液压挖掘机反铲装置工作过程运动仿真研究
课题的主要内容及研究意义
本论文主要利用CATIA软件对液压挖掘机反铲装置进行运动学和力学分析，并在此基础上对其连杆机构进行优化，确保铲斗连杆机构获得最大的传动比。在研究过程中，主要完成以下内容：
1.对挖掘机反铲装置各参数进行分析，并推导出反铲装置的各个构件铰点的位置坐标，这是进行反铲装置分析的基础；并且进行了运动学和力学分析。
2.运用CATIA的模块，建立简化的反铲装置模型，在此基础上对铲斗连杆机构进行优化求解并进行运动仿真，获得了挖掘机铲斗齿尖的运动轨迹图，从而得到最大卸载高度、最大挖掘半径、最大挖掘高度等基本工作性能参数。毕业论文http://www.youerw.com
3.对挖掘机反铲装置的连杆机构和斗杆的各个关键点建立了力的测量，从而为下一步实体设计和强度校核提供了可靠的参考数据，具有一定的实际意义。
本文通过构建液压挖掘机工作装置数学模型，并对其进行了优化分析，达到了提高斗杆挖掘力的目的，从而为实体设计和强度校核提供了可靠的参考数据，这对提高设计员工作效率、降低试制试验费、加快新产品的研制进度具有一定的实际意义。1.1液压挖掘机的发展现状1.1.1挖掘机的发展概况
挖掘机的最早雏形，远在十优世纪于意大利威尼斯用于河运的疏理工作。随着工业的发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断发展改进，但它的基本工作原理至今未变。动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机大发展的以下几个阶段：
1.蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到到广泛应用，大约经历了100年。当时主要用于开挖运河和修建铁路。结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。本文来自优.文,论^文'网
2.挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。产量日益增长，优十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总量的15%，发展到七十年代初期占总量90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎已全部采用液压传动。与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。
3.控制方式的不断革新，使得液压挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。
1.1.2液压挖掘机的发展趋势
液压挖掘机自问世以来，经历了探索、发展和提高等阶段，目前，不少国家液压挖掘机的使用在工业与民用建筑、道路建设、水利、矿山、市政工程等土石方施工中已越来越占有重要位置；也是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工装备，是各国经济建设不可替代的装备。液压挖掘机的使用反映了这些国家的施工机械化水平。重视和加速挖掘机改进创新稳定提高产品质量，满足用户需求，已经成为生产和研制部门的重大课题。
当前液压挖掘机的研制和改进，主要着眼于：
1.发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效的功，其中包括动力装置与液压系统的最佳匹配，传动效率的提高回转机构功率的回收，高效液压挖掘系统（如恒压功率调节等）的研究等。
2.铲斗挖掘力的充分发挥，挖掘力大小和有效作用范围是衡量各种液压挖掘机工作能力的指标，大型矿用反铲挖掘机更为重要，目前是通过工作装置铰点最佳位置，采用高压与超高压技术，提高整机稳定性和采用随动机构使铲斗随动做恒角切削等方面进行研究。根据上述发展要求，新研制的液压挖掘机在整机、工作装置、液压系统与元件、行走装置、操纵系统和材料作用等方面有很多发展动向，如整机方面：液压挖掘机的整机发展，趋向于大型化、微型化、多功能和专用化。大型矿用全液压挖掘机在短短几年内已由100吨级发展到450吨级，功率提高到2352马力，斗容达到30立方米，目前发展仍是方兴未艾。大型机的特征是动力源采用两台或多台柴油机联合驱动，采用了节省能源、回收功率和积蓄能等功率有效利用的措施。结合城市建设和农村建设的需要，国外发展了微型挖掘机，斗容量一般在0.25立方米以下，最小达到0.01立方米。微型机的特点是结构简单，轻便灵活，零部件尽量提高标准化程度。数量最盘大的中型机和小型机趋于一机多能的途径，有的国家统计，非建筑用的中、小型机已占30%左右，主要是在冶金工业和林业中作物料装卸或其他用途。中型机和小型机的特点是发展多种专业装置进行不同的作业，不断提高性能，贯彻三化和提高单位机重的功率等。发展专门用途的特种挖掘机，也可以提高工作效率，解决特殊施工困难问题。例如，目前发展有步履式、履带低比压式、低噪音、水下专用、水陆两用等品种。配合水下资源的开发，对水下专用挖掘机比较重视，开展了无线电遥控、电液遥控和同步显示控制技术在水下挖掘机中的应用的研究。
3.工作装置多功能性发展，液压工作装置的型式进一步扩大，除了常用的正铲、反铲以外发展了起重、抓斗、平斗坡、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击工具、集装叉、高空作业架、绞盘与拉铲等几十种品种。工作装置的更换快速而简便，并且通过了挖掘过程的研究，来控制工作装置的挖掘轨迹。目前正在研究连杆式、仿形式、套筒伸缩式、斗杆追随式和具有运算输入装置的轨迹控制装置。
5.提高功率与机重的比率，这是最关键的内容。采用特种高强度钢材，设计重量轻、强度高的挖掘机，并用优化设计方法达到机械各项指标的均衡。
6.铲斗和斗齿引用振动技术，不用强力而增大贯入性，加大斗容量。矿用挖掘机具有特种装置，可以直接开挖一般矿石，而毋需爆破。采用功率可调的激光装置进行挖掘。
7.用燃气轮机取代活塞式柴油机，燃气轮机直接与高压油泵相连。然而，由于环境保护的原因，燃气轮机最后将被燃料电池所取代，由燃料电池发电驱动液压挖掘机。
8.液压系统将会简化，执行元件的运动直接由油泵控制，而不用换向操纵阀。工作装置各铰点装以密封式摆动油马达，取代工作油缸。
9.带行走装置增加型式速度，重新设计行走传动，不用常规的刚性车架。采用气垫行走支承装置代替履带，减少接地比压，便于定位。
1.2国内外对液压挖掘机工作装置的研究现状
自20世纪80年代以来，随着国外一些先进软件进入我国，挖掘机的软件化分析逐渐发展起来，并已初具规模。在众多软件中，运用比较多的有PRO-E、UG、CATIA、ANSYS、ADAMS、DADS、MEDYNA等。在分析方法上主要有：对工作装置进行有限元分析，工作装置的运动分析，运动学仿真，优化设计等。一直以来，对液压挖掘机的研究都在不断进行，也取得了很多成果，如文献[6]利用Pro/E软件对液压挖掘机反铲工作装置进行建模，以及运动学和动力学的分析，对整机的改善有一定的参考作用；文献[8]主要利用ADAMS软件对液压挖掘机反铲装置进行运动学和动力学分析，并在此基础上对其连杆机构进行优化设计；参考文献中所列举的文献大多数是对液压挖掘机反铲装置的研究，其成果给了我很好的参考，同时在侧面反映了挖掘机行业发展的欣欣向荣。本文来自优.文,论^文'网
目前研究液压挖掘机工作装置设计的重点在于：1.提高工作装置构件的可靠性和耐用性。2.对现有工作装置机构的计算机辅助计算和优化设计，提高挖掘机的挖掘性能，同时使挖掘机设计人员从繁忙的计算中解脱出来。1529