， 以便于安裝與調(diào)整，便于存放與運(yùn)輸，便于維修與保養(yǎng)，而且也便于社會(huì)化生產(chǎn)。通用化是選用相應(yīng)的部件單元做不同的連接拼裝可組成不同技術(shù)性能的機(jī)器，這樣 可以增加部件的生產(chǎn)批量，從而降低整機(jī)的制造成本。設(shè)計(jì)軟件的模塊化大大加快了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度 。 制方法 創(chuàng)新：電子控制與信息集成 機(jī)器的大規(guī)模信息集成，誕生了機(jī)電信一體化?，F(xiàn)代電子技術(shù)催生了挖掘機(jī)的機(jī)電信一體化。電子技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)，集成電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)及電子通 訊技術(shù)。電子技術(shù)和傳感器與機(jī)械裝置經(jīng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，即機(jī) 電 信一體化。電子傳感器是機(jī)電信一體的感覺器官，是挖掘機(jī)與其作業(yè)對(duì)象之間的媒介。以微機(jī)為核心的電子技術(shù)是機(jī)電信一體化的大腦和中樞神經(jīng)，它接受傳感器送入的各種信息，在進(jìn)行運(yùn)算處理之后對(duì)機(jī)器的執(zhí)行部分發(fā)出指令。 工智能創(chuàng)新：靈性機(jī)器與機(jī)器人化 挖掘機(jī) 在工程建設(shè)領(lǐng)域代替了人的體力勞動(dòng)，擴(kuò)展了人的手腳功能，但傳統(tǒng)挖掘機(jī)還未能解決好人的體力和生理負(fù)擔(dān)問題，更不要說解脫人的精神和心理負(fù)擔(dān)了。現(xiàn)代化挖掘機(jī)應(yīng)該是賦予了其靈性，有靈性的挖掘機(jī)是有思維頭腦中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 （微電腦）、感覺器官（傳感器）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（電子傳輸）、五臟六腑（動(dòng)力與傳動(dòng)）及手足骨骼（工作機(jī)構(gòu)與行走裝置）的機(jī)電信一體化系統(tǒng)。 現(xiàn)在機(jī)電液一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的全面控制，挖掘機(jī)正在被賦予各種感覺與智慧。在工藝過程與工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，挖掘機(jī)將從局部自動(dòng)化過渡到全面自動(dòng)化，并且向著遠(yuǎn)距離 操縱和無人駕駛的趨勢(shì)發(fā)展。隨著人工智能的介入，挖掘機(jī)將加快其現(xiàn)代進(jìn)程，使逐步過渡到完全智慧化的作業(yè)機(jī)器人目標(biāo)。到那時(shí)，一些新的機(jī)器人化作業(yè)程序就會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。 題意義和任務(wù)要求 因?yàn)橥诰驒C(jī)在國(guó)家建設(shè)的重要作用，及對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)巨大的推動(dòng)作用，所以各國(guó)多很重視挖掘機(jī)一類工程機(jī)械的研發(fā)和改進(jìn)，隨著我國(guó)不斷加大基礎(chǔ)設(shè)施投資力度、西部大開發(fā)和城鎮(zhèn)化等發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，國(guó)家多項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展， 2005 年全國(guó)液壓挖掘機(jī)的需求量達(dá) 臺(tái)，有關(guān)專家估計(jì)，到 2009，基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)工業(yè)建設(shè)的土石方及裝卸工作 量將比現(xiàn)在增長(zhǎng) ，從而為發(fā)展挖掘機(jī)等大噸位土方工程機(jī)械及配件提供良好的市場(chǎng)發(fā)展空間。大量需要各類高效率的工程機(jī)械，其中挖掘機(jī)扮演著重要的角色，研發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。數(shù)量最多的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，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(shí)，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。 本課題主 要針對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行改進(jìn)，參考國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，對(duì)挖掘機(jī)的夾樁壓樁機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之擁有更多的功能，能適用不同的工礦，完成各種不同的任務(wù)： 1) 能進(jìn)行板樁 /H 型梁（工字梁）的壓樁和拔樁， 2) 能適用各種不同直徑樁的夾樁，能自動(dòng)調(diào)整夾 樁機(jī)構(gòu)的直徑。 3) 能實(shí)現(xiàn)側(cè)抓功能，能夠在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn)夾樁及壓樁。 4) 能在垂直或其他角度下實(shí)現(xiàn)壓樁和拔樁。 再配以自動(dòng)控制程序，便能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上述功能。擁有上述功能的挖掘機(jī)用于打鋼制板樁、工形樁或管樁。和常規(guī)打樁機(jī)不同的是，可以固定在樁的頂部打樁，也可以夾在樁的側(cè)面打樁?？捎糜诖驑叮?也可用于拔樁。側(cè)夾緊的打樁方法能夠提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，比常規(guī)的打樁技術(shù)能顯著提高生產(chǎn)效率。 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 夾樁壓樁機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì) 樁 壓樁 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)方案的比較與確定 一個(gè)成熟的方案是通過幾種較好的設(shè)計(jì)方案比較得出的。首先，我將介紹幾種 夾樁壓樁機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)方案。 案一 圖 樁壓樁裝置由夾樁爪、夾樁油缸等結(jié)構(gòu)組成。它的工作原理是，液壓油從下油口進(jìn)入夾樁油缸，活塞桿伸出，整個(gè)油缸將繞著其尾部耳環(huán)旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，夾樁爪繞著其底部鉸接處旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，直到夾樁爪夾牢樁為止。 圖 2 1 夾樁壓樁裝置 圖 2 2 安裝示意圖 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 案二 圖 樁壓樁機(jī)構(gòu) 的工作原理圖。 全液壓 夾樁壓樁機(jī)構(gòu) 總體上可以分為底座和工作裝置。又可具體分為： 部分組成。該夾樁壓樁裝置可以卸下樁和夾緊樁 。夾樁時(shí)，先把樁放入夾樁架中間，然后 2個(gè)夾樁油缸伸出，直至夾緊樁，然后挖掘機(jī)動(dòng)臂移動(dòng)至工作點(diǎn)，利用挖掘機(jī)斗桿、挖斗油缸力進(jìn)行壓樁。卸樁時(shí)夾樁油缸收回，松開樁，再移動(dòng)挖掘 機(jī)動(dòng)臂，使整體裝置移動(dòng)至合適位置，再進(jìn)行工作，直至完成一次壓樁。 圖 2 3 手動(dòng)夾樁裝置示意圖 案三 圖 2圖 2圖是我設(shè)計(jì)時(shí)所參考的對(duì)象，至于我為什么選擇此種方案，我將在下一節(jié)中具體說明。在底架的下方有一個(gè)油缸用來夾持樁，它是雙作用推力液壓油缸。油缸的兩頭通過銷和底架兩邊的抓鉸接（如圖 夾樁時(shí)，活塞桿伸出，缸筒向右偏移，夾抓的底部撐開，繞著夾桿中部旋轉(zhuǎn)，直到夾緊樁。壓樁時(shí)，利用挖掘機(jī)斗桿、挖斗油缸力進(jìn)行壓樁。 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 2 4 夾樁壓樁裝置示意圖 圖 2 5 夾樁壓樁裝置 三維 效果圖 樁壓樁機(jī)構(gòu) 方案的確定 這三種方案各有長(zhǎng)短。 方案一，該卸桿器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂，所占空間較小。多處采用焊接結(jié)構(gòu)，制造簡(jiǎn)單。鉆架裝有兩個(gè)夾桿缸，夾桿和夾桿爪通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的圓柱頭內(nèi)六角螺釘連接，底座是一個(gè)對(duì)稱的焊接板結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是張開角度較小，夾樁較小，不適用大型挖掘機(jī)上，不能提供很大的夾樁力。 方案二 是一種全液壓型的夾樁壓樁機(jī)構(gòu)。除了兩個(gè)個(gè)夾樁油缸外，它還含有一個(gè)卸桿油缸。油缸作用的夾持力大，油缸多，鉆桿的受力不均勻，容易使 樁發(fā)生形變，產(chǎn)生破損，而且在安裝時(shí)較麻煩，需要準(zhǔn)確的調(diào)整好各個(gè)油缸的行程，中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以加工及維修。 方案三，從總體來講，這種夾樁壓樁方式所占體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量小，能提供大的夾緊力。該夾樁壓樁裝置只用了一個(gè)夾樁油缸，它的兩端都是通過銷軸和夾桿連接的，結(jié)構(gòu)牢固，夾樁時(shí)，作用力通過夾桿傳遞給夾樁爪，進(jìn)而夾住樁。其缺點(diǎn)是，對(duì)油缸的要求比較高，它要求活塞桿很好的抗彎曲能力。 綜合考慮，我選擇了第三種方案中 夾樁壓樁機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)還有一些獨(dú)特的特點(diǎn)，如圖我通過設(shè)計(jì)上接頭和底架之間用一個(gè)銷軸鏈接，讓底架能在 繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力由油缸提供，設(shè)計(jì)是能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng) 15 度， 在設(shè)計(jì)完這種裝置的平面設(shè)計(jì)后，我 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理學(xué)分析 。 證明 該設(shè)計(jì)是完全可行的。 樁夾樁 壓樁 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 樁底座鉸接位置的確定 夾桿的鉸接位置主要受到如下三個(gè)方面的影響： 樣以來可以減小樁的表面單位面積上的壓力，盡量避免樁發(fā)生塑性形變； 樁爪不能碰到鉆桿，否則會(huì)使損壞樁。 免其發(fā)生彎曲和減少夾樁壓樁裝置的重量。 在此之前，我已 經(jīng)確定好了夾塊和夾桿（它們的外形及尺寸見打印的圖紙）的外形及尺寸，所以它在豎直方向的位置已經(jīng)確定。右下角陰影部分是可以鉆鉸接孔的地方。綜上，選擇距安裝座中心線 80地方，如圖 圖 2架鉸接位置示意圖 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 缸行程的確定 圖中雙點(diǎn)畫線的圓弧是夾桿爪的頂點(diǎn)軌跡，這段圓弧線的圓心角為 14 度由圖可知，它一離開鉆桿之后就不會(huì)再與鉆桿相碰了。卸桿器張開時(shí)，活塞桿縮回，夾桿轉(zhuǎn)過 14度，夾樁爪圓心移動(dòng) 80油缸的行程為： 圖 2樁裝置工作圖 缸給夾桿推力 F 的計(jì)算 圖 2下圖所示，夾桿受到摩擦力 f、夾緊力 。已知 0桿的尺寸是已知的（其詳細(xì)情況見夾桿圖紙），求液壓缸的推力 F？中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 樁受力分析 的摩擦力與壓樁力的計(jì)算 壓（ 2 其中： 壓樁力 壓F=30個(gè)夾樁爪作用給樁的摩擦力： 2爪（ 2 將已知代入得爪f=15 已知鋼與鑄鐵得最大靜摩擦力為 了保證夾樁器夾樁后，壓樁過程中不會(huì)滑動(dòng)，夾樁爪與樁的摩擦系數(shù)應(yīng)該 = 爪爪 （ 2 計(jì)算得 NN 故夾樁器所受得摩擦力與壓力為： 15爪2 50爪（ 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 算油缸的對(duì)夾桿的作用力 由材料力學(xué)知識(shí)可知， 樁 對(duì)夾桿 爪 有兩個(gè)方向的力 桿的受力如圖 2 當(dāng)夾樁器夾住樁時(shí)，樁是靜止的，以點(diǎn) 據(jù)力矩平衡知識(shí)可得下式： co （ 2 其中： 80a r c s in0 將已知數(shù)據(jù)代入式中，求得： 故 222 樁壓樁機(jī)構(gòu) 部分零部件的設(shè)計(jì) 裝座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了能直觀的看清安裝座 的結(jié)構(gòu)我 出了其立體圖，它的具體尺寸可以觀看附帶的安裝座圖紙。圖 2 設(shè)計(jì)安裝座的關(guān)鍵是確定好圖示的兩個(gè)凸臺(tái)和四個(gè)孔的位置，這些孔是在安裝座整體焊接好后，再在鏜床上鏜出來的。安裝座上部的兩個(gè)孔的中心位置在設(shè)計(jì)夾桿的底部鉸接位置時(shí)就已經(jīng)確定。安裝座底部的孔的位置，在圖紙上有詳細(xì)的標(biāo)注。在設(shè)計(jì)安裝座時(shí)，我曾經(jīng)想在底架上把板一塊一塊地焊接上去，后來老師指導(dǎo)，經(jīng)過幾次修改，最后把安裝座設(shè)計(jì)成圖 圖 2裝底座 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 接頭的 設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)接頭起著連接挖掘機(jī)機(jī)斗桿和 夾樁壓樁機(jī)構(gòu) 的作用，本來我想把工作裝置和轉(zhuǎn)接頭作為一體，但為了適用不同的挖掘機(jī)，提高適用性。根據(jù) 挖掘機(jī)的斗桿的尺寸，我設(shè)計(jì)了如圖的接頭，為焊接結(jié)構(gòu)，具體技術(shù)要求在附圖紙中，通過銷軸連接挖掘機(jī)斗桿，其與轉(zhuǎn)動(dòng)接頭由六個(gè) 圖 2轉(zhuǎn)接頭 動(dòng)接頭的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)動(dòng)接頭的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)是銷軸的設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)動(dòng)油缸的安裝位置，由前面的設(shè)計(jì)知下底座能繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng) 30 度，經(jīng)過計(jì)算，轉(zhuǎn)動(dòng)油缸的安裝位置確定為如圖的形式，具體尺寸見附圖紙中 ， 圖 2接頭 樁爪的設(shè)計(jì) 夾樁爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是保證夾持強(qiáng)度的保證， 且保持整個(gè) 夾樁 爪重量 輕，所以我設(shè)計(jì)如圖 2結(jié)構(gòu)，兩個(gè)夾桿 成對(duì)稱分布圓形爪的兩側(cè)，在不影響強(qiáng)中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 度的前提下，中間去掉一部分，確定如下結(jié)構(gòu)。 圖 2樁爪 各部件體積、質(zhì)量等的計(jì)算 各部件的體積、質(zhì)量等都是用 圖 3部件計(jì)算流程圖 經(jīng)過以上運(yùn)算后得就可以得到各個(gè)部 件的體積和質(zhì)量，具體見附圖紙。 編輯、設(shè)置 鉆桿尺寸和質(zhì)量屬性 密度 = 噸 / 毫米 3 生成報(bào)告 體積、曲面面積、質(zhì)量等 進(jìn)入窗口 退出 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 軸的擠壓與剪切強(qiáng)度校核 在夾樁器中有兩種銷軸，它們的材料都是一樣的，都是 40是長(zhǎng)度不同。和活塞桿鉸接的銷軸的公稱長(zhǎng)度為 210桿和底座耳環(huán)鉸接的銷軸的公稱長(zhǎng)度為 320 2的具體尺寸見銷軸的平面圖。 圖 2軸 擠壓強(qiáng)度校核： s b （ 2 示銷軸的擠壓應(yīng)力， 銷軸的許用擠壓應(yīng)力， 表示擠壓面上傳遞的（擠壓力），中： 785 5 2 3 . 3 31 . 5 式中安全系數(shù) 4 0 0 0405022 式 中 l、 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 2銷軸受力圖 由公式（ 2算得： M P 剪切強(qiáng)度得校核： （ 2 表示銷軸剪切應(yīng)力， 表示銷軸的許用剪切應(yīng)力， 示剪力 ， A 表示剪切面面積。其中： 785 1575s M P 式中安全系數(shù) S=5， ， 222 將已知條件代入公式（ 2： M P a 157 綜上有，該銷軸滿足擠壓與剪切強(qiáng)度要求。 由于油缸尾部鉸接 的銷軸所受的力與 F 差不多大（假設(shè)不記摩擦力，則他們是大小相等的），而且其擠壓面積比 24000 ，剪切面積 23 9 2 7 m m 故這個(gè)銷軸也滿足擠壓與剪切強(qiáng)度要求。 前面已經(jīng)校核過一個(gè)銷軸，在這里就只寫主要內(nèi)容。其中 0 ，5 擠壓強(qiáng)度校核： 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 （ 2中： ， 24 2 0 0356022 將已知代入公式（ 2： M P 剪切強(qiáng)度得校核： （ 2中： 222 將已知代入公式（ 2： 綜上有，該銷軸滿足擠壓與剪切強(qiáng)度要求。 同理，按前面校核銷軸的方法校核，這里只寫計(jì)算結(jié)果。其中 0 ，5 。 擠壓強(qiáng)度校核： （ 2中： ， 23 5 0 0355022 將已知代入公式（ 2： M P 3 剪切強(qiáng)度得校核： （ 2中： 222 將已知代入公式（ 2： 綜上有，該銷軸滿足擠壓與剪切強(qiáng)度要求。 中南大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第 3 章 油缸設(shè)計(jì) 壓原理 設(shè)計(jì) 如圖 挖掘機(jī)夾樁壓樁機(jī)構(gòu)液壓原理圖，由換向閥 4控制壓樁油缸的伸縮，換向閥 5控制傾斜液壓缸的