本科生畢業(yè)設(shè)計（開題報告）-27m3礦用挖掘機斗桿結(jié)構(gòu)有限元分析

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　開題報告</b></p><p>　　中文題目：27m³礦用挖掘機斗桿結(jié)構(gòu)有限元分析 </p><p>　　英文題目：The Finite Element Analysis of the </p><p>　　Dipper

2、 Handle of the 27 m3 Mining </p><p><b>　　Shovel</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計題目背景、目的1</p><p><b>　　1．背景1</b></p>

3、<p><b>　　2．目的4</b></p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容及要求5</p><p><b>　　1．工作內(nèi)容5</b></p><p><b>　　2．要求5</b></p><p>　　三、畢業(yè)設(shè)計技術(shù)難點5</p>

4、<p>　　四、畢業(yè)設(shè)計進度表6</p><p>　　五、文獻閱讀情況6</p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計題目背景、目的</p><p><b>　　1．背景</b></p><p>　　1).挖掘機市場情況分析</p><p>　　a).整個行業(yè)受工程機械行業(yè)整體上揚帶動高速發(fā)展&

5、lt;/p><p>　　中國工程機械制造業(yè)受國家加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資以及擴大內(nèi)需政策的拉動與出口貿(mào)易增長的影響，從1998年下半年出現(xiàn)旺銷的好形勢。尤其是2001年來，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，以及“西氣東輸”，“南水北調(diào)”，“西電東輸”等重大工程項目的逐步實施，工程機械的國內(nèi)市場需求進一步上升，國內(nèi)工程機械行業(yè)整體出現(xiàn)高速上揚，未來一段時間工程機械行業(yè)前景樂觀。挖掘機械是一種重要的土方工程機械，廣泛應(yīng)用在房屋建設(shè)、

6、道路工程、水利建設(shè)、農(nóng)田開發(fā)、港口建設(shè)、國防工事等土方施工和礦山采掘作業(yè)中，對減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，提高勞動生產(chǎn)率起到巨大的作用。挖掘機其本身由于工況惡劣，且屬效率型設(shè)備，使用壽命7000小時，較其他工程機械為低，市場更新期快。</p><p>　　b).近幾年中國國內(nèi)挖掘機市場分析，挖掘機市場前景持續(xù)看好</p><p>　　當(dāng)前，我國挖掘機行業(yè)正處在一個歷史性

7、發(fā)展關(guān)鍵時期。2000年我國挖掘機產(chǎn)量為8111臺，2001年猛增到12569臺，挖掘機的銷量也從2000年的7926臺躍升到2001年的12397臺。2001年與2000年比較，全國挖掘機的產(chǎn)、銷量分別增長55%和56%。2002年是我國工程機械行業(yè)歷史上增長速度最快、經(jīng)濟形勢最好的一年，堪稱“井噴之年”。挖掘機產(chǎn)品全年銷量1.9萬臺，同比增長58%，挖掘機在整個工程機械行業(yè)中是產(chǎn)、銷量增長最快的機種之一。2004年國內(nèi)生產(chǎn)銷售挖掘機

8、33000臺，比2003年回落1000余臺，其中出口較往年有大幅增長，達到2000多臺。產(chǎn)銷下降始于2月份，6月份到8月份下降得最厲害，10月份開始回升。05年工程機械行業(yè)經(jīng)歷了宏觀調(diào)控的大浪淘沙，市場形勢發(fā)生了翻天覆地的變化，就挖掘機而言，國內(nèi)品牌市場份額上升，已經(jīng)接近</p><p>　　15%，而此前3年國內(nèi)品牌的市場占有率分別是5%、8%、10%。這幾年我國把70%的精力放在了國產(chǎn)挖掘機上，現(xiàn)在我欣慰地看

9、到努力已經(jīng)有了結(jié)果。</p><p>　　c).宏觀調(diào)控打亂了外資挖掘機企業(yè)的戰(zhàn)略部署，給了國產(chǎn)挖掘機一個崛起的機會。</p><p>　　在前幾年市場熱銷的時候，“蘿卜快了不洗泥”的現(xiàn)象時有發(fā)生，而且售后服務(wù)也跟不上，宏觀調(diào)控給了企業(yè)一個搞產(chǎn)品開發(fā)、抓質(zhì)量管理的機會。 </p><p>　　近幾年，不管是國有企業(yè)還是民營企業(yè)，其生產(chǎn)的新一代挖掘機產(chǎn)品的性能、可靠性

10、都已達到了較高水平，柳工、徐挖以及三一開發(fā)的挖掘機，關(guān)鍵部件都選用國外進口配套件。目前國內(nèi)其他企業(yè)也先后開發(fā)了一批采用國外液壓件、發(fā)動機等優(yōu)質(zhì)配套件的新機型，主要性能參數(shù)與日韓相當(dāng)。 未來幾年國內(nèi)品牌挖掘機的市場份額肯定還會有所上升，五到八年內(nèi)將達到20%。</p><p>　　2).國產(chǎn)挖掘機的崛起</p><p>　　27立方米自主產(chǎn)權(quán)礦用挖掘機的誕生，標(biāo)志著大型挖掘機在我國的技術(shù)可行

11、性得到體現(xiàn)，2006年12月18日，太原重型機械集團有限公司(以下簡稱太重)研制的重大裝備27立方米礦用挖掘機通過了用戶的出廠試車驗收。</p><p>　　27立方米礦用挖掘機是太重繼成功開發(fā)出我國第一臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的20立方米礦用挖掘機以來，開發(fā)出的又一大型礦用挖掘機，這是我國自主制造并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的最大挖掘機。同時，太重還充分發(fā)揮其技術(shù)潛力，將大型起重機產(chǎn)品向鐵路建設(shè)領(lǐng)域延伸，與意大利愛登公司技

12、術(shù)合作，成功研制了世界首臺具有過隧道功能的鐵路架橋?qū)Ｓ迷O(shè)備--900噸架橋機，這是世界上起重量最大、能起重最長件的架橋機。 長期以來，我國露天礦所需的斗容20～50立方米大型礦用挖掘機全部為進口或與外國公司合作制造。1983年，太重引進了美國P&H公司的大型挖掘機成套制造技術(shù)，但核心技術(shù)--可控硅整流柜未被轉(zhuǎn)讓。太重與P&H公司合作制造16.8立方米挖掘機，隨著合作臺數(shù)的增加，國產(chǎn)化率從34%提高到80%以上。1998年

13、，太重繼續(xù)與P&H公司合作，生產(chǎn)</p><p>　　35.2立方米挖掘機鏟斗、斗桿及起重臂等關(guān)鍵裝置。通過20多年引進消化吸收和合作制造，太重完全掌握了P&H的成套設(shè)計和制造技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了再創(chuàng)新，特別是針對P&H沒有轉(zhuǎn)讓的核心技術(shù)--電氣控制部分，進行了自主開發(fā)，成功地研制了世界上最先進的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。在神華準(zhǔn)格爾能源有限公司、首鋼礦業(yè)公司等單位的大力支持下，2005年，太

14、重自主開發(fā)出我國第一臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的20立方米礦用挖掘機，經(jīng)過準(zhǔn)格爾黑岱溝露天礦近一年的運行，2006年3月正式投入使用，并且性能卓越，達到了國際同類產(chǎn)品的先進水平，生產(chǎn)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其設(shè)計生產(chǎn)能力。此后，太重又贏得了華能集團伊敏煤電公司的3臺20立方米制造合同，承接了中電投霍林河煤電集團3臺27立方米礦用挖掘機制造合同，神華準(zhǔn)格爾能源有限公司1臺35立方米礦用挖掘機的制造合同和中煤集團2臺55立方米礦用挖掘機的制造意向。這臺2

15、7立方米礦用挖掘機試車驗收，標(biāo)志著太重已為我國獨立開發(fā)1500萬噸級大型露天礦奠定了堅實的基礎(chǔ)。太重成為與美國P&H公司和美國B-E公司全球并列的能獨立制造大型礦用挖掘機的企業(yè)。</p><p>　　3).關(guān)鍵詞：大型電動挖掘機</p><p>　　大型電動挖掘機主要由機械和電氣兩部分組成。其中機械部分包括：斗桿、斗桿、起重臂與推壓機構(gòu)、開斗機構(gòu)、提升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、回轉(zhuǎn)平臺、中央

16、樞軸、輥盤、底架、行走機構(gòu)、履帶裝置、上部其余組件、下部其余組件、壓氣操縱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及潤滑室、機棚及其通風(fēng)除塵裝置、司機室及其空調(diào)、梯子、欄桿、走臺、配重等主要部分。挖掘機的推壓機構(gòu)采用齒輪--齒條推壓結(jié)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)部分包括：供電、高壓集電環(huán)、避雷器、高壓開關(guān)柜、主變壓器、輔助變壓器、低壓集電環(huán)、變頻驅(qū)動電機、AFE變頻驅(qū)動系統(tǒng)、PLC控制及綜合監(jiān)控系統(tǒng)、輔助電氣系統(tǒng)、加熱及通風(fēng)裝置、限位保護、照明及通訊系統(tǒng)、電纜等。</

17、p><p><b>　　2. 目的</b></p><p>　　1).以27m3礦用挖掘機的斗桿為參考模型，運用大學(xué)四年的學(xué)到的專業(yè)知識，（例如：虛擬樣機技術(shù)，ANSYS軟件，UG,機械設(shè)計理論等）對其進行模型的構(gòu)筑，并對斗桿結(jié)構(gòu)進行有限元理論分析，根據(jù)最優(yōu)化原理和方法綜合各方面的因素，以人機配合方式或“自動探索”方式，在計算機上進行半自動或自動設(shè)計，摒著最優(yōu)設(shè)計的設(shè)計原

18、則；運用電子計算機及計算程序的設(shè)計手段；采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法的設(shè)計方法，以選出在現(xiàn)有工程條件下的最佳設(shè)計方案，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。</p><p>　　2).ANSYS的研究范圍主要是機械系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)以及應(yīng)力應(yīng)變分析，其核心是利用計算機輔助分析技術(shù)進行機械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析，以確定系統(tǒng)及其各構(gòu)件在任意時刻的應(yīng)變和應(yīng)力，通過求解代數(shù)方程組確定引起系統(tǒng)及其各構(gòu)件運動所需的作用力及其反作用力。步驟：1.基于多體動力學(xué)理論，

19、對挖掘裝載機的斗桿裝置做運動學(xué)及動力學(xué)分析。詳盡分析動臂機構(gòu)，斗桿機構(gòu)，斗桿連桿機構(gòu)的設(shè)計要求，特別是傳動角，各鉸點和結(jié)構(gòu)布置的空間幾何要求?；诙窏U裝置對整機穩(wěn)定性進行分析。 2.基于虛擬樣機及仿真技術(shù)，應(yīng)用ANSYS軟件對礦用挖掘機的斗桿建模，并對斗桿工作裝置參數(shù)化建模，加載，約束；應(yīng)用參數(shù)分析對斗桿挖掘工作裝置仿真優(yōu)化，建立優(yōu)化后的系統(tǒng)模型,研究系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性（校核約束）。 </p><p>　　3).充

20、分了解材料科學(xué)與工程，試圖達到性價比最大化，充分考慮各種智能工具的使用，以期給出技術(shù)經(jīng)濟性分析和技術(shù)可行性分析報告。</p><p>　　4).通過最后一次課程設(shè)計的機會，在導(dǎo)師的輔導(dǎo)下，充分發(fā)揮自主性，利用各種軟硬件，系統(tǒng)的對大學(xué)四年的課程進行一次歸納總結(jié)，為將來的學(xué)習(xí)和工作打下一個良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容及要求</p><p>&l

21、t;b>　　1. 工作內(nèi)容</b></p><p>　　1).調(diào)研及可行性論證報告：</p><p>　　在圖書館，閱覽室查閱相關(guān)書籍和文獻資料，完成5000漢字的外文文獻翻譯；寫出可行性論證報告（開題報告），主要內(nèi)容應(yīng)包括國內(nèi)外發(fā)展趨勢，技術(shù)經(jīng)濟分析，技術(shù)可行性分析，字?jǐn)?shù)在3000~5000字左右。</p><p>　　2).斗桿結(jié)構(gòu)形式研究：&

22、lt;/p><p>　　研究27立方米礦用挖掘機斗桿的結(jié)構(gòu)受力特點，對其結(jié)構(gòu)進行有限元分析，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。</p><p><b>　　3).軟件：</b></p><p>　　利用ANSYS軟件進行應(yīng)力及應(yīng)變分析。</p><p>　　4).完成2萬字的論文</p><p><b>　　2

23、. 要求</b></p><p>　　以27立方米礦用挖掘機的斗桿為參考模型，研究斗桿結(jié)構(gòu)的單元分析，利用有限元分析軟件ANSYS，實現(xiàn)對27立方米挖掘機斗桿的結(jié)構(gòu)應(yīng)力等性能的分析。</p><p>　　三、畢業(yè)設(shè)計技術(shù)難點</p><p>　　1).充分掌握有限元分析理論，并運用有限元分析理論對27m3礦用機械式單斗挖掘機斗桿結(jié)構(gòu)的有限元分析，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

24、優(yōu)化。</p><p>　　2).認(rèn)真學(xué)習(xí)ANSYS軟件，并熟練運用ANSYS軟件實現(xiàn)對27m3斗桿的結(jié)構(gòu)應(yīng)力及應(yīng)變等性能的分析。</p><p><b>　　四、畢業(yè)設(shè)計進度表</b></p><p><b>　　五、文獻閱讀情況</b></p><p>　　[1]LINEAR, NONLINEA

25、R AND CLASSICAL CONTROL OF A1/5TH SCALE AUTOMATED EXCAVATOR E. Sidiropoulou_, E. M. Shaban_, C. J. Taylor_, W. Tych?, A. Chotai?_ Engineering Department, Lancaster University, Lancaster, UK, c.taylor@lancaster.ac.uk

26、 Environmental Science Department, Lancaster University.</p><p>　　[2]MULTI-ARM MECHANISM DESIGN MINIMIZING HINGE REACTIONS BETWEEN ARMSW. GUTKOWSKI, J. BAUER and Z. IWANO Institute of Fundamental Technologic

27、al Research, Polish Academy of Sciences, Swietokrzyska 21,00-049 Warsaw, Poland J. PUTRESZAWS Atkins-Polska, Marszatkowska 82, 00-517 Warsaw.</p><p>　　[3]閻書文，機械式挖掘機設(shè)計，機械工業(yè)出版社，1982年</p><p>　　[

28、4]于仁靈，礦山機械構(gòu)造，機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5]ANSYS10.0結(jié)構(gòu)分析及實例解析， 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[6]UG NX3.0應(yīng)用軟件入門及參考， 機械工業(yè)出版社 </p><p>　　[7]李占春，成來鎖，WK-10挖掘機無機械加工面,變斷面高強度斗桿的研制，礦山機械， 9871</p><p>

29、;　　[8]武昭暉，機械零件強度的可靠性設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計（太原大學(xué)，山西太原030009）</p><p>　　[9]王超，王金．機械可靠性理論．北京：冶金工業(yè)出版社，1992 </p><p>　　[10]曹金榜．現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)與機械產(chǎn)品．北京：機械工業(yè)出版社，1987</p><p>　　[11]周大力．工程機械結(jié)構(gòu)現(xiàn)代強度設(shè)計方法的研究.工程機械，1995<