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CAD/CAM课程

设计说明书

题目基于Pro/ENGINEER的液压挖掘机

三维建模与运动仿真

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目录

1 绪论 (3)

1.1 液压挖掘机在工程应用中的重要性 (3)

1.2 液压挖掘机的简介 (3)

1.3 Pro/ENGINEER软件的介绍 (5)

2基于Pro/ENGINEER的挖掘机参数化建模 (7)

2.1动臂的建模 (7)

2.2 斗杆的建模 (9)

2.3 挖斗的建模 (10)

2.4驾驶舱的建模 (12)

2.5 动臂液压元件 (13)

2.6挖斗液压元件 (14)

2.7连接片的建模 (15)

3液压挖掘机的装配设计 (16)

3.1装配概述 (16)

3.2基座的装配 (17)

3.3机身的装配 (18)

3.4动臂液压元件的装配 (19)

3.5斗杆液压元件的装配 (20)

3.6挖斗液压元件的装配 (20)

3.7挖掘机的总体装配 (21)

4 液压挖掘机的运动仿真模拟 (22)

5 总结 (26)

参考文献 (27)

附录

基于Pro/ENGINEER的液压挖掘机三维建模与运动仿真

1 绪论

1.1 液压挖掘机在工程应用中的重要性

液压挖掘机作为一种重要的工程机械使用在土石方施工和矿山采掘工业中，它有别于其他机械设备，它的工作环境恶劣，常工作在地质情况复杂、载荷情况多变、大气条件差的条件下。因此，其可靠性备受关注，特别是它的工作装置部分，由于要承受巨大载荷以及频繁的载荷变化，其结构安全性更要进行严格验证。近年来，随着电子计算机的快速发展，有限元分析技术和虚拟样机技术在挖掘机的设计和开发过程中得到了广泛使用，国外的研究人员对此也做了大量的研究工作与探索。

挖掘机是一种常用的、重要的工程机械，在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利水电工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中，对减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度，按时完成工期，提高劳动生产率都起着非常重要的作用。据统计，一般工程施工中约有65%—70%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量都是用挖掘机完成的。

液压挖掘机作为工程机械的产品代表，它具有重量轻、结构紧凑、挖掘力大、传动平稳、操纵简便、易实现无级变速和自动控制等系列有点，被广泛用于水利水电工程、建筑工程、市政工程、矿山采掘以及国防等工程的施工中。它具有很高的生产效率和可靠的安全稳定性，对于保证工程质量、加快建设速度有着重要作用。据建设部门统计，一台斗容为1.0m³的液压挖掘机挖掘Ⅰ—Ⅳ级土壤时，每班生产率大约相当于300—400个工人一天的作业量。因此使得挖掘机在现代“挖土改水”的建设中发挥着越来越重要的作用。

随着计算机辅助设计技术的日益推广，机械设计及制造技术发生了革命性的变化，而作为一个重要分支的液压挖掘机行业，应用现代计算机辅助设计技术势在必行。

1.2 液压挖掘机工作简介

液压挖掘机实在机械系统传统挖掘机的基础上发展起来的一种周期作业的土方机械，液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠

液体的压力能进行工作。如图1—1为挖掘机实际图片。

图1—1 挖掘机

1.2.1 液压挖掘机的组成

液压挖掘机的总体结构包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等，液压挖掘机结构简图如图1—2所示。

图1—2 液压挖掘机的基本组成简图

1-动臂； 2-斗杆； 3-挖斗； 4-连接片； 5-动臂液压缸；

6-斗杆液压缸； 7-挖斗液压缸； 11-回转装置； 111-行走装置；

工作装置各运动部件之间采用销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾

角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下铰点转动实现动臂的升降。斗杆铰接于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动臂的相对角度。当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗的转角，通过采用摇臂连杆机构来和铲斗连接。

1.2.2 液压挖掘机的工作循环过程

液压挖掘机的工作循环过程的仿真是进行液压挖掘机虚拟样机研究必不可少的一个过程。液压挖掘机的工作装置动作以及机身的回转和行走都有液压传动系统实现，原动机驱动双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀，通过司机的操作，将压力油单独或同时送往液压执行元件（液压马达和液压油缸）驱动执行机构（工作装置）工作。

其工作过程如下：

先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆与铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸除土壤，然后再回转至工作位置开始下一次作业循环。动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤。斗杆挖掘可以获得较大的行程，但挖掘力要小一些。铲斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束的时候装满土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般是由铲斗液压缸实现的。

1.3 Pro/ENGINEER软件介绍

PRO/E是美国PTC参数技术公司推出，是国际上最先进也是最成熟使用参数化特征造型技术的大型CAD/CAM/CAEA集成软件。PRO/E包括三维实体造型，装配模拟，加工仿真NC自动编程，板金设计，电路布线，装配管路设计等专有模块，ID反求工程，CE并行工程等先进的设计方法和模式。其主要特点是参数化的牲造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中的相应图形和数据也会自动更新。它的性能优良，功能强大，是一套可以应用于工业设计，机械设计，功能仿真，制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。PRO/E自动化自问世以来，多年来已成为全世界最普及的3DCAD/CAM系统的标准软件，PRO/E在今日俨然已成为3DCAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子，机械，模具，工业设计，汽车，自行车，航天，家电，玩具等各行各业。PRO/E 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造