普通挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

全套設(shè)計（圖紙）加扣扣194535455普通挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究摘要挖掘機在建設(shè)的時候有著不可動搖的地位，它能幫助我們節(jié)省勞動力，能在較短的時間里完成我們不能完成的事。普通的挖掘機主要是通過液壓缸來完成反鏟工作裝置的運動，由于挖掘機使用時的受力很大，所以其壽命不是很長，我這次設(shè)計的是先對挖掘機進(jìn)行一些簡單的計算，用PRO/E繪制挖掘機的圖，再通過ADAMS軟件和ANSYS軟件進(jìn)行分析，并運用ANSYS軟件對挖掘機中變形量大的零件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和對應(yīng)力集中的地方進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對比未進(jìn)行改進(jìn)與改進(jìn)后的變形量、應(yīng)力、應(yīng)變的大小后發(fā)現(xiàn)優(yōu)化改進(jìn)非常的成功,達(dá)到優(yōu)化的效果。關(guān)鍵詞：挖掘機工作裝置鏟斗動臂斗桿

StructuredesignandresearchgeneralExcavatorBackhoedeviceAbstract:Excavatorinconstructionoftimehaveanunshakableposition.Itcanhelpussavelabor,canfinishwhatwecannotfinishinashorttime.Ordinaryexcavatorismainlythroughthehydrauliccylindertocompletethemotionofthebackhoeworkingdevice,duetotheexcavatorusingtheforceisverybig,sothelifeisnotverylong,Ithedesignisfirst,somesimplecalculationsoftheexcavator,excavatordrawingusingpro/egraph,byAdamsandANSYSsoftwarewereanalyzed,andtheuseofANSYSsoftwareofexcavatordeformationofpartsforimprovementandOptimizationonthestressconcentrationofthelocaloptimizationandimprovementwerecomparisonofimprovementandimprovedafterdeformation,themagnitudeofthestressandstrainafterfoundimprovedverysuccessfulandachievetheoptimizationeffect.Keywords:excavatorWorkingdevicebucketMovablearmThebucketrod

目錄TOC\o"1-3"\h\u17351第一章前言 ③為了使鏟斗內(nèi)的物料不掉出，設(shè)計時應(yīng)盡量讓鏟斗的彎曲弧度大一些。2.3.3、動臂機構(gòu)的設(shè)計2.3.3.1、動臂的結(jié)構(gòu)形狀及動臂機構(gòu)上鉸接點位置的設(shè)計如圖2-3所示，根據(jù)查閱資料知動臂彎角的取值范圍一般在110-140度，小的動臂彎角有利于增大挖掘深度，但挖掘高度會降低且對結(jié)構(gòu)不利，因為彎曲部位會產(chǎn)生應(yīng)力集中；越小造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象就會越容易出現(xiàn)并且應(yīng)力的值也會比較大；圖中的比值能夠確定B點的位置。U、B一般不重合，取值范圍為1.1-1.3；/=1.1-1.3。前面已經(jīng)知道選擇的動臂油缸的伸縮比為1.6-1.7。圖2-3動臂上各位置示意圖通過觀察各種型號的挖掘機我們知道動臂與回轉(zhuǎn)平臺的鉸接點C一般設(shè)置在位于A的后面并且低于高于A的水平面，，從挖掘機的設(shè)計手冊我發(fā)現(xiàn)的取值是取動臂油缸最短長度的0.5-0.6長。B點一般選擇取在動臂彎曲部位的下方。2.3.3.2、動臂的幾何參數(shù)的確定參考WY200型號的挖掘機和設(shè)計手冊初選=，伸縮比為1.65，動臂油缸數(shù)目為2，缸徑D1=140mm,活塞桿直徑d1=90mm,確定U點的位置：=（2-3）根據(jù)=UF/UC得：（2-4）取=2175mm，則=3864mm2.3.4、反鏟斗桿參數(shù)的確定2.3.4.1、斗桿的結(jié)構(gòu)形狀及斗桿結(jié)構(gòu)上各鉸接點位置的布置如圖2-4中為斗桿油缸在此種情況下產(chǎn)生最大挖掘力所在的姿態(tài)；此時，斗刃與斗齒的運動曲線相切，相切后角度為零，則阻力臂按數(shù)學(xué)公式如下：圖2-4斗桿油缸產(chǎn)生最大挖掘機（2-5）式中β-平面內(nèi)斗刃與QV連線的夾角，一般在左右。根據(jù)力矩平衡公式推導(dǎo)出得：（2-6）斗桿油缸的行程與斗桿的擺角范圍及有關(guān)，其中擺角可按參照同類機型初選，其參考范圍在。減小其值會減小挖掘機在挖掘過程中的作業(yè)范圍；增大其值會增加斗桿的結(jié)構(gòu)條件限制，使平均挖掘力減小。斗桿的實際挖掘轉(zhuǎn)角（1/2-2/3）之間，查閱資料得到D=140mm，d=90mm的斗桿可獲得的最大挖掘力為82kN得到=1.3m。2.3.4.2、確定D點的位置按圖2-5所示的幾何關(guān)系，推導(dǎo)斗桿油缸和動臂的鉸接點D與斗桿和動臂的鉸接點F的距離的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：圖2-5斗桿結(jié)構(gòu)參數(shù)（2-7）參閱資料的得到公式：（2-8）其中，為伸縮比為1.6-1.7，得到=2756mm參考WY200型號的挖掘機和挖掘機設(shè)計手冊，，斗桿油缸伸縮比為1.6-1.7與前面選擇的一樣，為的是便于更換，斗桿數(shù)目為1，缸徑為D1=140mm，活塞桿直徑d1=90mm,擺角。2.3.5、鏟斗連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計2.3.5.1、鏟斗連桿機構(gòu)的設(shè)計要求：要讓鏟斗在挖掘的過程中有足夠轉(zhuǎn)角。能夠讓挖掘機鏟斗上的斗齒產(chǎn)生滿足挖掘時所需的挖掘力，并且其力在挖掘時的變化曲線盡量跟挖掘阻力的變化曲線一致。機構(gòu)不能發(fā)生干涉。2.3.5.2、鏟斗連桿機構(gòu)的設(shè)計根據(jù)前面鏟斗的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：如鏟斗挖掘回轉(zhuǎn)半徑（）、鏟斗平均寬度b、鏟斗上兩鉸點距離KQ、KQV以及轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角2，從而初選反鏟鏟斗連桿機構(gòu)的尺寸參數(shù)。根據(jù)前面除了鏟斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，確定鏟斗連桿結(jié)構(gòu)還有其他結(jié)構(gòu)主要參數(shù)如下：根據(jù)WY200機型和挖掘機設(shè)計手冊知道，鏟斗油缸的油缸直徑D3=140mm,d3=90mm，鏟斗油缸的伸縮比為1.6-1.7，如圖2-6，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，按以下數(shù)學(xué)公式關(guān)系選則鏟斗連桿機構(gòu)的主要尺寸參數(shù)：圖2-6鏟斗連桿結(jié)構(gòu)等的示意圖KQ=1/3或KQ=（0.3-0.38）（2-9）MNKQ，HN（1-1.5）MN，HKHN，NQ(0.7-0.8)MN，根據(jù)式2-1、2-2、2-9以及同類機型與設(shè)計手冊得KQ=476mm，MNH=，NQ=573mm，MN=577mm，HK=577mm2.3.6、反鏟工作裝置設(shè)計的混合法如圖2-7所示，根據(jù)前面所選的參數(shù)，繪制機體外形尺寸、整機坐標(biāo)系，標(biāo)出主要工作尺寸（最大挖掘深度H1，最大挖掘高度H2，最大卸料高度H3，最大挖掘半徑R1）、回轉(zhuǎn)中心位置、回轉(zhuǎn)底盤G1重心位置、平臺重心G2位置及回轉(zhuǎn)平臺個高度h1。圖2-7普通反鏟工作工作裝置設(shè)計基準(zhǔn)參數(shù)根據(jù)前面得到的的鏟斗回轉(zhuǎn)半徑、鏟斗平均斗寬b和鏟斗挖掘轉(zhuǎn)角（），在最大卸料高度H3之上標(biāo)出鏟斗與斗桿鉸接點Q的最高位置水平線，最大挖掘深度H1之上標(biāo)出鏟斗與斗桿鉸接點Q的最低位置水平線，如圖2-8所示。圖2-8工作裝置的作圖法初選動臂油缸全縮時的動臂俯角（參考WY200號機型在），在動臂與機身鉸接點C處畫出動臂最低方位CC1，如圖2-8所示。選取不同的動臂長度，把其作為半徑，C點為圓心畫弧，在CC1線上得到多處交點，如圖2-8中的、、、，然后分別過以上各交點作為垂直于停機面的直線上，這些線段與相交得出斗桿與鏟斗的相應(yīng)鉸接點了，這些對應(yīng)點之間的垂直距離即代表不同方案是的斗桿長度，則：(2-10)-動臂俯角（代負(fù)值）-最大挖掘深度（代負(fù)值）根據(jù)文獻(xiàn)參考=1.1-2.0之間，根據(jù)以上結(jié)果在選定的同時在圖2-8中標(biāo)出的動臂與斗桿的鉸接點位置，如圖2-8中的點。初選動臂與斗桿的最大夾角（），在圖中的動臂最低點位置處選定，作出斗桿方位線，如圖2-8中的，并在其延長線上標(biāo)出斗齒尖位置點，則。以為圓心，為半徑作弧交延長線與點，斗齒尖距C的最遠(yuǎn)距離為，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：（2-11）（2-12）以C為圓心、為半徑作圓交于，交延長線與點，弧段應(yīng)是包絡(luò)線的其中一部分，并通過最大挖掘半徑時的斗齒尖位置點，該點作為斗桿與鏟斗鉸接點的最高位置；以為圓心，為半徑作弧與最大挖掘高度相交得到斗齒尖的最高位置。自點作垂線交線于點P，則：(2-14) (2-15)初選斗桿的擺角在之間，鏟斗的轉(zhuǎn)角在之間，如圖2-9所示。圖2-9工作裝置的作圖法動臂的彎角的根據(jù)資料的到其范圍在，把B點布置在動臂彎曲的中間部分，這樣不至于影響挖掘深度，對于上下動臂的比值，其取值范圍在1.1-1.3，動臂油缸的長度比在1.6-1.7之間。2.3.7、最大挖掘阻力的計算鏟斗挖掘時，其法向的值很小，幾乎忽略不計，則其受到的挖掘阻力主要在切向方向上，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：(2-16)K-挖掘比阻力，取20N/b-斗寬，cm，取120cmH-挖掘深度，一般取H=（0.1~0.33）b，cm則=95.04KN2.3.8、物料重力加載物料重力是根據(jù)挖掘機斗容量為1.0m3的情況進(jìn)行計算,一般選取土壤密度最大的，即是三級土壤，它的密度為1.8×kg/m3,則挖掘機的物料質(zhì)量為2.16×kg,物料重力為21.17kN。

第三章基于PRO/E的液壓挖掘機建模Pro/ENGINEER是一款功能比較強大的三維軟件，它包含了從開始的草繪的繪制到三維圖完成和工程圖的導(dǎo)出，它包含許多的使用模塊，使用期模塊對三維造型進(jìn)行全方位的設(shè)計，使我們機械專業(yè)使用比較多、應(yīng)用比較多的三維軟件。3.1、對動臂建模繪制動臂主要使用拉伸、打孔、倒圓角、鏡像等指令來完成，先草繪出側(cè)面的輪廓進(jìn)行拉伸出大概的主體，再通過鏡像、拔模與打孔等指令完成其他的部分從而得到：圖3-1動臂的側(cè)面圖3-2動臂-斗桿連接處圖3-3動臂上耳座支座3.2、對斗桿的建模斗桿的建模與動臂的建模的步驟差不多，都是用拉伸、打孔、倒圓角、鏡像等指令來完成，先草繪出側(cè)面的輪廓進(jìn)行拉伸出大概的主體，再通過鏡像、拔模與打孔等指令完成其他的部分從而得到：圖3-4斗桿側(cè)面圖3-5斗桿-油缸連接出圖3-6斗桿上耳座支座3.3、對鏟斗建模鏟斗建模所用的指令與上面相同，得到的圖：圖3-7鏟斗上部分加外框圖3-8與連桿、斗桿的連接部分圖3-9斗齒繪繪制圖3-10挖齒沿挖斗邊方向陣列，距離290，陣列數(shù)目5圖3-11鏟斗最終模型3.4、對整體進(jìn)行裝配圖3-12挖掘機總裝配圖在裝配時，首先選的是機身下部分，并定義成；旋轉(zhuǎn)臺與機身下底部的連接定義為；機身上部分與旋轉(zhuǎn)臺的連接定義為；動臂于旋轉(zhuǎn)臺的連接定義為；其他零件的鏈接都是，除了油缸中兩桿件的連接定義為，如圖3-12。

第四章對挖掘機分析4.1、用ADAMS進(jìn)行分析4.1.1、用ADAMS的目的由于ADAMS能很好的模仿實際情況，從而更好的了解到各個鉸接點的受力情況，知道受力最大的具體位置，軌跡路線，使數(shù)據(jù)更加的接近于實際。通過使用ADAMS軟件分析，我們能夠得到的結(jié)果是各個零件每個時間的角速度，各個零件每個時間所在的位移以及各個鉸接點隨時間變化時的受力情況，模擬挖掘機的挖掘過程。制作仿真視頻。4.1.2、對ADAMS軟件進(jìn)行介紹ADAMS軟件是是一種功能強大的、針對于機械方面的動態(tài)模擬軟件。它在機械系統(tǒng)動力分析方面占有重要的指導(dǎo)地位，深受機械設(shè)計者的喜愛。在國外很多大學(xué)都開設(shè)了有關(guān)的課程，并對其進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)應(yīng)用，ADAMS能夠通過動態(tài)仿真分析得到速度、位移、鉸接點的力以及力矩的時間曲線；ADAMS能夠很好的模擬實際情況，使得到得結(jié)果更加的理性化，使得到得數(shù)據(jù)更加的接近實際。4.1.3、用ADAMS軟件對挖掘機工作裝置進(jìn)行分析4.1.3.1、分析的主要路線首先用Pro/E對其進(jìn)行建模，從pro/e保存副本中選擇Parasolid(*.x_t)格式，打開ADAMS,選擇文件→導(dǎo)入（文本類型x-t,讀取文件后再輸入一個新的模型名稱）→視圖（選擇模型）-物體（點擊最后一個零件，把其中的PSMAR1刪除）→工具（驗證模型，沒有錯誤后進(jìn)行以下操作）→點擊每個零件對其添加質(zhì)量→點擊底座，把其設(shè)為大地→選擇連接，添加每兩個兩件間的約束→選著驅(qū)動，添加所需的驅(qū)動函數(shù)→選著要添加力的零件，對其添加力并在其中添加力隨時間變化的階躍函數(shù)。4.1.3.2、分析時的主要步驟導(dǎo)入模型圖4-1后進(jìn)行質(zhì)量的添加，由于動臂處的油缸和鏟斗處的連接桿是一幅一幅的，所以在之前一點要對動臂處的油缸和連接桿進(jìn)行布爾操作，挖掘機設(shè)計時選擇的是鋼，添加質(zhì)量如下圖4-1。圖4-1導(dǎo)入后的模型圖圖4-2質(zhì)量特性圖4-1是對大臂（動臂}）添加質(zhì)量特性，其中表示出材料的類型以及、密度、楊氏模量、泊松比等，點擊應(yīng)用確定從而對動臂添加質(zhì)量，同理其他的每個零件也是依次對其添加質(zhì)量。添加質(zhì)量后對其添加重力，如下圖4-2。圖4-2重力設(shè)置圖4-1中表示挖掘機的重力是沿Y的負(fù)方向，選其方向的原因是本人在導(dǎo)出其圖時選擇底座的外表面是X-Y面且向上是+Y，向右是+X，所以重力豎直向下的方向即是-Y。添加質(zhì)量、重力后對挖掘機中的零件添加約束讓零件連接起來，其約束如表4-1表：表4-1零件1零件2約束機身大地固定副動臂機身轉(zhuǎn)動副連接桿連接桿球副動臂液壓缸機身轉(zhuǎn)動副動臂活塞桿動臂液壓缸移動副斗桿活塞桿斗桿液壓缸移動副鏟斗活塞桿鏟斗液壓缸移動副斗桿動臂轉(zhuǎn)動副斗桿液壓缸動臂轉(zhuǎn)動副動臂液壓缸動臂轉(zhuǎn)動副斗桿液壓缸動臂轉(zhuǎn)動副斗桿液壓缸斗桿轉(zhuǎn)動副斗桿鏟斗油缸轉(zhuǎn)動副鏟斗兩對連桿轉(zhuǎn)動副斗桿鏟斗轉(zhuǎn)動副鏟斗連桿轉(zhuǎn)動副連桿斗桿轉(zhuǎn)動副添加約束過后進(jìn)行施加載荷，首先選著零件鏟斗，選擇的力為作用力，點擊齒尖，把其力攝制在沿齒尖向鏟斗內(nèi)，在選擇鏟斗下表面，點擊其質(zhì)心從而設(shè)置其豎直向下的物料重力（由于本人選擇是重力的方向設(shè)置豎直向上所以其解約函數(shù)的值先為負(fù)值）。力設(shè)置完成后，對所有的油缸位移添加驅(qū)動函數(shù)和對力添加所需的階躍函數(shù)，目的是為了能夠真實實際的了解到其運動規(guī)律，其中的時間是參考大多數(shù)網(wǎng)上挖掘機運動時間數(shù)據(jù)。對動臂處添加的驅(qū)動函數(shù)如下：step(time,4.48,0,8.21-0.589)+step(time,8.21,0,13.38,0)+step(time,13.38,0,14.94,0.951)對斗桿處添加的驅(qū)動函數(shù)如下：step(time,0,0,3.37,-0.873)+step(time,3.37,0,8.21,0)+step(time,8.21,0,11.74,0.321)對鏟斗添處加的驅(qū)動函數(shù)如下：step(time,2,0,4.48,-0.873)+step(time,4.48,0,11.39,0)+step(time,11.39,0,13.38,0.6)對齒尖的切向力的階躍函數(shù)如下：step(time,11.39,0,11.74,-95040)+step(time,11.74,0,14.94,95040)對物料重力的階躍函數(shù)如下：step(time,11.39,0,13.38,21170)4.1.3.3、分析結(jié)果鏟斗位移圖、角加速度圖以及鉸接點的受力圖，如圖圖4-3、圖4-4、圖4-5、圖4-6。圖4-3表示的是鏟斗的位移情況，其中紅色的線條表示的是鏟斗在X方向位移隨時間的變化情況；藍(lán)色的線條表示鏟斗在Y方向位移隨時間的變化情況；粉紅色的線條表示鏟斗在Z方向位移隨時間的變化情況；黑色的線條表示的是鏟斗的總位移隨時間的變化情況。圖4-4中的線條顏色表示與圖4-3在X、Y、Z的是一樣的，都是紅-X、藍(lán)-Y、粉-Z、黑-總的，只是圖4-4表示的是鏟斗的角速度隨時間的變化。圖4-3鏟斗位移曲線圖4-4鏟斗角速度圖4-5、圖4-6中的紅色線條都是表示的是鏟斗上的鉸接點受到在X、Y、Z合力隨時間的變化情況。圖4-5鏟斗與小臂的連接處圖4-6鏟斗與小臂的連接處通過圖4-3我們能清晰的了解到鏟斗在X、Y相對于原點的位子圖，明確的知道相對原點其距離的大小，而結(jié)合圖4-4我們能根據(jù)角速度得到其角度的大小從而確定鏟斗的具體位置，再結(jié)合圖4-5、圖4-6知道什么時候受到的力達(dá)到最大，從找出受力最大的位置。各個鉸接點的受力的情況情況如下表4-2：表4-2動臂與機座連接時連接處的受力情況機座與動臂油缸連接時連接處的受力情況動臂與動臂油缸連接時連接處的受力情況動臂與斗桿油缸連接時連接處的受力情況斗桿與斗桿油缸連接時連接處的受力情況連桿與鏟斗連接時連接處的受力情況動臂與斗桿連接時連接處的受力情況斗桿與鏟斗油缸連接時連接處的受力情況連桿與斗桿連接時連接處的受力情況鏟斗與斗桿連接時連接處的受力情況連桿1與斗桿油缸連接時連接處的受力情況連桿2與斗桿油缸連接時連接處的受力情況通過各個鉸接點隨時間變化受到的總力對比發(fā)現(xiàn)，動臂的幾個鉸接點受到的總力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他鉸接點處的總力，但是動臂油缸與機身、動臂油缸與動臂處的受到的力是兩對油缸的合力，所以只有動臂與機身的鉸接處受到的力最大，動臂與機身鉸接的地方必須要足夠的厚。在設(shè)計的時候，動臂與機身連接的地方比較厚，所以下面我們同過ANSYS軟件分析看看動臂與機身的鉸接處是否會出現(xiàn)危險截面。4.2、用ANSYS進(jìn)行分析4.2.1、用ANSYS的目的用ANSYS軟件對挖掘機的工作裝置進(jìn)行分析，模擬真實的受力情況，觀察各個零件的變形情況以及應(yīng)力、應(yīng)變的變化情況；對變形較大的地方進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對應(yīng)力、應(yīng)變集中的地方進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)；通過改進(jìn)減小變形量，通過改進(jìn)，減小應(yīng)力、應(yīng)變的大小，消除應(yīng)力集中的現(xiàn)象。4.2.2、對ANSYS軟件進(jìn)行介紹ANSYS是一款很多人都在使用的有限元分析軟件，它能幫助我們對設(shè)計好的產(chǎn)品進(jìn)行模擬分析受力，能通過分析圖和其他人進(jìn)行交流溝通；在分析的時候我們能發(fā)現(xiàn)其中的不足，并對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使設(shè)計的產(chǎn)品能變得更加的好。我們能通過ANSYS軟件找到其中的危險截面和應(yīng)力集中的部位，使我們優(yōu)化改進(jìn)的時候能通過改變其外形或結(jié)構(gòu)再進(jìn)行優(yōu)化分析而得到改善，而不是通過計算進(jìn)行優(yōu)化。4.2.3、ANSYS對挖掘機工作裝置進(jìn)行分析分析的基本過程：初步確定（分析類型、單元類型、模型類型）→前處理（建立導(dǎo)入幾何模型、定義材料屬性、劃分網(wǎng)格）→求解（施加載荷、求解）→后處理（查看結(jié)果得出結(jié)論、檢驗結(jié)果的正確性）4.2.3.1、分析的主要路線首先用Pro/E對其進(jìn)行建模，從pro/e保存副本中導(dǎo)出igs的文件，打開ANSYSWorkbench→在ComponentSystems中選擇StaticStructural的項目模塊→導(dǎo)入模型(點擊Geometry選擇其中的ImportGeometry→Browse選擇你所存的IGS圖)→選擇Model從而導(dǎo)入模型。導(dǎo)入模型后對材料和網(wǎng)格等進(jìn)行處理：設(shè)置單位系統(tǒng)（選擇主菜單中的Units→Metric中的mm,kg,N,s,Mv,mA設(shè)置單位為米制）→選擇部件位置設(shè)置材料（點擊Projectschematic選EngineeringData）→打開材料特性應(yīng)用（點擊EngineeringDataSources→點擊左上角的EngineeringDataSources選擇其中的GeneralMaterials）→點擊OutlineofGeneralMaterials選擇其中的GrayGastIron(選擇+)→返回Project選擇model(點擊Refresh)→選擇Geometry下的Part1并選擇Material(選steel)→進(jìn)行網(wǎng)格劃分（選擇Mesh中的Sizing設(shè)置其為50mm）→施加載荷點擊RemoteForce（對鏟斗添加一個豎直向下的物料重力和一個沿著齒尖的切力）→分析得出結(jié)果。4.2.3.2、分析時的主要步驟首先打開ANSYSWorkbench軟件（大概等2-3分鐘）出現(xiàn)的界面如圖4-7、圖4-8。4-7主工作界面圖4-8分析工作界面選擇其中的StaticStructural建立一個含有StaticStructural的項目模塊如圖4-9所示，圖4-9導(dǎo)入模型圖4-10選擇大的零件進(jìn)行單獨網(wǎng)格劃分圖4-11設(shè)置后的網(wǎng)格大小導(dǎo)入模型，點擊其中的Geometry(選擇ImportGeometry→Browse選擇保存的IGS格式的圖)，再雙擊Model啟動Mechanical應(yīng)用程序，設(shè)置單位系統(tǒng)（選擇mm,kg,N,s,mV,mA），選擇材料和設(shè)置網(wǎng)格都按前面前處理如圖4-10/4-11，下面是添加力后的圖如圖4-12所示。圖4-12添加力后的示意圖其中A表示標(biāo)準(zhǔn)重力常數(shù)，B表示固定支架，C表示豎直向下的物料重力，D-H表示在齒尖上受到的切向力。再對所有的油缸添加壓強如圖4-13.圖4-13添加壓強添加完所有的壓強，但由于在ADAMS中無法準(zhǔn)確的測到油缸中的壓強所以添加的是極值，出現(xiàn)的值可能會大但所出現(xiàn)的危險截面或節(jié)點不變，只受到齒尖切向力時利用計算機進(jìn)行分析得到圖4-14，圖4-15，圖4-16，圖4-17所示。圖4-14受齒尖切力變形云圖未做優(yōu)化時，我們可以從圖中看到挖掘機只受到鏟尖切向力的時候，變形最大的是鏟斗部分，變形最大值為2.314cm，從鏟斗到底座，每個零件的變形量在逐漸減小。圖4-15受齒尖切力等效應(yīng)力云圖圖4-16受齒尖切力等效彈性應(yīng)變云圖圖4-17受齒尖切力時具體零件受到應(yīng)力最大從圖4-14、4-15、4-16中的我知道應(yīng)力、應(yīng)變集中的位置，即鏟斗油缸與連桿連接的銷釘之間出現(xiàn)了應(yīng)力、應(yīng)變集中的現(xiàn)象。出現(xiàn)最大應(yīng)力時598.32MPa。在ADAMS分析中知道，挖掘機的鏟斗受到的最大力不是在受到物料重力和切力一起的情況下發(fā)生的，所以我們還要分析受到物料重力最大的情況，得到圖4-18、圖4-19、圖4-20所示。圖4-18受物料重力變形云圖從鏟斗只受到物料重力的時候，鏟斗的下底部形變最大，最大的地方是1.5503cm,并且連桿部分也發(fā)生了最大形變，從鏟斗到底座呈現(xiàn)出減弱的趨勢。圖4-19受物料重力等效彈性應(yīng)變云圖N圖4-20受物料重力等效應(yīng)力云圖雖然跟鏟尖受切力時，最大的應(yīng)力應(yīng)變也出現(xiàn)在相同的位置，但相對于前面，動臂的下面也發(fā)生的應(yīng)力集中的現(xiàn)象。最高的地方有>400MP，而且我們在分析時發(fā)現(xiàn)動臂和機身的鉸接處沒有出現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變以及變形量非常大的情況，動臂處的厚度達(dá)到要求。即使在ADAMS軟件中分析受力最大，但達(dá)的到要求。

第五章挖掘機反鏟裝在優(yōu)化5.1、針對反鏟的齒尖進(jìn)行優(yōu)化首先我進(jìn)行的優(yōu)化改進(jìn)的是齒尖部分，對齒尖部凹槽分設(shè)計的置原理與鐵鏟一樣，他能減小接觸面的應(yīng)力，減小其沖擊壓強。下面是其受到齒尖切力時的圖，如圖圖5-1、圖5-2、圖5-3所示。.圖5-1受齒尖切力變形云圖圖5-2受齒尖切力等效彈性應(yīng)變云圖圖5-3受齒尖切力等效應(yīng)力云圖上圖與第四章中未進(jìn)行優(yōu)化的圖進(jìn)行對比知道：變形量從2.314cm變?yōu)?.2028cm，其變形量減小了1.112mm，從而達(dá)到優(yōu)化效果，并且挖掘機中的應(yīng)力、應(yīng)變明顯變小了，從前面的>400MPa，減小到現(xiàn)在的351.04MPa,達(dá)到了優(yōu)化的效果。5.2、對零件進(jìn)行倒圓角優(yōu)化對斗桿油缸與連桿、連接他們的銷釘?shù)倪M(jìn)行倒圓角后的圖以及可能受力集中的面進(jìn)行倒圓角得到如下圖圖5-4、圖5-4、圖5-6、圖5-7所示。圖5-4受齒尖切力變形云圖經(jīng)過把受力集中的面與可能受力集中的面進(jìn)行倒圓角后，我們會發(fā)現(xiàn)發(fā)生形變的面不會發(fā)生改變，依然會是那個面發(fā)生形變，但是發(fā)生最大的形變量明顯發(fā)生了很大的改變，從2.314cm減到2.2486cm減小了0.3914mm.圖5-5受齒尖切力等效應(yīng)力云圖圖5-6受齒尖切力等效彈性應(yīng)變云圖圖5-7應(yīng)力集中部位從前面的應(yīng)變、應(yīng)力集和現(xiàn)在的對比我們發(fā)現(xiàn)了應(yīng)力集中的數(shù)值以及部位也發(fā)生了相應(yīng)的變化，我們能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在在銷釘處的應(yīng)力集中已經(jīng)消失，現(xiàn)在應(yīng)力最大的在動臂上，并且動臂的下面的應(yīng)力最大為391.16MPa，比前面的411.58MPa減小了20.42MPa。5.3、其他的優(yōu)化方法根據(jù)上面的優(yōu)化方法和一些現(xiàn)實當(dāng)中的實力。我們還有許許多多的有優(yōu)化方法，如我們可以改變其材料，使用一些剛度強，而韌性也比較好的材料；對其危險的截面或結(jié)構(gòu)、零件對其加加強筋；增大零件的壁厚等。

第六章改良后的挖掘機的靜力學(xué)驗證優(yōu)化前后的靜力學(xué)對比分析如下表表6-1所示。表6-1優(yōu)化前后對比優(yōu)化前優(yōu)化后齒尖受切力最大變形量為23.14mm最大變形量為20.463mm最大彈性應(yīng)變量為0.0021203mm最大彈性應(yīng)變量為0.0018656mm應(yīng)力集中在鏟斗油缸與連接桿、銷釘?shù)倪B接處,出現(xiàn)的最大應(yīng)力為411.58MPa應(yīng)力集中出現(xiàn)在動臂與斗桿油缸的鉸接處，動臂側(cè)面等地方，并且最大應(yīng)力為364.35MPa受到物料重力最大變形量為22.486mm最大變形量為23.14mm最大彈性應(yīng)變量為0.0017913mm最大彈性應(yīng)變量為0.0013342mm應(yīng)力集中在鏟斗油缸與連接桿、銷釘?shù)倪B接處,出現(xiàn)的最大應(yīng)力為345.98MPa應(yīng)力集中出現(xiàn)在動臂與斗桿油缸的鉸接處，動臂側(cè)面等地方，并且最大應(yīng)力為281.53MPa注：顏色從下到上指的是其值在逐漸增大，即紅色代表最大的值，藍(lán)色代表最小的值從上面的比較分析得到：(1)、從變形量來說在只收到齒尖切力的情況下，未優(yōu)化時鏟斗的最大形變量是23.14mm，而經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后其形變量發(fā)生了很大的改變，減小了2.577mm,減到了20.563；而在收到物料重力的情況未優(yōu)化時，鏟斗和連接桿的最大形變量是22.486mm,經(jīng)過優(yōu)化后其值變成了15.098mm,減小了7.389mm,經(jīng)過齒尖改進(jìn)后，能使鏟斗挖掘的時候受力很平穩(wěn)，挖掘泥土?xí)r受到的切向應(yīng)力減?。欢谶B接處的進(jìn)行倒圓角能減小零件與零件之間的摩擦力。（2）、從彈性等效應(yīng)變量來講只受到切力時原來出現(xiàn)出現(xiàn)的彈性應(yīng)變集最大的地方變小了，而另外出現(xiàn)的最大彈性應(yīng)變的地方的彈性應(yīng)變最大值也比未優(yōu)化時的減小0.0002547mm未優(yōu)化前是0.0021203mm，優(yōu)化后是0.0018656mm）；只受到物料重力時減小了0.0165788mm（未優(yōu)化前是0.0017913mm，優(yōu)化后是0.0013342mm）。、從應(yīng)力分布來分析只受到齒尖的切向力的時候，其受到的最大應(yīng)力大小為411.58MPa，而齒尖進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，其受到的最大應(yīng)力大小為364.35MPa，減小了43.23MPa，并且未優(yōu)化時受到應(yīng)力最大的應(yīng)力集中的地方已經(jīng)基本消失；受到其物料重力時，最大應(yīng)力為345.98MPa，經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后，其值變小到281.53MPa,所以優(yōu)化很成功。而觀察其應(yīng)力大小，選擇的是Q345B，其密度為7.85g/cm，其屈服強度在275-345MPa,抗拉強度在450-600MPa，延伸率大于17%。

第七章總結(jié)本學(xué)期通過做畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多的東西，感觸特別的深，讓我感覺很累但很充實；在本學(xué)期我經(jīng)常和兩位同學(xué)經(jīng)常到實驗室去做我們的畢業(yè)設(shè)計，利用實驗室里的高配置電腦對ADAMS軟件和ANSYS軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，解決在學(xué)習(xí)過程中的種種問題；在次過程中我們遇到過導(dǎo)入模型不成功、零件的質(zhì)心消失、對零件的網(wǎng)格劃分不成功等問題；也運到過軟件的證書被360自動刪除系統(tǒng)性問題，雖然我們在此過程中很累，但它也給我們帶來了成功解決問題后的快樂和每天都學(xué)到東西的充實感。在這次的畢業(yè)設(shè)計中，我通過運用ADAMS軟件對挖掘機運動狀態(tài)進(jìn)行模擬分析，讓我們進(jìn)一步的了解到挖掘機的運動軌跡；通過運用ANSYS軟件對挖掘機進(jìn)行靜力分析，讓我們了解到變形量與應(yīng)力、應(yīng)變。結(jié)合ADAMS軟件和ANSYS軟件結(jié)合使用，使挖掘機的分析更加的接近實際情況，分析出來的數(shù)據(jù)更有依據(jù)性，結(jié)合分析時得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使設(shè)計出來的挖掘機工作裝置更加合理性，但由于本人的能力有限不能對挖掘機的工作裝置進(jìn)行整體的優(yōu)化改進(jìn)。