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1、西南科技大学毕业设计（论文）开题报告学 院制造科学与工程学院专业班级机械0704姓 名徐丹学 号20075482题 目基于ADAMS的液压挖掘机工作装置优化设计题目类型一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.1 国内外挖掘机的现状及生产需求状况液压挖掘机是土石方工程的主要施工机械,广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用，因此，大力发展挖掘机事业，对提高劳动生产率和加
2、速国民经济的发展具有重要的意义。我国从1958年开始生产液压挖掘机，逐步形成了12.5m3液压挖掘机系列 。近几年，随着国内各挖掘机制造厂积极引进国外的先进技术并消化吸收，国内的挖掘机制造水平迅速提升。今天，国内已经能够生产机重达到200 吨的液压挖掘机，最小的挖掘机则仅有800 公斤左右。挖掘机在我国的发展可以用飞快来形容，2001年在我国的产销量还不到两万台，到2007年已经突破6万台。市场迅速扩大，吸引众多的厂商投入生产。据统计，2008年国内生产挖掘机的厂商达到一百二十多家。我国迅速跨入世界挖掘机生产的大国行列。但是我国还远不是挖掘机技术的强国，国内众多的生产商仍然处于低级的模仿制造阶
3、段，缺乏对挖掘机技术的深入理解，核心技术依然掌握在欧美日发达国家的手中，主要的配件，仍然要仰仗西方的供应，这些情况严重制约了我国挖掘机的发展。挖掘机在国际上已达到相当高的水平，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m3 单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150 m3的剥离用挖掘机，斗容量132 m3的步行式拉铲挖掘机；B-E(布比赛路斯一伊利)公司生产的斗容量168.2 m3的步行式拉铲挖掘机，斗容量107 m3的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。从20世纪后期开始，国际上挖
4、掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。欧美等发达国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力 。 1.2虚拟样机技术及其典型软件ADAMS概述虚拟样机技术是上世纪八、九十年代逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念，是目前仿真领域的焦点之一。从国内外对虚拟样机技术(Virtual Prototyping,VP)的研究可以看出,虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段,在不同应用领域
5、中存在不同定义。美国国防部对虚拟样机技术有关概念的建设性意见为：(1)虚拟样机定义:虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型,它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度;(2)虚拟样机设计:利用虚拟样机代替物理样机来对其候选设计的各种特性进行测试和评价;(3)虚拟样机设计环境:是模型、仿真和仿真者的一个集合,它主要用于引导产品从思想到样机的设计。我国制造与自动化领域“十五”计划及2015年远景规划也十分重视视虚拟现实技术的应用，将其列为今后攻关和推广的重点方向和关键技术之一。可见，传统的实物试验研究方法，将在很大程度上会被计算机仿真技术取代。目前美国MDI(Mechanical Dyn
6、amics Inc)公司开发的ADAMS ( Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)软件，是世界上最具权威性的、使用范围最广的虚拟样机仿真软件。该软件是以科学与技术作为支撑、因市场强烈需求而被开发出来的。科学理论方面由于牛顿力学、拉格朗日方程和哈密顿力学体系已经完善。技术方面由于计算机辅助设计、计算机辅助工程等技术的成熟。在市场需求方面，由于传统的产品开发流程试验周期长和物理样机试验成本高与现在激烈的市场竞争存在很大的矛盾，而虚拟样机技术结合UG、ANSYS等其他计算机辅助软件可以从概念设计到具体结构设计到结构优化到测试到检验到生成零件
7、的数控加工代码都在计算机上完成，从而大大节省了产品的开发成本和开发周期，提高了产品的质量和性能。同时，由于虚拟产品有真实产品的视觉效果，便于在研发期间就进行产品的广告宣传。首先该软件是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件的ADAMS/View模块进行建模、静力学和运动学和动力学分析仿真。其次软件的ADAMS/Car等专业模块可以满足特定行业的更专业要求。再次，其开放放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。2、选题目的及意义液压挖掘机工作装置是挖掘机直接作业部分，工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志，对其优化可使其额定载荷提高、更省
8、油，使用寿命更长，使驾驶员安全性舒适性和视野更好。通常，工作装置的作业通过三个油缸的复合动作及铲斗和土壤的相互作用来实现，在不同的姿态下，其运动和受力分析情况都比较复杂，要想定量地分析其工作性能，并不是很简单的事情。传统的方法是通过手工或者计算机的电算，得出挖掘范围内一定数量的点的挖掘力，然后针对不同的铲斗的转角作出多张的挖掘图，进一步分析其性能，但这些方法，操作起来较麻烦，并且可视化不好。优化设计是机械设计的一个重要方面。传统的优化设计变量很多的情况下计算复杂。借助计算机的强大计算功能，有助于更符号更快的实现复杂问题的优化。而ADAMS除了虚拟样机可以实现虚拟物理样机的试验外，还可以对所建的
9、虚拟模型进行优化设计。用ADAMS对工作装置进行优化，使其额定载荷提高、更省油，使用寿命更长，具有明显的经济效益，对其他机构的优化设计也有很好的参照意义。3、主要参考文献：1 http:/ ADAMS虚拟样机从入门到精通J.北京.机械工业出版社,2010.13李增刚.ADAMS入门详解与实例.北京：国防工业出版社,2006，20-85.155-1724 王桂新 ，杨彦龙. 基于ADAMS的液压挖掘机工作装置的仿真分析J.河北工业大学学报,2008.6第37卷 第3期5陆厚华.国内外液压挖掘机发展动态J.轻金属，1990.36李杨民，谢存禧，王冀湘. 液压挖掘机工作装置动臂、斗杆机构的多体系统力
10、学分析J.建筑机械,1994.127 陈正利.中国挖掘机行业发展历程回顾及前景展望，慧聪工程机械网8挖掘机的构造与工作原理. http:/ 12-13.11弹簧挂锁.MSC. ADAMS/View使用入门练习 12陈世教,荣洪均,冀满忠,杜波，徐黎萍.液压挖掘机反铲工作装置整机理论复合挖掘力的计算及应用J.工程机械，2007.4（第38卷）:39-4313李泉永.机械结构优化设计的回顾与展望J.桂林电子工业学院学报，2000，20(4):114一 11914王国强，马若相，张进平.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践M.西安:西北工业大学出版社2002：8-17：15贾长治,王兴,贵刘海.平基
11、于虚拟样机技术和广义简约梯度算法优化火炮射击稳定性J.2006 ,1：28-31二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程1、研究内容：挖掘机工作装置设计是否合理直接影响装载机作业效率、使用寿命及操作人员舒适性和视野。挖掘机工作装置优化设计的约束条件多，结构复杂。用虚拟样机软件ADAMS可以很好地对挖掘机工作装置进行优化设计。因此,本题目以典型的挖掘机工作装置机构六连杆机构为例运用作图法对挖掘机工作装置机构的各杆的位置和方向对机构各项参数的影响进行定性分析。在ADAMS中建立和参数化挖掘机模型后用来自OPTDES编码的GRG法（广义简约梯度法）对模型以举升高度为目标函数以各
12、设计要求为约束进行运动学仿真和优化，得到了最优的挖掘角度，获得最小的挖掘力。同时用 GRG法进行动力学仿真和优化。减小举升缸的最大驱动力。以液压挖掘机CAT320D_320DL为例，用ADAMS做出模型，通过动力学和运动学仿真，对各个参数进行最优化。即在满足铲斗在挖掘时的转角大致为90 110，铲斗总的转角往往要达到 150 180，当铲斗缸全缩时，齿尖K 可能 在EJ延长线上，或者，在其上侧030 处，在个别情况下，为了适应挖掘深沟及 垂直侧壁的作业要求，为不使斗底先于斗齿 接触土壤，常采用大仰角机构，此时，仰角可达2545。2、研究思想及工作流程工作装置是液压挖掘机的重要组成部分，决定着液
13、压挖掘机的整机工作性能。对其工作装置进行优化设计，将会使挖掘机能够更好的工作。所谓优化设计就是在规定的各种设计限制条件下，将实际设计问题首先转为最优化问题，然后运用最优化理论和方法，从满足各种设计要求及限制条件的全部可行方案中，选定出最优设计方案。建立反铲挖掘机工作装置虚拟样机的ADAMS仿真模型,基于虚拟样机技术和广义简约梯度法以铲斗、斗杆和动臂油缸的工1-动臂；2-动臂油缸筒；3-动臂油缸杆；4-斗杆油缸筒；5-斗杆油缸杆；6-铲斗油缸筒；7-斗杆；8-铲斗油缸杆；9-摇杆；10-铲斗；11-连杆图3-工作装置坐标分配作压力最小为目标,对铲斗机构、斗杆机构、动臂机构的构造点进行了仿真优化设
14、计。仿真结果表明,在规定的约束条件下,工作装置达到了优化设计的目的。建模求解几何模型物理模型分析结果数学模型初始条件计算分析迭代方程自动组集求 解 器物理建模数学建模数值求解ADAMS原理图工作流程如下：(1)了解液压挖掘机的构造及工作原理，并分析其工作装置；(2)用作图法分析了挖掘机工作装置中的机构并确定各杆件位置和尺寸对挖掘机各种性能的影响；(3)分析挖掘机的工况，并掌握挖掘机动作时各部件的动作关系；(4)搞清楚工作装置优化的目标和变量，以及优化约束条件；(5)分析各部件的受力情况，并建立数学模型；(6)建立基于ADAMS仿真优化模型，添加约束和运动，参数化模型，进行相关运动学方针和优化
15、；(7)对挖掘机工作装置进行优化分析及设计；(8)比较工作装置优化前后个参数，做好总结及写毕业论文。注意工作装置的优化从以下几个方面考虑： (1)具有最大挖掘力；(2)适当的工作范围；(3)具有最高的挖掘效率；(4)最省油三、毕业设计（论文）工作进度安排第13周：毕业实习，收集熟悉相关资料。第46周：初步确定总体设计方案。第79周：学习ADAMS软件，确定详细的设计方案。第1013周：分析结构，并在ADAMS中建立模型，优化机构，得到所需的模型毕业论文所需的文档资料。第1415周：写毕业论文，准备答辩。第16周：毕业设计答辩。四、成果形式：论文（不少于2万字），优化设计后的相关ADAMS的源文件（*bin格式，可在ADAMS上打开）及动画。指 导教 师意 见指导教师签字_
