基于solidworks的液压挖掘机手臂的建模与仿真本科毕业论文.doc
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1、1 河南科技学院新科学院河南科技学院新科学院 2015 届本科毕业论文(设届本科毕业论文(设 计)计) 基于基于 SolidWorks 的液压挖掘机手臂的三维建模及运动仿真的液压挖掘机手臂的三维建模及运动仿真 学生姓名:学生姓名: 仝绪锋仝绪锋 所在院系:所在院系:新科学院机械工程系新科学院机械工程系 所学专业:所学专业:机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 导师姓名:导师姓名: 丛晓霞丛晓霞 武民武民 完成时间:完成时间: 2015 年年 5 月月 1 号号 2 液压挖掘机手臂的液压挖掘机手臂的三维建模及运动分析三维建模及运动分析 摘摘 要要 液液压压挖掘机是工程机械的重要品种之一,
2、深受广大施工挖掘机是工程机械的重要品种之一,深受广大施工单单位的喜位的喜爱爱和青和青睐睐, , 本本论论文通文通过对过对液液压压挖掘机工作状况和工作装置挖掘机工作状况和工作装置进进行分析,首先行分析,首先对对液液压压挖掘机研挖掘机研 究意究意义义和和发发展状况展状况进进行行综综合合论论述,从而述,从而论论述其述其对对挖掘机研究的重要性和了解其挖掘机研究的重要性和了解其 未来未来发发展展趋势趋势, ,为为我国挖掘机的更新我国挖掘机的更新换换代提供几点建代提供几点建议议,其次,其次对对液液压压挖掘机的工挖掘机的工 作特点作特点进进行分析,行分析,对对挖掘机作挖掘机作业业工况工况进进行分析,从而全面
3、了解液行分析,从而全面了解液压压挖掘机的状况挖掘机的状况 和影响其工作性能的因素,运用和影响其工作性能的因素,运用 Solidworks 软软件件对对液液压压挖掘机主要机构挖掘机主要机构进进行三行三 维维建模和虚建模和虚拟拟仿真,建立液仿真,建立液压压挖掘机主要挖掘机主要结结构:构:铲铲斗、斗杆和斗、斗杆和动动臂的三臂的三维维模型模型图图 并并进进行了行了论论述分析述分析。本。本论论文文为为提高液提高液压压挖掘机的挖掘机的稳稳定平衡和生定平衡和生产产效率提供理效率提供理论论 依据。依据。 关关键词键词:液:液压压挖掘机,三挖掘机,三维维建模,运建模,运动动仿真仿真 3 Hydraulic pr
4、essure excavator three dimensional modelling and movement analysis Abstract The hydraulic pressure excavator is one of project machinery important varieties, deeply the general constructions affection and the favor, the present paper through carries on to the hydraulic pressure excavator working con
5、dition and the work installment the analysis, first carries on the synthesis elaboration to the hydraulic pressure excavator research significance and the development condition, thus elaborates it the importance which studies to the excavator and understood its future trend of development, will prov
6、ide several suggestions for our country excavator renewal, next will carry on the analysis to the hydraulic pressure excavator work characteristic, will carry on the analysis to the excavator work operating mode, thus understood comprehensively the hydraulic pressure excavator the condition and will
7、 affect its operating performance the factor, will carry on the three dimensional modelling and the hypothesized simulation using the Solidworks software to the hydraulic pressure excavator main organizationEstablishes the hydraulic pressure excavator main structure: The scoop, the bucket arm and mo
8、ved the arm the three dimensional molded relief map and have carried on the elaboration analysis。The present paper for enhances the hydraulic pressure excavator the equilibrium and the production efficiency provides the theory basis Keywords: Hydraulic pressure excavator; Three dimensional modelling
9、; Movement simulation 4 目目 录录 绪论绪论.5 1 液液压压挖掘机挖掘机论论述述5 1.1 挖掘机发展背景5 1.2 课题的研究意义6 1.3 国内外发展状况6 1.4 软件介绍7 1.5 课题的主要内容8 2.液液压压挖掘机工作装置与工况分析挖掘机工作装置与工况分析.8 2.1 液压挖掘机的作业过程8 2.2 液压挖掘机工作装置的设计原则9 2.3 工作装置的典型工况分析11 3 液液压压挖掘机的三挖掘机的三维维建模建模13 3.1 铲斗14 3.2 斗杆15 3.3 动臂15 3.4 其他零部件16 3.4 三维建模18 4 液液压压挖掘机的模型的建立挖掘机的模型
10、的建立19 5 运动仿真19 6 结论结论.20 参考文献参考文献20 致致 谢谢21 5 绪论绪论 1 液液压压挖掘机挖掘机论论述述 液压挖掘机在现实中有着广泛的用途,它广泛应用于民用与工业建筑、水利 施工、交通运输、军事工程等机械施工中,它为减轻工人沉重的体力劳动,确保 工程质量,加快建设进度以及提高工作效率和加快国民经济的发展方面起到了 巨大的作用。液压挖掘机采用容积式液压静压传动,它传动平稳,加速性能好, 结构简单,操作方便省力,易于实现自动化管理等特点,因此被广泛应用于各个 方面,受到建筑施工部门的青睐。我们要提高液压挖掘机的工作效率和工作性能, 大力加快液压挖掘机的更新换代,使我国
11、的液压挖掘机处于世界领先地位。 1.1 挖掘机挖掘机发发展背景展背景 液压挖掘机是用途最广泛的工程机械之一,目前被广泛应用于建筑工程、水 利工程、现代化军事工程等机械施工中。第一台挖掘机械是 1796 年英国人发明 的,1950 年,世界第一台全液压挖掘机在德国诞生,期间经历了蒸汽驱动,电力 驱动和内燃机驱动等多种驱动方式。从 20 世纪 60 年代起,液压挖掘机进入了推 广和蓬勃发展时期。我国从 1967 年开始自主研制液压挖掘机,成功开发的产品 有 WY100、W4-60 等。近年来,我国经济大力发展,经济增长迅速,液压挖掘机 市场需求不断增大,我们要不断改进和提高挖掘机产品性能,使之达到
12、世界先进 水平。则图 1-1 所示即为最常见的液压挖掘机。 6 图图 1-1 液液压压挖掘机挖掘机 液压挖掘机最通用和常见的结构形式是铰链式工作装置,它的工作装置主要 由动臂、斗杆和铲斗等主要结构用铰链连接在一起,它是一种多杆机构,各杆 件系统围绕铰点转动,在油缸的作用下来实现各种位置的运动。动力元件使整个 挖掘机液压系统的重要部分,它将原动机的机械能转化为液体的压力能,为整个 工作过程提供动动力。控制元件即各种液压阀在液压系统中控制和调节液体的 压力、方向和流速。辅助元件有油箱、油管、压力表、滤油器等等。液压油有各种 矿物油,乳化油和各种合成液压油等几类。 1.2 课题课题的研究意的研究意义
13、义 随着社会的不断发展,我国的基础建设项目不断增多,大力提高人们生活水 平,加快建设步伐,人们对工程机械的需求量不断增大,挖掘机的市场需求也随 着提高。工业发达国家研究开发液压挖掘机起步早,生产技术比较成熟,占有大 部分市场,我国机械制造业起步较晚,且设计和制造水平远远低于发达国家,液 压挖掘机市场被合资企业和外资企业所垄断。目前我国液压挖掘机正处于仿制 阶段,缺乏自主开发和研制能力,但在品种、性能、质量方面与国外相比仍有较 大差距。而液压挖掘机工作装置中的动臂、斗杆等属于结构件,在挖掘过程中载 重过重,使用频繁,容易出现变形,损坏;挖掘机的斗齿、销轴、侧齿等部位容易 出现磨损;国外正在向自动
14、化、智能化、多功能化、专用化方向发展,为了使加快 我国的液压挖掘机的更新换代进程,把我国液压挖掘机做大做强,对液压挖掘机 的研究就变得越来越重要了。本研究为液压挖掘机的工作装置的设计和改进提 供了理论基础,这对使我国液压挖掘机得到进一步发展和改进,推动我国挖掘机 行业快速发展起到了十分重要的意义。 1.3 国内外国内外发发展状况展状况 工业发达国家对液压挖掘机的研究和生产起步早,技术成熟。美国、日本、 和德国是液压挖掘机得主要生产国,在国际市场上占有较大的市场。目前,国际 上液压挖掘机的生产正向专业化、智能化、多能化和专用化的方向发展。我国机 械制造化工业水平起步晚,自主创新能力低下,我国要加
15、快液压挖掘机行业的发 展。国外挖掘机行业向大型化、微型化方向发展,重视采用虚拟设计技术和计算 机仿真技术,加快了向现代化、标准化、系列化、通用化发展的步伐。美国、日本、 德国是斗容量 3.54.0 立方米的单斗液压挖掘机的主要生产国。我国大部分控制 系统在数字化、智能化、自主化方面与国外仍有较大的差距,机电一体化是液压 挖掘机得必然发展趋势,为了改变我国国内液压挖掘机行业的现状,各大公司近 年来开发了许多新产品,引进了国外的一些具有国际先进水平的挖掘机型号。从 7 国内外发展状况来看,液压挖掘机有以下发展趋势: (1)液压挖掘机的大型化和微型化。大型液压挖掘机的代表作品有小松的 PC8000、
16、三菱的 MS1600、卡特彼勒的 5130 等铲斗容量为 40 立方米。为了满足 建筑需要,国外还发展研究了斗容量在 0.25 立方米以下的微型液压挖掘机。例如 有美国卡特彼勒开发出来的 302.5 微型挖掘机。 (2)开发液压挖掘机的多功能性、多品种、高质量、高效率。 (3)不断提高液压挖掘机的安全性、舒适性和可靠性。加强对驾驶员的保护性, 使之安全得以保障,改善驾驶员的劳动条件。 (4)液压挖掘机的节能性。进一步提高液压系统的能量转换效率,节约液压挖 掘机的能量消耗,使其消耗降到最低而不影响液压挖掘机的工作效率。 (5)迅速发展智能化液压挖掘机,使之能够完成些自动、半自动操作。对驾驶 员的
17、要求降低,但工作质量和效率将大幅度提高。 (6)配备先进的检测系统,重视电子技术、信息技术。重视机电一体化技术在 液压挖掘机上的应用,使其得到更好的控制,为液压挖掘机的发展提供了新的方 法,使我国液压挖掘机更适应时代的发展,使其得到进一步的发展。 1.4 软软件介件介绍绍 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统, SolidWorks 软件简单易用,深受广大设计师的喜爱和青睐。它大大缩短了设计师 的设计时间和其准确性,它使专业从事三维机械设计和工程分析的人们更方便 和准确,大大提高了其工作效率。 SolidWorks 软件的应用越来越广泛,它涉及
18、到 各个方面和领域,如教学、机械设计和建筑工程分析等各个领域。目前使用 SolidWorks 的人们注册用户已达 30 余万人,未来也将越来越多。它越来越多的 使用率将在全球的软件市场上占用无比重要的位置。 SolidWorks 拥有十分强大的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级 抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修 改,用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草 图路径,或为管道、电缆、线和管线生成路径。 软件功能强大,组件繁多。 Solidworks 提供了一套完整的动态界面和鼠标拖动,大大减少了界面的零乱,而 且操作简单、
19、界面直观,使之得到广大设计师的喜欢和亲睐。 。本设计液压挖掘机 的三维建模过程及结构分析的云图都是用 Solidworks 完成的。 1.5 课题课题的主要内容的主要内容 文中通过对液压挖掘机工作作业状况进行分析,对其典型工作状况研究和 8 分析,应用 SolidWorks 软件对液压挖掘机主要工作装置机构:动臂、斗杆和铲斗 进行三维建模和挖掘机机械手臂进行运动仿真。 (1)完成液压挖掘机的结构和工况分析; (2)液压挖掘机主要组成部件的三维建模; (3)液压挖掘机的虚拟装配; (4)液压挖掘机的运动仿真。 2.液液压压挖掘机工作装置与工况分析挖掘机工作装置与工况分析 首先分析液压挖掘机的作业
20、过程和设计要求,在图书馆查找相关资料对挖 掘机的工作装置和典型工况进行分析。 2.1 液液压压挖掘机的作挖掘机的作业过业过程程 液压挖掘机(如图 2-1 所示)的作业是通过操纵系统来完成挖掘作业中的各个 动作的操作,操作系统是整个作业过程的运动中枢。液压挖掘机的作业过程过包 括以下几个动作:动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它 辅助动作。除了辅助动作(例如整机转向等)不需全功率驱动以外,其它都是液压 挖掘机的主要动作,要考虑全功率驱动。 图图2-1 液液压压挖掘机二挖掘机二维图维图 液压挖掘机的作业是一个往复循环过程,它的工作装置采用连杆机构原理, 各部分的运动通过液压缸的
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- 基于 solidworks 液压 挖掘机 手臂 建模 仿真 本科 毕业论文
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