畢業(yè)設(shè)計基于ADAMS的液壓挖掘機工作裝置的模擬仿真分析全套

1、1 緒論1.1液壓挖掘機發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1挖掘機的發(fā)展概況挖掘機械的最早雛形，遠在十六世紀于意大利威尼斯用于運河的疏浚工作。隨著工業(yè)發(fā)展，科學技術(shù)的進步，單斗挖掘機也由于新技術(shù)、新工藝的采用而不斷地發(fā)展改進,但它的基本工作原理至今未變。動力裝置以及控制方式的不斷革新，基本上反映了挖掘機發(fā)展的以下幾個階段：1.蒸汽機驅(qū)動的挖掘機，從發(fā)明到廣泛應(yīng)用，大約經(jīng)歷了100年。當時主要用于開挖運河和修建鐵路。結(jié)構(gòu)型式由軌道行走的半回轉(zhuǎn)式，發(fā)展到履帶行走的全回轉(zhuǎn)式。2.挖掘機傳動型式的液壓化，是挖掘機由機械傳動型式的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的一次躍進。隨著液壓傳動技術(shù)的迅速發(fā)展，四十年代至五十年代初挖掘機開始

2、應(yīng)用于液壓傳動，并且由半液壓發(fā)展到全液壓傳動。產(chǎn)量日益增長，六十年代初期液壓挖掘機產(chǎn)量占挖掘機總產(chǎn)量的15%，發(fā)展到七十年代初期占總產(chǎn)量90%左右，近年來，西歐市場出售的挖掘機幾乎己全部采用液壓傳動。與此同時，斗輪挖掘機、輪斗挖溝機等工作裝置和臂架升降等部分也采用了液壓傳動。大型礦用挖掘機在基本傳動型式不變的情況下，其工作裝置也改為液壓驅(qū)動。3.控制方式的不斷革新，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控。最近又出現(xiàn)了電子計算機綜合程序控制，控制人員可在遠離施工現(xiàn)場的集中控制室內(nèi)通過工業(yè)電視監(jiān)視數(shù)臺挖掘機工作。1.1.2液壓挖掘機的發(fā)展趨勢液壓挖掘機

3、在工業(yè)與民用建筑、道路建設(shè)、水力、礦山、市政工程等土石施工中均占有重要位置。并反映了這些部門的施工機械化水平。是交通運輸、能源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)以及國防施工等各項工程建設(shè)的重要施工設(shè)備，是國民經(jīng)濟建設(shè)迫切需要的裝備。重視和加速挖掘機改進創(chuàng)新，穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需求，對加速現(xiàn)代化工程建設(shè)有著重大的意義。一.液壓挖掘機國外發(fā)展現(xiàn)狀液壓挖掘機的生產(chǎn)水平反映機械化施工的水平和能力。國外，特別是西歐幾個國家從50年代開始研制液壓挖掘機，到60年代中小型液壓挖掘機已成批生產(chǎn);70年代初液壓挖掘機斗容己發(fā)展到8m3，開始進入礦山開采;80年代大型液壓挖掘機技術(shù)已成熟，生產(chǎn)斗容16-35 m3，機重達65

4、0t。目前國外已停止斗容在8m3以下機械挖掘機的生產(chǎn)，斗容大于16m3的液壓挖掘機是機械挖掘機的強大競爭對手。國外各制造公司正在研制微機控制的智能化液壓挖掘機，并有所突破。建筑和礦用液壓挖掘機的銷售量在機械設(shè)備市場上占有顯著的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，1990年建筑和礦用設(shè)備在全球銷售額約為450億美元，而液壓挖掘機的銷售額以100億美元高居榜首。據(jù)推測，大型和微型液壓挖掘機年增長率分別為24%和35%。1990年全世界建筑和礦用液壓挖掘機(履帶式)的產(chǎn)量已達9.23萬臺，其中76%是日本生產(chǎn)的，歐洲產(chǎn)量占有17%。近年來，大型液壓挖掘機越來越多地占領(lǐng)了機械挖掘機的市場。液壓挖掘機逐步取代機械式挖掘

5、機是必然的趨勢。二.液壓挖掘機國內(nèi)發(fā)展概況我國從1958年開始研制液壓挖掘機，逐步形成了1-2.5m3小型液壓挖掘機系列，具有一定生產(chǎn)規(guī)模，斗容1-7.5m3，的液壓挖掘機年產(chǎn)量超過1000臺。1983年以后采用引進技術(shù)方式進行生產(chǎn)，加快了液壓挖掘機的發(fā)展，上海建筑機械廠按德國利伯赫爾公司許可證生產(chǎn)了R942，相繼又生產(chǎn)了R962、R972、R982等液壓挖掘機。杭州重機廠與德國德馬克公司合作生產(chǎn)H55和H85等液壓挖掘機。太原重型機器廠與德馬克公司合作生產(chǎn)H121型液壓挖掘機。北京建筑機械廠引進德國0&K公司制造技術(shù)生產(chǎn)HR6型液壓挖掘機。所有這些與國外合作生產(chǎn)德液壓挖掘機比國內(nèi)現(xiàn)用

6、的液壓挖掘機生產(chǎn)效率高25%、機重輕10%。國產(chǎn)化率逐年提高，設(shè)備利用率為90%。長江挖掘機廠在引進國外技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)斗容1.62.5m3的WY160型液壓挖掘機，采用Deutz公司柴油機、Mannemsnan公司減速機和液壓元件。裝有正鏟、反鏟、梅花抓斗等多種工作裝置。天津工程機械研究所與泰安工程機械廠生產(chǎn)的腳32型液壓挖掘機，機重32t于1993年8月通過鑒定。該機結(jié)構(gòu)緊湊、機動靈活、生產(chǎn)效率高。能充分利用發(fā)動機功率、節(jié)能效果好。但目前國產(chǎn)液壓挖掘機數(shù)量少，多為斗容2.5m3以下的小型設(shè)備，中型設(shè)備較少，大型設(shè)備在我國尚屬空白。從品種、規(guī)格、數(shù)量上滿足不了國內(nèi)市場需要。從產(chǎn)品技術(shù)水平、可

7、靠性、制造質(zhì)量與國外液壓挖掘有較大差距。對于大中型液壓挖掘機尚處于經(jīng)驗設(shè)計階段。試驗研究工作薄弱，短期內(nèi)難以完成設(shè)計開發(fā)工作。柴油機、液壓和密封元件等配套件的質(zhì)量和可靠性差，使用壽命短。高強度的原材料缺乏，制造技術(shù)落后，裝備水平低。計算機技術(shù)在液壓挖掘機上應(yīng)用正在研制過程中。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)較多:如履帶行走裝置中履帶板和鏈軌節(jié)的軋制和模鍛技術(shù);支重輪、托輪均采用浮動密封，其制造技術(shù)、耐磨技術(shù)和密封技術(shù);鏟斗設(shè)計合理性、耐磨性以及高強度鋼板焊接技術(shù);液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計技術(shù)、大尺寸高壓油缸的制造技術(shù);電子監(jiān)控與檢測技術(shù);整機性能參數(shù)的測試技術(shù)，大型結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量控制與制造技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技

8、術(shù)靠自行研制和測繪仿制勢必曠日持久，滿足不了國民經(jīng)濟重點工程發(fā)展的需要?？v觀我國液壓挖掘機30余年的發(fā)展歷史，大致可以分成以下幾個階段:1開發(fā)階段(1967年1977年)。以測繪仿制為主的開發(fā)，通過多年堅持不懈的努力，克服一個一個的困難，有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機終于獲得初步成功，為我國挖掘機行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。2.液壓挖掘機發(fā)展、提高并全面替代機械挖掘機階段(19781986年)。這個階段通過各主機生產(chǎn)廠引進技術(shù)(主要是德國挖掘機制造技術(shù))的消化、吸收和移植，使我國液壓挖掘機產(chǎn)品的性能指標全面提高到國際70年代末80年代初期的水平。全國液壓挖掘機平均年產(chǎn)量達到1230臺。3.液

9、壓挖掘機生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加，新加入挖掘機行業(yè)的國有大、中型企業(yè)以技貿(mào)結(jié)合，合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進日本挖掘機制造技術(shù)(1987年1993年)。由于國內(nèi)對挖掘機需求量的不斷提高，新加入挖掘機行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進挖掘機制造技術(shù)，其產(chǎn)品批量或小批量的投放國內(nèi)市場或出口，打破了多年來主要由六大家挖掘機生產(chǎn)企業(yè)壟斷國內(nèi)挖掘機市場的局面，引進了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競爭。這個期間國內(nèi)液壓挖掘機的年均產(chǎn)量提高到2000余臺。4.國內(nèi)液壓挖掘機供需矛盾日益擴大，廣大用戶為了提高施工質(zhì)量和按期完成施工任務(wù)，對使用高質(zhì)量、高水平、高效率挖掘機的興趣日趨濃厚。國外各著名挖掘機制造廠商紛紛前來中國創(chuàng)辦合資

10、、獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)(1994至今)。從1994年開始，特別到1995年在我國挖掘機行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國卡特彼勒公司率先在徐州金山橋開發(fā)區(qū)建立了生產(chǎn)液壓挖掘機的合資企業(yè)，隨后日本小松制作所、日立建機株式會社、神戶制鋼所、韓國大宇重工業(yè)、現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾公司等都相繼在中國建立了合資、獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機。三.挖掘機開發(fā)重點方向當前液壓挖掘機的研制和改進，主要著眼于：1發(fā)動機功率的充分有效利用，通過各種途徑使機械多做有效的功，其中包括動力裝置與液壓系統(tǒng)的最佳匹配，傳動效率的提高，回轉(zhuǎn)機構(gòu)功率的回收，高效液壓系統(tǒng)(如恒壓恒功

11、率調(diào)節(jié)等)的研究等。2鏟斗挖掘力的充分發(fā)揮，挖掘力大小和有效作用范圍是衡量各種液壓挖掘機工作能力的重要指標，大型礦用反鏟挖掘機更為重要，目前是通過工作裝置鉸點最佳位置，采用高壓與超高壓技術(shù)，提高整機穩(wěn)定性和采用隨動機構(gòu)使鏟斗隨動做恒角切削等方面進行研究。根據(jù)上述發(fā)展要求，新研制的液壓挖掘機在整機、工作裝置、液壓系統(tǒng)與元件、行走裝置、操縱系統(tǒng)和材料作用等方面有很多發(fā)展動向，下面主要談一下前兩個方面的內(nèi)容:(1)整機液壓挖掘機的整機發(fā)展，趨向于大型化、微型化、多能化和專用化。大型礦用全液壓挖掘機在短短幾年內(nèi)已由100噸發(fā)展到420噸級，功率提高到2352馬力，斗容達30米，目前發(fā)展仍是方興未艾。大

12、型機的特征是動力源采用兩臺或多臺柴油機聯(lián)合驅(qū)動，采用了節(jié)省能源、回收功率和積蓄能等功率有效利用的措施。結(jié)合城市建設(shè)和農(nóng)村建筑的需要，國外發(fā)展了微型挖掘機，斗容量一般在0.25米以下，最小的達0.01米。微型機的特點是結(jié)構(gòu)簡單，輕便靈活，零部件盡量提高標準化程度。數(shù)量最龐大的中型機和小型機趨于一機多能的途徑，有的國家統(tǒng)計，非建筑用的中、小型機已占30%左右，主要是在冶金工業(yè)和林業(yè)中作物料裝卸和其他用途。中型機和小型機的特點是發(fā)展多種專業(yè)裝置進行不同的作業(yè)(也有通過液壓接頭，帶動裝在工作裝置旁的油馬達，驅(qū)動另一輸送設(shè)備)，不斷提高性能，貫徹三化和提高單位機重的功率等。發(fā)展專門用途的特種挖掘機，可以

13、提高工作效率，解決特殊施工困難，例如，目前發(fā)展有步履式、履帶低壓式、低噪音、水下專用、水陸兩用等品種。配合水下資源的開發(fā)，對水下專用挖掘機更較重視，開展了無線電遙控、電液遙控和同步顯示控制技術(shù)在水下挖掘機中應(yīng)用的研究。(2)工作裝置液壓工作裝置的型式進一步擴大，除了常用的正鏟、反鏟以外，發(fā)展了起重、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、沖擊工具、集裝叉、高空作業(yè)架、絞盤與拉鏟等幾十種品種。工作裝置的更換快速而簡便，甚至在司機室內(nèi)按動電鈕，幾秒鐘即可換好，并且通過挖掘過程的研究，來控制工作裝置的挖掘軌跡。目前正在研究連桿式、仿形式、套筒伸縮式、斗桿追隨式和具有運算輸入裝置的軌跡控制裝置。展望未來，液壓挖掘機的進一步發(fā)展，可以設(shè)想為:1.提高功率與機重的比率，這是最關(guān)鍵的內(nèi)容。采用特種高強度鋼材，設(shè)計重量輕、強度高的挖掘機，并用優(yōu)化設(shè)計方法達到機械各項指標的均衡。2.鏟斗和斗齒引用振動技術(shù)，不用強力而增大貫入性，加大斗容量。礦用挖掘機具有特種裝置，可以直接開挖一般礦石，而毋需爆破。采用功率可調(diào)的激光裝置進行挖掘。3.用燃氣輪機取代活塞