毕业论文 立井施工新型液压挖掘机的设计研究

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1、摘要将液压挖掘机引入冻结法立井施工领域，可以加快施工速度、降低工人的劳动强度，具有广阔的应用前景。本文采用现代设计理论和方法对立井施工新型液压挖掘机进行设计研究，以期能研制出满足市场需求、高性能的产品，提高立井井筒冻结表土段掘进的机械化程度。本文首先进行方案论证，决定采用电力驱动，从根本上消除了柴油机废气的危害；以日本小松PC50UU-Ⅱ小型柴油驱动挖掘机作为研制的母机进行技术改造，明确了本文的研究重点为工作装置优化和液压系统重新设计两方面。通过对立井施工新型液压挖掘机反铲装置运动学和动力学分析，得到了动臂、斗杆、铲斗及其连杆机构的运动方程和几种典型工况下的挖掘力计算方法。

2、在此基础上本文根据立井施工新型液压挖掘机反铲工作装置的工作特点和性能要求，将确定工作装置各铰点的几何参数作为优化设计变量，用反铲工作装置的挖掘能力作为优化目标函数，对反铲工作装置实施优化设计。采用博世力士乐的LUDV技术，本文重新设计了立井施工新型液压挖掘机液压系统。本文进一步建立了挖掘机液压系统中电动机、泵、阀、缸和马达的数学模型，研究工作机构与其液压回路数学模型之间的耦合，然后利用AMESim仿真软件对新型挖掘机定点挖掘过程中工作装置的液压系统和机构动力学进行综合仿真，运动学仿真结果表明工作装置能很好的实现挖掘范围要求，机构无干涉；力学仿真结果表明液压系统稳定，整个工作

3、过程中挖掘力很好的逼近其挖掘阻力曲线要求，挖掘性能优异。最后进行了样机试制和工业性试验，实践检验证明了立井施工新型液压挖掘的设计是正确和可靠的，完全能满足现场施工要求。关键词：电动液压挖掘机立井施工工作装置液压系统优化设计与仿真目录1绪论11.1课题的提出11.2液压挖掘机概述21.2.1液压挖掘机主要组成21.2.2液压挖掘机工作循环过程31.2.3电动液压挖掘机31.3液压挖掘机的发展和研究现状41.3.1国外发展与研究现状41.3.2国内发展与研究现状71.4虚拟样机技术在本课题中的应用71.5课题主要研究内容91.6本章小结92新型液压挖掘机工作装置优化设计研究11

4、2.1新型液压挖掘机反铲工作装置的运动学分析112.1.1动臂运动分析112.1.2斗杆运动分析122.1.3铲斗运动分析132.1.4斗齿尖运动分析142.1.5特殊工作尺寸152.2新型液压挖掘机反铲工作装置受力分析162.2.1挖掘阻力162.2.2挖掘力的分析182.3新型液压挖掘机反铲工作装置优化设计232.3.1设计变量的确定242.3.2目标函数的建立242.3.3约束条件的确定252.3.4优化设计及结果分析292.4本章小结313新型液压挖掘机液压系统的设计研究333.1新型液压挖掘机液压系统概述333.1.1基本组成及其设计要求333.1.2液压系统形式

5、分析选择343.1.3负荷敏感液压系统技术373.2立井施工新型液压挖掘机液压系统设计393.2.1多路阀液压系统393.2.2液压泵控制系统413.2.3各液压作业元件子系统423.2.4多路阀先导操纵系统453.2.5系统其它功能阀453.3元件选型463.4本章小结464新型液压挖掘机工作装置仿真研究494.1挖掘机液压系统建模仿真理论494.1.1建模步骤和仿真基本方程494.1.2液压系统建模514.1.3负荷传感控制系统建模564.1.4液压系统模型与机械系统的关联集成564.2工作装置AMEsim仿真584.2.1AMEsim仿真软件简介584.2.2工作装置

6、仿真模型的建立604.2.3系统仿真参数的确定614.2.4仿真结果分析634.3本章小结686结论79参考文献81附录83作者简历85学位论文原创性声明87学位论文数据集89第1章绪论1绪论1Introduction1.1课题的提出（ProposingtheProject）工程机械是实现施工高速度、高质量、低成本、高效益的重要手段，它广泛应用于国民经济各部门，世界各国历来都十分重视工程机械的发展。液压挖掘机是工程机械的一个主要机种，它利用铲斗挖掘、铲装土壤和石块，装满后提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后再使转台回转、铲斗下降到挖掘面，进行下一次挖掘。液压挖掘机广泛应用于矿

7、山开采、道路工程、国防施工、农田水利等基础建设之中，对减轻繁重的体力劳动，加快施工进度，提高劳动生产率具有十分显著的意义。在立井施工领域，冻结法凿井技术得到了越来越多的应用，我国在这一方面已跨入世界先进行列，冻结深度从最早的105米发展到目前的700余米，相应的冻结表土层也由最初的几十米发展到今天的近600米。随着冻结深度的增加，冻土的挖掘愈加困难，目前冻结井筒普遍采用风镐掘进施工方法，即人工操作风镐破土、抓岩机抓土装罐。这种方法占用人员多、劳动强度大、施工效率低，造成工期、冻结送冷时间的延长，进而导致施工成本的大