基于solidworks的液压挖掘机手臂的建模与仿真本科毕业论文.doc

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1、1 河南科技学院新科学院河南科技学院新科学院 2015 届本科毕业论文（设届本科毕业论文（设 计）计） 基于基于 SolidWorks 的液压挖掘机手臂的三维建模及运动仿真的液压挖掘机手臂的三维建模及运动仿真 学生姓名：学生姓名： 仝绪锋仝绪锋 所在院系：所在院系：新科学院机械工程系新科学院机械工程系 所学专业：所学专业：机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 导师姓名：导师姓名： 丛晓霞丛晓霞 武民武民 完成时间：完成时间： 2015 年年 5 月月 1 号号 2 液压挖掘机手臂的液压挖掘机手臂的三维建模及运动分析三维建模及运动分析 摘摘 要要 液液压压挖掘机是工程机械的重要品种之一，

2、深受广大施工挖掘机是工程机械的重要品种之一，深受广大施工单单位的喜位的喜爱爱和青和青睐睐， ， 本本论论文通文通过对过对液液压压挖掘机工作状况和工作装置挖掘机工作状况和工作装置进进行分析，首先行分析，首先对对液液压压挖掘机研挖掘机研 究意究意义义和和发发展状况展状况进进行行综综合合论论述，从而述，从而论论述其述其对对挖掘机研究的重要性和了解其挖掘机研究的重要性和了解其 未来未来发发展展趋势趋势， ，为为我国挖掘机的更新我国挖掘机的更新换换代提供几点建代提供几点建议议，其次，其次对对液液压压挖掘机的工挖掘机的工 作特点作特点进进行分析，行分析，对对挖掘机作挖掘机作业业工况工况进进行分析，从而全面

3、了解液行分析，从而全面了解液压压挖掘机的状况挖掘机的状况 和影响其工作性能的因素，运用和影响其工作性能的因素，运用 Solidworks 软软件件对对液液压压挖掘机主要机构挖掘机主要机构进进行三行三 维维建模和虚建模和虚拟拟仿真，建立液仿真，建立液压压挖掘机主要挖掘机主要结结构：构：铲铲斗、斗杆和斗、斗杆和动动臂的三臂的三维维模型模型图图 并并进进行了行了论论述分析述分析。本。本论论文文为为提高液提高液压压挖掘机的挖掘机的稳稳定平衡和生定平衡和生产产效率提供理效率提供理论论 依据。依据。 关关键词键词：液：液压压挖掘机，三挖掘机，三维维建模，运建模，运动动仿真仿真 3 Hydraulic pr

4、essure excavator three dimensional modelling and movement analysis Abstract The hydraulic pressure excavator is one of project machinery important varieties， deeply the general constructions affection and the favor， the present paper through carries on to the hydraulic pressure excavator working con

5、dition and the work installment the analysis， first carries on the synthesis elaboration to the hydraulic pressure excavator research significance and the development condition， thus elaborates it the importance which studies to the excavator and understood its future trend of development， will prov

6、ide several suggestions for our country excavator renewal， next will carry on the analysis to the hydraulic pressure excavator work characteristic， will carry on the analysis to the excavator work operating mode， thus understood comprehensively the hydraulic pressure excavator the condition and will

7、 affect its operating performance the factor， will carry on the three dimensional modelling and the hypothesized simulation using the Solidworks software to the hydraulic pressure excavator main organizationEstablishes the hydraulic pressure excavator main structure: The scoop， the bucket arm and mo

8、ved the arm the three dimensional molded relief map and have carried on the elaboration analysis。The present paper for enhances the hydraulic pressure excavator the equilibrium and the production efficiency provides the theory basis Keywords: Hydraulic pressure excavator; Three dimensional modelling

9、; Movement simulation 4 目目 录录 绪论绪论.5 1 液液压压挖掘机挖掘机论论述述5 1.1 挖掘机发展背景5 1.2 课题的研究意义6 1.3 国内外发展状况6 1.4 软件介绍7 1.5 课题的主要内容8 2.液液压压挖掘机工作装置与工况分析挖掘机工作装置与工况分析.8 2.1 液压挖掘机的作业过程8 2.2 液压挖掘机工作装置的设计原则9 2.3 工作装置的典型工况分析11 3 液液压压挖掘机的三挖掘机的三维维建模建模13 3.1 铲斗14 3.2 斗杆15 3.3 动臂15 3.4 其他零部件16 3.4 三维建模18 4 液液压压挖掘机的模型的建立挖掘机的模型

10、的建立19 5 运动仿真19 6 结论结论.20 参考文献参考文献20 致致 谢谢21 5 绪论绪论 1 液液压压挖掘机挖掘机论论述述 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

11、的液压挖掘机处于世界领先地位。 1.1 挖掘机挖掘机发发展背景展背景 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，我们要不断改进和提高挖掘机产品性能，使之达到

12、世界先进 水平。则图 1-1 所示即为最常见的液压挖掘机。 6 图图 1-1 液液压压挖掘机挖掘机 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 课题课题的研究意的研究意义

13、义 随着社会的不断发展，我国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

14、化、智能化、多功能化、专用化方向发展，为了使加快 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 国内外国内外发发展状况展状况 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

15、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 7 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、

16、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 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

17、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 软软件介件介绍绍 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

18、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界面和鼠标拖动，大大减少了界面的零乱，而 且操作简单、

19、界面直观，使之得到广大设计师的喜欢和亲睐。 。本设计液压挖掘机 的三维建模过程及结构分析的云图都是用 Solidworks 完成的。 1.5 课题课题的主要内容的主要内容 文中通过对液压挖掘机工作作业状况进行分析，对其典型工作状况研究和 8 分析，应用 SolidWorks 软件对液压挖掘机主要工作装置机构：动臂、斗杆和铲斗 进行三维建模和挖掘机机械手臂进行运动仿真。 （1）完成液压挖掘机的结构和工况分析； （2）液压挖掘机主要组成部件的三维建模； （3）液压挖掘机的虚拟装配； （4）液压挖掘机的运动仿真。 2.液液压压挖掘机工作装置与工况分析挖掘机工作装置与工况分析 首先分析液压挖掘机的作业

20、过程和设计要求，在图书馆查找相关资料对挖 掘机的工作装置和典型工况进行分析。 2.1 液液压压挖掘机的作挖掘机的作业过业过程程 液压挖掘机(如图 2-1 所示)的作业是通过操纵系统来完成挖掘作业中的各个 动作的操作，操作系统是整个作业过程的运动中枢。液压挖掘机的作业过程过包 括以下几个动作:动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它 辅助动作。除了辅助动作(例如整机转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压 挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。 图图2-1 液液压压挖掘机二挖掘机二维图维图 液压挖掘机的作业是一个往复循环过程，它的工作装置采用连杆机构原理， 各部分的运动通过液压缸的

21、伸缩来完成，使挖掘机的挖掘空间达到最大来满足 液压挖掘机的挖掘作业需要。液压挖掘机的挖掘对象复杂多变，实现主要动作要 求时，遇到的阻力也随之变化，为了提高工作效率，工作过程中往往要求有两个 9 主要动作进行复合 。 液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括: （1）挖掘:液压挖掘机工作装置的铲斗液压缸或斗杆液压缸进行单独工作，或 者两者相互配合进行挖掘。 （2）回转举升:在回转举升时动臂缸把动臂举升，回转液压马达使转台转到合 适位置，动杆要同时外放，有时还要对铲斗进行调整，此时回转、斗杆、动臂和铲 斗进行复合动作。 （3）卸载:铲斗回转到卸土位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和高度，

22、 然后铲斗液压缸卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂配合，主要是斗杆和铲斗 的复合动作，间以动臂动作。 （4）空斗返回:卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸进行配合 动作，把空铲斗放到新的挖掘位置，此时是回转、动臂和斗杆的复合动作。 2.2 液液压压挖掘机工作装置的挖掘机工作装置的设计设计原原则则 （1）使用要求 随着技术进步和全球经济一体化发展，液压挖掘机的性能、质量和安全性有 了很大的剃刀和改进，从而使现代液压挖掘机有了完善的自动控制功能。但液压 挖掘机的动作复杂，机构负载变化大，受到的冲击和振动频繁，而且对于挖掘对 象的多样性，温度、土壤硬度差别大，受到的阻力不一，使用的挖掘力也

23、不相同， 因此，应根据液压挖掘机德工作环境和工作特点，考虑人、环境、挖掘机的协调， 要提出几点使用要求，特别要注意以下几点： 1) 安全性即挖掘机启动或操作开始前，应发出信号，严禁任何人在工作区 停留，工作装置必须平坦固定，防倾翻稳定性好，禁止用铲斗击碎坚固物体，禁 止在电线等高架设物下作业，。 2) 液压挖掘机发动机启动前要检查各个装置是否正常。 3) 与周围环境相协调，造成的污染少，禁止任何人在工作区域停留，以免 造成误伤，形象要美观。 4) 挖掘机应停放在坚硬平坦的地面上，禁止停在可能塌方或威胁安全的地 方，以免造成伤亡和损伤。 5)严禁油缸过度的伸缩，造成工作装置损坏，不能用铲斗敲击坚

24、硬的固体， 以免造成损坏。 6)停机时应将各操作放置在中间位置，进行一次保养工作，对挖掘机各润 滑部位要加润滑油进行润滑。 （2）性能要求 10 挖掘机具有多种结构:行走、回转、斗杆、铲斗和动臂等，具有多个自由度，机 构复杂，液压作用元件数量多，要求实现的动作复杂多变，对液压挖掘机的操作 提供了很大的操作难度。液压挖掘机的工作装置:动臂、铲斗和斗杆之间几乎都是 复合运动。而且作用对象的复杂性，受到的阻力也不尽相同，各种不同作业工况 所需功率变化范围大，因此，对液压挖掘机的性能要求比较高。液压挖掘机具有 多项功能性，便于运输，能无级调速而且调速范围大，运动惯性小，加速性能好， 结构简单，传动平稳

25、，操作省力，易于自动化控制等优势，但必须考虑到工作空 间环境特点、地形复杂、遇到的不确定因素多，因此对挖掘机性能要求如下： 1) 改进挖掘机控制性，精密性，使液压挖掘机的控制性加强。 2)液压挖掘机作为生产设备，工作时间长，能量消耗大，应该改进液压系统， 节能降低能量消耗，提高挖掘速率，节约成本。 3) 增强挖掘机的安全性和舒适性，保护工作人员的安全，提高工作人员的 舒适性，使操作环境更符合工作人员的需要，降低劳动强度，提高生产效率。 4)提高挖掘机的智能化，现代化，使液压挖掘机实现机电一体化，实现一些 自动和半自动操作。 （3） 经济方面的要求 在设计工作满足设计需求的同时，应考虑经济成本，

26、不能因追求设计的技术 性和高效性，而忽略经济成本，经济成本过高而得不偿失。应注重经济成本的节 约，在达到设计的使用要求而节约了成本降低了能量消耗。在设计的时候要使用 系列化，通用化和标准化的参数，以达到设计的需求，降低了经济成本。 2.3 工作装置的典型工况分析工作装置的典型工况分析 本课题典型工况是依据文献和进行确定的。典型工况的具体分析说明如下： 铲斗挖掘工况是铲斗液压缸单独动作时进行挖掘的工况。 斗杆挖掘工况是斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况。 联合挖掘工况是铲斗和斗杆液压缸联合进行复合运动进行挖掘的工况，必要 时需用动臂液压缸进行辅助，主要是需要轨迹控制的情况。 11 图图 2-2 三

27、点共三点共线线姿姿态态 （1）工况一 工况一是指斗齿尖和铲斗、斗杆的绞点在一条直线上，此时，动臂油缸、斗 杆油缸作用力臂最大，该位置是动臂油缸和斗杆油缸作用力臂最大，如图 2-2 所 示。 (2)工况二 工况二是指动臂油缸的作用力是最大的提升力，油缸压力过载过大使应改变工 作装置的结构尺寸和铰点位置。液压挖掘机斗齿最大的挖掘力是由铲斗油缸是 实现的。该位置出现在动臂油缸全缩，如图 2-3 所示。该位置动臂和斗杆将受到 最大的力矩作用，是动臂和斗杆出现失效的危险工况。挖掘力相同时，动臂和斗 杆承受的作用力最大。对该位置进行动静态强度分析是检验动臂和斗杆最大变 形和(3)工况三 工况三是指最高卸载

28、姿态。液压挖掘机处于该位置时，斗杆油缸和动臂油缸 全缩，铲斗处于垂直工作地平面向下位置，如图 2-4 所示该姿态工作装置先满 斗上升，到卸载位置时卸载，目的是使装载车能装载尽可能多的物料。 。 (4)工况四 工况四是指停机面最大挖掘半径姿态。最大挖掘半径是挖掘机设计规范中 12 对挖掘能力评价主要指标之一，它决定挖掘机的挖掘范围。挖掘机处于该姿态时， 斗杆油缸全缩，斗杆与斗杆油缸铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲斗齿尖处于共 线位置，且通过调整动臂油缸使铲斗齿尖为于地面上，如图 2-5 所示。 液压挖掘机处于该姿态，工作装置下落将使挖掘机产生较大的冲击力，挖 掘时将受到较大的土壤阻力。 受力的最佳

29、位置，从而可以得出其失效原因。 图图 2-3 动动臂和斗杆受力最大臂和斗杆受力最大 图图 2-4 最高卸最高卸载载姿姿态态 13 图图 2-5 停机面最大挖掘半径姿停机面最大挖掘半径姿态态 图图 2-6 最深挖掘位置最深挖掘位置处处的姿的姿态态 (5)工况五 工况五是指以转斗挖掘为主，处于最大挖掘深度，有最大的挖掘力，此时， 动臂下方到最低位置，铲斗油刚作用力对铲斗和斗杆铰点有最大力臂，如图 2-6 所示，挖掘机处于最深挖掘状态。挖掘机处于该姿态时，铲斗中物料较多，挖掘 阻力较大，铲斗、斗杆和动臂都承受着较大的力作用。 （6）工况六 工况六是指油缸全缩时的姿态。油缸全缩时的姿态即铲斗油缸、斗杆

30、油缸和 动臂油缸全缩时液压挖掘机所处的姿态，如图 2-7 所示。该姿态是挖掘机设计规 范中用于检验在不同挖掘角下，挖掘阻力对工作装置的作用效果的典型位置。 14 图图 2-7 油缸全油缸全缩时缩时的姿的姿态态 3 液液压压挖掘机的三挖掘机的三维维建模建模 通过对液压挖掘机的结构和工况进行分析，应用 Solidworks 软件完成了液 压挖掘机主要组成部件的三维建模。其中包括铲斗、前臂、后壁、活塞油缸、连杆 和销。 3.1 铲铲斗斗 液压挖掘机的工作装置繁多，铲斗是挖掘机构件中较为复杂的部分，铲斗一 般使用多为反铲铲斗，铲斗属于结构件类产品，由齿座、侧齿、侧刃、包板、侧板 和斗齿等部件组成，铲斗

31、在整个挖掘作业过程中，受力复杂较多，易受到磨损和 损坏，在整个挖掘过程中承担着挖掘作用，挖掘机铲斗的刚度和焊接好坏，直接 影响着铲斗的使用寿命，是整个挖掘过程能否顺利进行的关键。挖掘机铲斗部分 的主要制作过程是，先绘制出作与前臂和铲斗油缸连杆的衔接部分的草图，画出 草图后拉伸，然后再切除；然后是铲斗壳身的制作，画出一条弧线后直接拉伸，两 侧的部件也是画出草图后拉伸即可完成。 主要是铲齿的制作过程，先拉伸出第一个铲齿，然后进行复制、粘贴或采用 阵列操作，做出其余铲齿，另外对铲齿边缘部分进行采取切除圆角等操作，最后 对铲斗的背后切除即可完成， 。 15 图图 3-1 铲铲斗壳身的三斗壳身的三维维建

32、模建模 图图 3-2 挖掘机挖掘机铲铲斗的三斗的三维维建模建模过过程程 3.2 斗杆斗杆 图图 3-3 挖掘机斗杆的三挖掘机斗杆的三维维建模建模过过程程 斗杆是通过斗杆上的齿条与推压齿轮的齿和来实现伸缩并传递动力，斗杆 受力很复杂，但制作比较简单，该零件的绘制，通过先绘制出草图经过拉伸以及 切除，外形构造和曲面构造等过程绘制出来的，之后的操作大部分都是切除操作 最后再采取局部的圆角等修饰即可的到图 3-3 中 斗杆。 16 3.3 动动臂臂 A A B C D E 17 F 图图 3-4 挖掘机挖掘机动动臂的三臂的三维维建模建模过过程程 挖掘机的动臂是一个极其重要的部件，对挖掘机的正常作业时不

33、可缺少的 关键一部分，动臂由上下两段直和中间弯曲的三段组成，动臂式通过焊接而成的， 在制作德过程中要加强局部的强度，保证动臂有较强的抗弯和抗扭矩力强度，它 的结构简单，它的制作过程简单，动臂的制作要先绘制出草图再经过一个拉伸就 形成了基本框架，如图 3-4 中的 A 所示，后面大部分都是切除的过程，如图 3-4 中的 B，C 和 D，都是对动臂局部的切除操作，图 E 是拉伸一个与油缸臂杆连接 的连接杆，通过拉伸，圆角，倒角过程可制作完成。 3.4 其他零部件其他零部件 其余零部件虽比较多，但建模亦比较容易。销简单但种类多，不同构件间需 不同规格的销，得分别完成不同规格的销，销只须画出草图，拉伸

34、就可以得出；铲 斗油缸连杆需画出草图，拉伸后切除然后做出倒角即可完成；铲斗连杆做完草图 后拉伸就可完成；油缸连接部分画出草图然后拉伸完成，其余部分由旋转完成， 两部分连接处需做倒角处理，油缸活塞与油缸制作类似，连接部分拉伸完成，其 余部分由旋转完成，两部分连接处倒角完成。需注意前后油缸和活塞大小不一样， 须分别制作。 18 19 图图 3-5 挖掘机其余部件的三维建模过程挖掘机其余部件的三维建模过程 3.4 三三维维建模建模 把上面所有部件组合在一块就可以得到三维建模，即液压挖掘机工作手臂。 的三维建模，如图 3-6 所示。首先对斗杆和动臂的连接处采取同心配合，再对斗 杆和动臂的右视基准面采取

35、重合配合；然后对铲斗和斗杆的连接处采取同心配合， 再对铲斗和斗杆的右视基准面采取重合配合，挖掘机的基本框架就出来了，剩下 都是一些零部件的配合，主要也是采取同心配合后再采取重合配合，在此就不做 重复叙述。 20 图图 3-6 液液压压挖掘机的三挖掘机的三维维建模建模 4 液液压压挖掘机的挖掘机的模型的建立模型的建立 液压挖掘机的结构性能分析，特别是其动静态强度和刚度的分析关系到设 计的好坏程度，液压挖掘机的设计和研制需要对其各方面性能进行分析，测试。 我国国内主要对挖掘机的工作装置进行运动学分析，由于液压挖掘机工作对象 的复杂性，我们要提高挖掘机的可靠性和安全性。本课题分析液压挖掘机的工作 特

36、点和工作装置，并对挖掘机作业典型工况进行结构性能分析，本文对工作装置 的的动臂、斗杆和铲斗进行的静态性能分析，通过对结果的分析，提出设计的关 键和注意的问题。 4.1 部件模型的建立部件模型的建立 图图 4-1 部件的几何模型部件的几何模型 动臂由左右侧扳、上下盖板、前又板及其他辅助结构件等焊接而成，斗杆 由主体板、下底板、侧板、方形座、侧耳板等五大部分组成，铲斗由斗齿、下底 板、侧板、用于与斗杆和连杆机构相联的耳板和一些加强板焊接而成。在建模过 程中，各部件去除一些不影响分析结果的孔、倒角、吊耳等特征，焊缝均按与 母材相同的材料处理，部件的几何模型如图 4-1 所示。 5 运运动动仿真仿真

37、挖掘机的运动仿真运用 Solidworks 软件通过挖掘机主要工作装置的结构构 件通过多种配合关系在进行配合，把这些部件组合到一块，实现装置配合，然后 21 运用运动算例，实现装置的自行运动，实现挖掘机的运动仿真。 。 6 结论结论 本论文主要内容是应用 Solidworks 软件对液压挖掘机手臂进行三维建模和 仿真。在设计过程中通过在图书馆查找相关资料，了解了液压挖掘机手臂的相关 结构和运动状况和深入对 Solidworks 软件上的学习，完成了毕业设计。对于我的 本次设计过程，我觉得在 Solidworks 软件上的三维建模及运动仿真方面收获较 大。液压挖掘机工作装置的铲斗，斗杆，动臂三个

38、部件在液压挖掘机的整个挖掘 作业中有着重要作用，是液压挖掘机工作的主要受力部件，且易磨损损坏，设计 的不合理就造成了工作效率的低下和容易损坏，所以，本课题对液压挖掘机的工 作装置的研究就显得无比重要，本课题对液压挖掘机手臂进行三维建模和运动 仿真，节约了实验的成本，降低了材料的消耗，本课题结合实际状况，完成工况 分析，发挥液压传动的优点，力求为设计出更符合人们需求的挖掘机做出一点点 地贡献，加快我国液压挖掘机的更新换代，使液压挖掘机变得结构简单、工作效 率高、安全可靠和操作简单。 22 参考文献参考文献 1 孔德文、赵克利、徐宁生等液压挖掘机 2 同济大学单斗液压挖掘机北京：中国建筑工业出版社

39、，1986 3 孙志广液压挖掘机工作装置优化设计及性能仿真硕士学位论文长春：吉 林大学，2005 4 刘鸿文等编材料力学 5成大先主编机械设计手册 6 孙桓、葛文杰、陈作模主编机械原理 7 张鹏、刘朝福主编液压与气压传动 8 张大庆，何清华，郝鹏，郭勇液压挖掘机铲斗的轨迹跟踪控制吉林大学学 报(工学版)，2005，35(5)：490-494 9 李宏、张钦良主编挖掘机维修 23 致致 谢谢 毕业设计是大学生毕业前一次重要实践过程，它是大学生四年所学知识的 实践与理论的结合，是对其所学知识的总结，这次毕业设计让我收获巨大，让我 学到了许多课本上学不到的东西，学会了 Solidworks 软件上的

40、三维建模与仿真 系统，以及在图书馆查阅资料。这次毕业设计使我们给了我们一个很好的锻炼机 会，这位我们以后走上工作岗位打下了坚实的基础，并体会了设计的艰辛。在此， 我对学校老师和周围同学致以忠诚的感谢。 不知不觉，大学四年即将结束，我们即将离开我们所喜爱的校园，我心中充 满了不舍和眷恋。大学四年的学习生活使我收获颇多，我真诚地感谢我的指导老 师丛晓霞和武民老师，没有丛晓霞和武民老师的悉心指导就没有本次毕业设计 的完成，感谢大学四年教授我知识的所有老师们，正是在他们无私的传授我们知 识，精心，尽心尽责的教育我们，才能使我顺利毕业，学到了许多的知识。各位老 师，他们不仅教学严谨，知识渊博，有着执著的敬业精神和高尚的品格，在教学 上积极耐心。在此我向老师们表以崇高的敬意和衷心的感谢！ 这次毕业设计培养了我独立动手能力、创新能力和实践理论相结合的能力， 同时感谢河南科技学院新科学院的老师和同学的帮助，他们的无私帮助才有了 本次论文的成果，感谢参考文献的作者们，他们的资料和文献，为我的毕业设计 提供了思路和广阔的知识面。