挖掘机工作机构的三维建模与仿真分析

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1、安徽建筑工业学院安徽建筑工业学院 毕 业 设 计 (论 文) 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级 0808 机械（机械（3 3）班）班 学生姓名学生姓名 陆胜安陆胜安 学学 号号 0821001034308210010343 课课 题题 挖掘机工作机构的三维建模与仿真分析挖掘机工作机构的三维建模与仿真分析 指导教师指导教师 李绍青李绍青 20122012 年年 5 5 月月 2020 日日 摘要摘要 ii 液压挖掘机广泛应用于城市建设、道路建设、水利水电工程、矿山采掘等行业，是一种 大型的工程机械，对提高劳动生产率，减轻工作强度起着关键作用。挖掘机的工作装置是

2、挖 掘机的重要组成部分之一，研究其工作过程，对于提高挖掘机的工作效率和产品质量有着积 极的意义。 而研究这一问题的最好办法就是借助虚拟样机技术。 本文首先介绍了挖掘机的工作装置，并阐述了研究挖掘机的意义和研究现状，在对挖掘 机的工作装置的研究过程中引入看虚拟样机技术，并对其进行了介绍。采用 NX I-deas 软件 进行模型的构建，并进行了虚拟装配，建立了挖掘机的虚拟样机。并对挖掘机的工作机构和 行走机构进行了仿真分析，校验模型的准确性。通过在 ADAMSView 中对挖掘机虚拟样机机 械系统工作范围的仿真分析，得到了与液压挖掘机性能相关的主要参数尺寸和工作范围的包 络曲线图，说明了多液压缸复

3、合运动的高效性。在动力学仿真软件 ADAMS 中，借助 NX I- deas 有限元技术，建立了挖掘机的多体虚拟样机系统。通过对系统的仿真分析，得到挖掘机 大臂在工作过程中的受力变形的动态情况，从而为设计生产提供一定的依据。 关键词关键词: 液压挖掘机，工作机构，三维建模，仿真分析，NX I-deas，ADAMS Abstract iii Hydraulic excavator are widely used in city construction, road construction, water conservancy and hydropower engineering, mine m

4、ining industries, is a large engineering machinery, to improve labor productivity and reduce working strength to play a key role. The work of an excavator device is an important component of the excavator, studies its working process, to improve the work efficiency and product excavator quality are

5、of positive significance. But research is the best way to with the virtual prototype technology. This paper first introduced the excavator working device, and expounds the significance of the study and research status excavator, in the work of excavator device in the process of research into see vir

6、tual prototype technology, and its are introduced in this paper 。Using NX i-deas software for the construction of the model and virtual assembly, established the excavator virtual prototype. And the working mechanism and the excavator walk institution has carried on the simulation analysis, verify t

7、he accuracy of the models. Through the in ADAMS/View of the virtual prototype of excavator mechanical system work scope of the simulation analysis, got and hydraulic excavator performance of the main parameters related to size and scope of work of the envelope curve, illustrating that the hydraulic

8、cylinder compound movement of high efficiency. In the dynamic simulation software ADAMS, using NX i-deas finite element technology to build a more virtual prototype body excavator system. Through to the system of the simulation analysis, get excavator arm in the process of work in the dynamic situat

9、ion of deformation, so as to provide some references to the production design. Keyword：Hydraulic excavator，Work institutions，3d modeling，The simulation analysis，NX I-deas，ADAMS iv 目录目录 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 液压挖掘机简介1 1.2 课题的背景及研究意义 2 1.3 课题研究方法及工具软件介绍 3 第二章第二章 挖掘机虚拟样机的建立挖掘机虚拟样机的建立6 2.1 挖掘机整体结构简介6 2.2 挖掘机零

10、件的三维建模 7 2.2 行走机构10 2.3 虚拟样机的装配11 第三章第三章 仿真分析仿真分析.15 3.1 使用的方法及主要参数 15 3.2 挖掘迹线的分析18 3.3 柔性体分析28 第四章第四章 研究结论及意义研究结论及意义 .32 致谢致谢.33 参考文献参考文献 .34 附录附录 II 毕业设计任务书毕业设计任务书44 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 液压挖掘机简介液压挖掘机简介 单斗挖掘机是挖掘机中最常见的一种。同多斗挖掘机想对应，单斗挖掘机中有一个挖斗。 单斗挖掘机是大型基坑开挖中最常用的一种土方工程机械，根据其工作装置的不同，分为正 铲、反铲、拉产、抓铲 4 种，按行

11、走方式可分为履带式和轮胎式两类，按传动方式分，有机 械传动和液压传动两种。在建筑工程中，单斗挖掘机可挖掘基坑、沟槽，清理和平整场地。 是建筑工程土方施工中很重要的机械设备。在更换工作装置后还可以进行破碎、装卸、起重、 打桩等作业任务。 图 1-1 日立单斗液压挖掘机 单斗挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制装置等部分组成。 液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监 控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。根据其构造和用途可以分为： 履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、 伸

12、缩臂式等多种类型。 工作装置由于采用液压传动使构造布置方便、灵活，而且工作装置的种类大为增加，新 的结构不断出现，如组合动臂、加长斗杆、双瓣铲斗，底卸式装载斗以及伸缩式动臂等。小 型液压挖掘机待用三、四十种工作装置，以适应各种作业要求（最多达 150 种） 。而且工作装 置调换方便，从而扩大了机械使用性能。然而，液压挖掘机对液压元件加工精度要求高，装 配要求严格，制造较为困难，使用中系统出现故障时，现场进行排除较困难，维修条件和修 2 理调整的技术都要求高。液压油的粘度受温度的影响较大，总效率较低，同时液压系统容易 漏油，渗入空气后产生噪音和振动，使动作不稳，并对液压元件产生腐蚀作用。如何承诺

13、过 分利用和发挥液压挖掘机的优点，改善和客服其缺点，使液压挖掘机在结构和性能上得到不 断提高和完善，是液压挖掘机发展中研究的基本问题。 1.2 课题的背景及研究意义课题的背景及研究意义 世界上生产中小型液压挖掘机的主要国家有日本、俄罗斯、德国、法国和美国。日本的 日立建机公司、神户制钢所、小松制作所三家公司的液压挖掘机的产量占世界总产量的 70% 以上，日本不仅产量大，其发展速度也是惊人的。日本的液压挖掘机生产起步较晚，始于 1961 年，但是到了 1975 年，液压挖掘机的产量已经是 1961 年的 12.5 倍。目前，日立公司就 月产 1600 台液压挖掘机，其中小松公司月产 700 台。

14、日本进入 80 年代后就大力发展了机重 10 吨以下的小型液压挖掘机，如久保田公司的 KH-5 型液压挖掘机功率为 7.36kW（10 马力） ， 机重 1000kg，斗容量为 0、02M3，及其通行宽度为 1M，履带地盘前方还装有推土板，日本 为了解决劳动力不足和工人老龄化的问题，准备进一步开发更加小型的液压挖掘机（目前机 重最小的为 450kg,还在开发 300kg 级的，乃至更小的机种） ，以替代人工作业，原联邦德国 Glesius 公司生产的 Powerfab125 型液压挖掘机，功率为 2.94KW(4 马力)，可穿过款约 700mm 的门开进行作业，有 U 盾可换工作装置，西欧和日

15、本都开发了多种工作装置，为的是 进一步扩大小型液压挖掘机的应用范围，于是就出现了一些具有特殊功能的，如两栖式、公 路与铁路两用式等小型液压挖掘机，目前世界各国对于小型液压挖掘机发展较快，日本十四 家公司在 1990 年生产各类挖掘机型号中数中小型液压挖掘机的比例最大。 我国液压挖掘机的开发在六十年代中期开始起步，当时与日本开发液压挖掘机的起步时 间大致相同，到 70 年代末 80 年代初，我国液压挖掘机行业初具规模，相继开发研制成功铲 斗用量从 0.1m3 到 2.5m3 的近 20 个品种规格的轮胎式和履带式液压挖掘机，产品技术水平普 遍达到国际 70 年代初的先进水平，自 1980 年开始

16、我国先后从德国利勃海尔、德马克、奥凯、 奥伦斯泰因-科佩尔等公司及日本等国引进液压挖掘机生产技术，已有贵阳矿山机器厂、北京 建筑机械厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机械厂、长江挖掘机厂、抚顺挖掘机厂、杭州重型 机械厂等通过对引进技术的笑话吸收，促进了我国液压挖掘机技术水平的提高，钱 5 个厂家 产量 1992 年为 19112 台，1913 年为 2410 台；1990 年出口 30 台，创汇 103 万美元，1991 年 出口 246 台，创汇 383 万美元，主要出口到东南亚、非洲、欧洲等地。近两年陕西黄河工程 3 机械厂、江西长林机械厂、山东推土机总厂，广西玉柴机器股份有限公司、贵阳矿山机器厂 等企业又引进日本（小松公司） 、德