2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  機械設(shè)計說明書</b></p><p>  設(shè)計題目:反鏟挖掘機工作裝置設(shè)計</p><p><b>  姓 名: </b></p><p><b>  學(xué) 號:</b></p><p><b>  班 級: </b><

2、/p><p><b>  指導(dǎo)老師: </b></p><p><b>  摘 要</b></p><p>  挖掘機被稱為機械之王,在國家建設(shè)中起到舉足輕重的作用。反鏟式挖掘機是我們見過最常見的。</p><p>  本文首先分析了反鏟挖掘機執(zhí)行機構(gòu)的工作原理,畫出了它的機構(gòu)運動簡圖并計算出了機構(gòu)自由

3、度,并給出了其運動線圖,然后運用連桿機構(gòu)綜合的方法,通過把整個執(zhí)行機構(gòu)分為幾個小的連桿機構(gòu),再分別分析它們在最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大卸載高度、最大挖掘半徑和最大挖掘力情況下所處的機構(gòu)位置關(guān)系,利用AutoCAD畫出其機構(gòu)計算簡圖,運用正弦定理、余弦定理及一些經(jīng)驗公式計算出了執(zhí)行機構(gòu)的各個桿件的長度和必要的角度,然后利用這些數(shù)據(jù),通過Pro/E建立了反鏟挖掘機的三維模型,裝配后導(dǎo)入SolidWorks并進行了運動仿真,輸出了其速度

4、線圖、位移線圖、加速度線圖,通過這些圖形有效驗證了前面所求出的各個桿件長度的合理性。</p><p>  本文最大的特點在于把執(zhí)行機構(gòu)分解成幾個小構(gòu)件,通過運用數(shù)學(xué)定理和經(jīng)驗公式,成功的把復(fù)雜的計算簡單化,逐步計算出了執(zhí)行機構(gòu)的桿件長度。</p><p>  關(guān)鍵字:自由度、連桿機構(gòu)綜合、三維建模、運動仿真</p><p>  一、機械原理設(shè)計任務(wù)書</p&g

5、t;<p>  設(shè)計題目: 反鏟液壓挖掘機工作裝置設(shè)計 </p><p><b>  1.1設(shè)計題目簡介</b></p><p>  反鏟式是我們見過最常見的,向后向下,強制切土。可以用于停機作業(yè)面以下的挖掘,基本作業(yè)方式有:溝端挖掘、溝側(cè)挖掘、直線挖掘、曲線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖掘和溝坡挖掘等。反鏟裝置是液壓挖掘機重要的工作裝置,是一種適

6、用于成批或中小批量生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運和操作設(shè)備,它可用于操作環(huán)境惡劣,勞動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。</p><p><b>  設(shè)計數(shù)據(jù)與要求:</b></p><p><b>  1.2設(shè)計任務(wù)</b></p><p>  1、繪制挖掘機工作機構(gòu)的運動簡圖,確定機構(gòu)的自由度,對其驅(qū)動油缸在幾種工況

7、下的運動繪制運動線圖;</p><p>  2、根據(jù)所提供的工作參數(shù),對挖掘機工作機構(gòu)進行尺度綜合,確定工作機構(gòu)各個桿件的長度;</p><p>  3、用軟件(VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可)對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真,并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。</p><p>  4、 編寫設(shè)計計算說明書,其中應(yīng)包括設(shè)計思路、計

8、算及運動模型建立過程以及效果分析等。</p><p>  5、在機械基礎(chǔ)實驗室應(yīng)用機構(gòu)綜合實驗裝置驗證設(shè)計方案的可行性。</p><p>  二、液壓挖掘機的簡介及工作原理</p><p><b>  2.1挖掘機的類型</b></p><p>  挖掘機械的類型與構(gòu)造形式繁多,可按照挖掘工作原理與過程、用途、構(gòu)造特征進

9、行劃分。</p><p>  按照用于,單斗挖掘機分為:建筑型、采礦型和剝離型等。建筑型挖掘機一般可裝置各種不同的工作裝置,進行多種作業(yè),故又稱通用式。</p><p>  按照動力裝置,挖掘機有電驅(qū)動、內(nèi)燃機驅(qū)動和符合驅(qū)動等,以一臺發(fā)動機帶支挖掘機全部機構(gòu)為單機驅(qū)動式,以若干發(fā)動機分別帶動各個主要機構(gòu)為多驅(qū)動式。</p><p>  按照傳動方式,挖掘機分為機械傳

10、動式、液壓傳動式和混合傳動式。</p><p>  挖掘機的行走裝置型式有:履帶式、輪胎式、汽車式、步行式、軌道式、拖式等。</p><p>  單斗挖掘機工作裝置的型式很多,常用的基本型式,對于機械挖掘機有:正鏟、反鏟、拉鏟和起重吊鉤等。</p><p>  2.2液壓挖掘機的基本組成和工作原理</p><p>  液壓挖掘機的種類很多,單

11、斗液壓挖掘機算是其中一個代表,如圖1-4。單斗挖掘機是一種采用液壓傳動并以一個鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械。它是在機械傳動單斗挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,是目前挖掘機中重要的品種。它的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi),斗裝滿后提升,回轉(zhuǎn)至卸土的位置進行卸土,卸空后鏟斗再回轉(zhuǎn)并下降到挖掘面進行下一次挖掘。當挖掘機挖完一段土后,機械移位,以便繼續(xù)工作,因此,是一種周期作業(yè)的自行式土方機械。</p><p>  

12、2.2.1單斗反鏟液壓挖掘機的基本組成</p><p>  單斗液壓挖掘機為了實現(xiàn)以上周期工作,液壓挖掘機必須有以下基本結(jié)構(gòu):工作裝置、回旋機構(gòu)、傳動裝置(液壓部分)、操作裝置、行走裝置等。</p><p>  單斗液壓挖掘機基本組成:由轉(zhuǎn)臺及轉(zhuǎn)臺上部的結(jié)構(gòu)、底架及行走系、工作裝置等三大部分組成。</p><p>  回轉(zhuǎn)平臺:由回轉(zhuǎn)平臺、液壓傳動裝置、伺服操縱裝置

13、、動力裝置、司機室、空調(diào)系統(tǒng)、電器系統(tǒng)等組成。 </p><p>  工作裝置:由動臂、斗桿、鏟斗、連桿、搖桿、油缸等組成。</p><p>  行走裝置:由車架、支重輪、托鏈輪、導(dǎo)向輪、張緊裝置、履帶、行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)接頭等組成 。 </p><p>  動作(五個動作及其復(fù)合)——動臂升降、斗柄轉(zhuǎn)動、挖斗轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)及行走。</p><

14、;p>  2.2.2單斗反鏟液壓挖掘機的工作原理</p><p>  反鏟式挖掘機是最常見的挖掘機一種,廣泛用于建筑領(lǐng)域,主要用于平整路面、深挖基坑等。反鏟裝置是中小型液壓挖掘機的主要工作裝置,液壓挖掘機反鏟裝置由動臂、斗桿、鏟斗以及動臂液壓缸、斗桿液壓缸、液壓缸和連桿機構(gòu)等組成。其構(gòu)造特點是各部件之間的聯(lián)系全部采用鉸接,通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。</p><p>

15、  反鏟液壓挖掘機的工作原理采用連桿機構(gòu)原理,而各部分的運動則通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。</p><p>  圖1所示為液壓挖掘機最常用的工作裝置——反鏟裝置。它由鏟斗1、斗桿2、動臂8、連桿4以及相應(yīng)的三組液壓缸5、6、7組成。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上,利用動臂液壓缸的伸縮,使動臂繞動臂下鉸點。挖掘作業(yè)時,接通回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓馬達,轉(zhuǎn)動上部轉(zhuǎn)臺,使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點,同時操縱動臂液壓缸,小腔進油液壓缸回縮,使動臂下降

16、至鏟斗接觸挖掘面為止,然后操縱斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸,液壓缸大腔進油而伸長,使鏟斗進行挖掘和裝載工作。斗裝滿后,將斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸停動并操縱動臂液壓缸大腔進油,使動臂升離挖掘面,隨之接通回轉(zhuǎn)馬達,使斗轉(zhuǎn)到卸載地點,再操縱,斗桿和鏟斗液壓缸回縮,使鏟斗反轉(zhuǎn)進行卸土。卸完后,將工作裝置轉(zhuǎn)至挖掘地點進行第二次挖掘工作。</p><p>  4圖1液壓挖掘機基本組成與傳動示意圖</p><p&g

17、t;  1—鏟斗; 2—斗桿 ;3—動臂; 4—連桿 ;5、6、7—液壓缸;Ⅰ—挖掘裝置 ;Ⅱ—回轉(zhuǎn)裝置;Ⅲ—行走裝置;</p><p>  三、反鏟挖掘機的機構(gòu)運動簡圖、機構(gòu)自由度及運動線圖</p><p>  3.1反鏟挖掘機的機構(gòu)運動簡圖及自由度計算</p><p>  通過AutoCAD繪圖軟件繪出其機構(gòu)運動簡圖,如圖2.</p><p&

18、gt;<b>  圖2機構(gòu)運動簡圖</b></p><p>  把挖掘機工作裝置作為平面機構(gòu)來處理時,圖中共有11個構(gòu)件,12個轉(zhuǎn)動副,3個圓柱副,低副數(shù)為15,沒有高副,則通過平面機構(gòu)計算公式(見【1】P13)可求得自由度為3:</p><p><b>  2 </b></p><p>  3.2反鏟挖掘機的機構(gòu)運動線圖

19、</p><p>  四、反鏟挖掘機特殊工作位置分析</p><p><b>  4.1最大挖掘深度</b></p><p>  當液壓桿L1全縮,L2、L3全伸,斗臂與斗桿油缸鉸接點、斗臂與鏟斗鉸接點、鏟斗齒尖在同一直線上且垂直于挖掘面時,挖掘機處于最深挖掘位置處,如圖3所示。該位置處,L1達到最短、L2達到最長。</p>&l

20、t;p><b>  圖3最大挖掘深度</b></p><p><b>  由圖可得:</b></p><p><b>  4.2最大挖掘高度</b></p><p>  最大挖掘高度是當L1全伸,L2、L3全縮時斗齒尖距離基準地面的距離,如圖4。由圖可得:+</p><p&g

21、t;<b>  圖4最大挖掘高度</b></p><p><b>  4.3最大挖掘半徑</b></p><p>  當液壓桿L3全縮,鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點及斗桿與斗桿油缸鉸接點這三點處于同一直線上,且B、F連線水平,則挖掘機達到最大挖掘半徑處,如圖5。</p><p><b>  圖5最大挖掘半徑<

22、/b></p><p><b>  由圖可得:</b></p><p><b>  4.4最大卸載高度</b></p><p>  當液壓桿L1全伸,L2、L3全縮,QV連線豎直向下時,有最大卸載高度,如圖6。</p><p><b>  由圖可得:</b></p&

23、gt;<p><b>  圖6最大卸載高度</b></p><p><b>  4.5最大挖掘力</b></p><p>  當大臂、斗桿最大受力的位置出現(xiàn)在動臂油缸全縮,斗桿與斗桿油缸鉸接點、斗桿與鏟斗鉸接點及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直斗桿油缸,類似圖3所示。此時動臂與斗桿都有最大的力矩,即出現(xiàn)最大挖掘力。</p>

24、<p>  五、工作機構(gòu)尺寸綜合及計算</p><p>  5.1執(zhí)行機構(gòu)計算簡圖</p><p><b>  圖7 機構(gòu)計算簡圖</b></p><p>  5.2 斗形參數(shù)的選擇</p><p>  查資料得斗容量計算公式(見【2】P25):</p><p>  其中:q—鏟斗斗容量

25、,R—鏟斗挖掘半徑,B—鏟斗斗寬</p><p>  —鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角,取—土壤松散系數(shù),取值為1.25 </p><p>  已知q=0.3,=90,由于B過大會造成最大挖掘阻力和轉(zhuǎn)斗挖掘能容量E增大,不利于提高效率,使R=1.05m,則求出B=0.8。</p><p>  5.3 動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p><b> 

26、 圖8動臂計算簡圖</b></p><p><b>  圖9</b></p><p>  5.3.1.動臂的擺角</p><p>  設(shè) , ,如圖8所示,在ACB中,由得:</p><p><b>  由得:</b></p><p>  所以動臂的擺角范圍為:&

27、lt;/p><p>  由圖得: ,由圖知:</p><p><b>  F點的坐標方程為:</b></p><p><b>  由圖得到:</b></p><p>  5.3.2動臂機構(gòu)參數(shù)選擇與計算</p><p>  動臂油缸的最大作用力臂為 ,則:</p>

28、<p><b>  , </b></p><p>  查閱相關(guān)資料知,取 ,動臂與斗桿的長度比, , 使得:</p><p>  ,最大挖掘半徑,由【2】P76公式得:</p><p>  取動臂油缸全伸與全縮的力臂比 ,,,。根據(jù)對油缸的設(shè)計可知,則通過計算得:</p><p><b>  , ,。

29、</b></p><p>  所以動臂擺角范圍 。驗證時的合理性:</p><p><b>  當時: ,則</b></p><p><b>  ,所以</b></p><p>  所以以上數(shù)據(jù)滿足要求。</p><p>  5.4 斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇</p

30、><p>  由圖10可知斗桿擺角范圍:由,</p><p><b>  得:</b></p><p><b>  由圖10得:</b></p><p>  圖10 斗桿計算簡圖</p><p>  查找資料取挖掘機斗桿挖掘力為.</p><p>  根據(jù)

31、【2】P79公式: ,又 , ,, </p><p><b>  所以</b></p><p>  取斗桿擺角范圍,在中,</p><p><b>  取則,</b></p><p><b>  所以,</b></p><p>  由【2】P25公式得:

32、</p><p><b>  所以</b></p><p>  5.5 鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p>  圖11 鏟斗機構(gòu)計算簡圖</p><p>  由前面知,R=1.05m B=0.8,</p><p><b>  取,在中,求得:</b></p>&

33、lt;p>  對于四連桿機構(gòu),查閱相關(guān)資料得:取,,,</p><p>  當鏟斗油缸最大作用力臂為時,此時,取曲柄擺角范圍,當F、Q、V三點共線時,曲柄擺角最小,取,由余弦定理得;</p><p><b>  同理,當角時,。</b></p><p>  5.6 機體尺寸參數(shù)的選擇</p><p>  由于之前已

34、經(jīng)將最大挖掘深度、最大卸載高度、最大挖掘高度的相關(guān)參數(shù)求出,現(xiàn)只討論最大挖掘半徑的情況。當斗桿油缸全縮,F(xiàn)QV三點同一直線,且V點位于停機面時可以得到停機面最大挖掘半徑,如圖12所示:</p><p>  圖12 最大挖掘半徑</p><p>  按計算出的尺寸畫出機構(gòu)運動簡圖,在確保設(shè)計參數(shù)相同的條件下測量得到機體尺寸: , ,,。</p><p>  六、執(zhí)行機

35、構(gòu)的Pro/E建模和SolidWorks運動仿真</p><p>  6.1執(zhí)行機構(gòu)的三維建模及順序仿真</p><p>  1、首先運用Pro/E軟件,按照1:2繪圖,通過草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、陣列等工具繪制挖掘機執(zhí)行機構(gòu)的三維零件模型,然后通過新建裝配文件、導(dǎo)入零件、添加約束,創(chuàng)建挖掘機的裝配模型。參考【3】</p><p>  圖13 底盤

36、 圖14 回轉(zhuǎn)平臺</p><p>  圖15 斗臂 圖16 斗桿</p><p><b>  圖17 液壓油缸</b></p><p><b>  圖18 鏟斗連接件</b></p><p><b>  圖19 鏟斗<

37、;/b></p><p><b>  圖20 裝配圖</b></p><p>  2、裝配完成后,如圖21對模型添加運動、設(shè)置電機、設(shè)置運動時間等,可得到仿真。</p><p>  圖21 圖22</p><p>  3、如圖22,點擊測量工具,選定鏟斗齒尖為測量點,選底

38、盤中心為坐標系,選定類型分別為位移、速度、加速度,設(shè)置分量為模,生成圖形,如圖23、圖24、圖25。</p><p>  圖23 圖24</p><p><b>  圖25</b></p><p>  通過比例計算得出,該數(shù)據(jù)合理</p><p>  6.2

39、SolidWorks運動復(fù)合仿真</p><p>  SolidWorks是一款集三維建模、工程分析、工程設(shè)計于一體的強大軟件,我們可以通過它來進行運動分析。將剛剛建立的挖掘機裝配模型導(dǎo)入到SolidWorks中,通過重新設(shè)置約束、放置鍵碼點、創(chuàng)建時間線等制作機構(gòu)動畫,</p><p>  然后再輸出位移線圖、速度線圖和加速度線圖,分析模型合理性。參考【4】【5】</p>&

40、lt;p><b>  七、個人總結(jié)</b></p><p>  本文首先分析了反鏟挖掘機執(zhí)行機構(gòu)的工作原理,通過題目給出的設(shè)計參數(shù),然后運用連桿機構(gòu)綜合的方法,通過把整個執(zhí)行機構(gòu)分為幾個小的連桿機構(gòu),然后利用數(shù)學(xué)原理、經(jīng)驗公式和各個機構(gòu)間的幾何關(guān)系計算出了執(zhí)行機構(gòu)的各個桿件的長度和必要的角度,然后用求出的參數(shù)在Pro/E中建立三維模型,裝配后導(dǎo)入SolidWorks并進行了運動仿真,驗

41、證了最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大卸載高度和最大挖掘半徑,并輸出了其速度線圖、位移線圖、加速度線圖,通過這些圖形有效驗證了前面所求出的各個桿件長度的合理性。</p><p>  通過本次設(shè)計,我不僅體會到自己所學(xué)知識非常有限,而且也明白了增強課外學(xué)習(xí)的重要性,通過課外學(xué)習(xí),自己不僅學(xué)到了以前沒學(xué)到的東西,也鞏固了自己的已學(xué)知識,加深了自己的專業(yè)知識積累,增強了自己的課外實踐能力,對機械原理這門課也有了新的認識,

42、因此我下定決心要學(xué)好基礎(chǔ)知識,在課外多多鍛煉自己,夯實基礎(chǔ)。</p><p><b>  八、參考文獻</b></p><p>  【1】馮鑒,何俊,雷智翔,《機械原理》,西南交通大學(xué)出版社,2008.8;</p><p>  【2】《單斗液壓挖掘機》,中國建筑工業(yè)出版社,天津工程機械研究所;</p><p>  【3】

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