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1、河南科技学院新科学院2015 届本科毕业论文（设 计）基于SolidWorks的液压挖掘机手臂的三维建模及运动仿真学生姓名： 仝绪锋 所在院系：新科学院机械工程系 所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名： 丛晓霞 武民 完成时间： 2015年5月1号 液压挖掘机手臂的三维建模及运动分析摘 要液压挖掘机是工程机械的重要品种之一，深受广大施工单位的喜爱和青睐，本论文通过对液压挖掘机工作状况和工作装置进行分析，首先对液压挖掘机研究意义和发展状况进行综合论述，从而论述其对挖掘机研究的重要性和了解其未来发展趋势，为我国挖掘机的更新换代提供几点建议，其次对液压挖掘机的工作特点进行分析，对挖掘机作业工况进
2、行分析，从而全面了解液压挖掘机的状况和影响其工作性能的因素，运用Solidworks软件对液压挖掘机主要机构进行三维建模和虚拟仿真，建立液压挖掘机主要结构：铲斗、斗杆和动臂的三维模型图并进行了论述分析。本论文为提高液压挖掘机的稳定平衡和生产效率提供理论依据。关键词：液压挖掘机，三维建模，运动仿真Hydraulic pressure excavator three dimensional modelling and movement analysisAbstractThe hydraulic pressure excavator is one of project machinery impor
3、tant varieties， deeply the general constructions affection and the favor， the present paper through carries on to the hydraulic pressure excavator working condition and the work installment the analysis， first carries on the synthesis elaboration to the hydraulic pressure excavator research signific
4、ance and the development condition， thus elaborates it the importance which studies to the excavator and understood its future trend of development， will provide several suggestions for our country excavator renewal， next will carry on the analysis to the hydraulic pressure excavator work characteri
5、stic， will carry on the analysis to the excavator work operating mode， thus understood comprehensively the hydraulic pressure excavator the condition and will affect its operating performance the factor， will carry on the three dimensional modelling and the hypothesized simulation using the Solidwor
6、ks software to the hydraulic pressure excavator main organizationEstablishes the hydraulic pressure excavator main structure: The scoop， the bucket arm and moved the arm the three dimensional molded relief map and have carried on the elaboration analysis。The present paper for enhances the hydraulic
7、pressure excavator the equilibrium and the production efficiency provides the theory basisKeywords: Hydraulic pressure excavator; Three dimensional modelling; Movement simulation目 录绪论.51 液压挖掘机论述51.1挖掘机发展背景51.2课题的研究意义61.3国内外发展状况61.4软件介绍71.5课题的主要内容82.液压挖掘机工作装置与工况分析82.1液压挖掘机的作业过程82.2液压挖掘机工作装置的设计原则92.3工
8、作装置的典型工况分析113 液压挖掘机的三维建模133.1铲斗143.2斗杆153.3动臂153.4其他零部件163.4三维建模184 液压挖掘机的模型的建立195 运动仿真196结论20参考文献20致 谢21绪论 1 液压挖掘机论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
9、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，使我国的液压挖掘机处于世界领先地位。1.1挖掘机发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
10、进和提高挖掘机产品性能，使之达到世界先进水平。则图1-1所示即为最常见的液压挖掘机。图1-1 液压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课题的研究意义随着社会的不断发展，我国
11、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；国外正在向自动化、智能化、多功能化、专用化方向发展，为了使
12、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国内外发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
13、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、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
14、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
15、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软件介绍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
