QTZ40塔式起重机变幅机构的优化设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 QTZ40塔式起重机—变幅机构的优化设计 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 课题来源 导师课题 课题类别 毕业设计 一、论文资料的准备 装载机工作装置是组成装载机的关键部件之一。它按有无铲斗托架可分为有铲斗托架和无铲斗托架两种类。有铲斗托架的工作装置其铲斗装在托架上，并由托架上的铲斗液压油缸控制铲斗转动。由于铲斗托架重量大，使得铲斗的装载重量相应减少，因此，国内外装载机广泛采用无铲斗托架式工作装置。按组成连杆机构的构件数不同可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆；按输入和输出杆的转向不同，又可分为正转机构（输入杆件与输出杆件转向相同）和反转机构（输入杆件与输出杆件转向相反）。其中转斗缸后置式反转六连杆机构由于机构简单紧凑、容易布置，同时又能满足主要设计要求，如能获得大的传动比和掘起力，良好的铲斗平移性能。 ZL50装载机工作装置为无铲斗托架转斗油缸后置式反转六连杆机构，反转六连杆机构由摇臂、动臂、铲斗和连杆组成的四连杆机构，铲斗液压缸与动臂液压缸等组成，装载机的铲掘和装卸作业是通过工作装置的运动来实现的。当动臂处于某种作业位置不动时，在铲斗液压缸作用下，连杆机构可使铲斗绕其铰点转动；当铲斗液压缸闭锁时，动臂在动臂液压缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构能使铲斗保持平移或斗底平面与地面的夹角控制在很小的范围内，以免装装满物料的的铲斗由于倾斜而撒落；当动臂下降时，能使铲斗平放在地面上。 铲斗用以铲装物料；动臂和举升油缸用来提升铲斗；转斗油缸通过摇臂、连杆使铲斗转动。工作装置的作业过程大致是这样的：动臂油缸回缩，将动臂下放至下限位置（即动臂油缸全缩）后，铲斗插入地面，斗尖触地，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆；然后转斗油缸伸出，转动铲斗，铲取物料：待铲斗收斗后，转斗缸闭锁，动臂油缸伸出，举升动臂，将铲斗升到适当的运输位置，然后驱动装载机，载重驶向卸料点；到达卸料点后，保持转斗缸长度不变，动臂油缸继续伸长，将铲斗举升到任意卸料高度；然后将动臂油缸闭锁，转斗油缸收缩翻转铲斗，装载机卸载；卸料结束后，动臂油缸回缩，下放动臂，实现铲斗自动。 对装载机工作装置的主要设计要求，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时（此时动臂油缸封闭），在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动卸料，通常要求卸料角不小于４５度，以保证卸料干净。当动臂在动臂油缸作用下，提升或降低铲斗过程中（此时转斗油缸闭锁），连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或控制斗底平面与地面的夹角在很小的范围内变化，以免由于铲斗产生倾斜而使装满的物料散落而造成安全事故。通常，要求铲斗在上升。下降过程中最大转角差不大于15度；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高生产率。此外，连杆机构还应具有良好的动力传递性能，运动中不与其他构件发生干扰，而且具有足够的强度和刚度等。这些就是后面的运动仿真分析和有限元结构分析所考虑的问题了。 1929年生产出第一台轮式装载机，（斗容0.753立方米，载重680公斤）。这是较早的装载机，采用门架式结构。在这之前是用钢绳提斗式的装卸机具。这一时期的装载机结构特点是：发动机前置，前轮小，后轮大，单桥驱动，前轮转向，轮架式工作装置用钢绳提臂翻斗，拖拉机底盘，牵引力小，铲斗切入力小，作业速度低。 到了四十年代有了专用底盘，由克拉克公司于1947年生产，采用的是液压-连杆机构，取代了以前的门架式结构。专用底盘具备了现代装载机的外形，提高了提升速度，卸载高度和掘起力，因而可用于松散的土方和石方，这是装载机发展过程中的第一次重大突破。 到了五十年代，装载机的结构性能更加完善了，1951年美国开始采用液力机械传动，同时车架结构采用三点支撑，提高了车辆的越野性和牵引性。这时候装载机开始形成系列化专业化生产。这时期的装载机传动系统形成了柴油机-液力变矩器-动力换挡变速箱-双桥驱动，这又是一次重大突破。 六十年代，生产出了能在矿山作业的大型装载机，这时期采用的是铰接式的装载机，这是第三次重大突破。铰接转向的优点是：铲斗随前车架转向，可满足原地转向；与刚性车架相比，一个作业循环内平均行驶路程少，生产效率高，转弯半径小，机动性好，适用于狭窄场地作业。 七十至八十年代，这个时期的装载机工作装置朝着安全、操作省力、维修方便等方面发展。如钳盘式制动器取代了蹄式制动器。（沾水复原性好，散热性好，寿命长等）销轴采用二硫化钼润滑，由10小时加一次润滑脂变为100小时加一次。 二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题） 设计工作结构和参数计算并分析确定其液压系统的工作原理和工作过程。绘制装载机工作装置结构原理图，并完成各部分零部件图的绘制，按要求编制总体设计说明书。完成上述要求要用到机械设计及原理、理论力学、材料力学、机械制造、和熟练运用相关软件等知识。 在掌握装载机基本构造、工作原理和性能要求等知识的基础上，综合运用机械原理、机械设计优化设计、力学等基础知识，借助于计算机辅助设计手段，对装载机工作机构进行参数化设计，摆脱进行大量计算的传统设计方法，减少重复设计，缩短工作机构的设计周期，提高设计质量。 在利用计算机进行运动仿真之前，我们要对装载机的各个零件进行设计计算及绘图，具体步骤如下： 1.分析装载机的发展状况和推土机的结构类别。 2.选择装载机机的各部件形式。 3.计算装载机作业的阻力 4.确定装载机总体参数。 5.对装载机的工作装置进行总体布置。 6.计算装载机的稳定性。 7.选择工作装置结构形式。 8.对工作装置运动和受力进行分析 最后，利用Proe建立装载机工作装置的实体模型，并在电脑屏幕上进行模拟工作系统运动仿真，以便能及早的发现机构参数上的设计错误，从而减少了物理样品试制过程中出项的各种问题。利用其中的动态模拟自动检测各杆件在运动过程中的干涉问题，效率高、准确度好，解决了传统设计中的难题，使杆件干涉问题在设计过程中得到了有效的解决。缩短新产品的开发周期，为装载机工作机构的设计提供方便、实用的设计方法、仿真分析。有助于理解和分析工作装置运动时产生的结果，并提供相应的改进信息。应用Proe 软件的建模和动态模拟仿真分析等模块，成功地解决装载机工作装置传统设计中无法直观观察工作装置空间运动状况的难题，是直观、方便地进行装载机工作装置的设计、布局、模拟和动态分析的一次有益尝试，为生产高质量、高性能的装载机工作装置提供了可靠保障。 三、主要内容、研究方法、研究思路 主要内容： 1.确定ZL50装载机工作装置的结构方案，并阐述装载机的适用范围与功能优势。 2.确定装载机总体参数、工作装置主要参数，了解各零部件的加工方案。 3.对系统中各零部件进行设计计算,确定个零部件的尺寸。 4.对装载机工作装置进行设计计算。 5.绘制出其装配图及若干零件。 6.利用Proe设计软件对装载机工作装置进行三维建模和运动仿真。 研究方法： 前期人工计算出装载机工作装置各个零件的确切数据，绘制零件图。然后对装载机工作装置的设计数据录入装载机工作装置数据库系统，此系统包括管理模块、查询模块、文件管理模块和帮主模块。然后对工作装置的设计数据进行分类。这样可以实现对复杂数据的快速提取，并采用直观的树形图显示参数信息，方便完成查询操作，数据的同列与汇总。然后利用Proe设计软件对装载机工作装置进行三维建模和运动仿真。 研究思路： 利用Proe设计软件，建立装载机工作装置的三维实体模型，并对工作装置的模型添加运动副约束与运动约束。最后对装载机工作装置进行力学与运动学仿真分析。 四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） 2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理资料 2013.4.12-2013.4.25 方案选择及总体设计 2013.4.26-2013.5.9 绘制总图 2013.5.10-2013.5.23 工作装置设计 2013.5.24-2013.6.13 工作装置运动及受力分析计算 2013.6.14-2013.6.22 绘制零件图纸 2013.6.23-2013.6.27 准备论文及答辩 五、主要参考文献 [ 1 ]宁晓斌,孟彬,姚宏,等. 装载机工作装置强度的动态仿真研究[J ] . 工程机械, 2008年. [ 2 ]马文蕾,毕玲霞,毕玉强. 装载机工作装置优化设计及多体系统动力学仿真[J ] . 机械研究与应用,2008年. [ 3 ]陈亮,宋德朝. 基于Pro/ Mechanism 的装载机工作装置运动仿真[J ] . 机械,2008年 . [ 4 ]葛永斌, 陈秀玉,肖威威. 基于Pro/ E 的装载机工作装置优化设计[J ] . 农业装备与车辆工程,2008年. [ 5 ]吕其惠,王力夫. 基于Pro/ E 的多功能装载机工作装置的设计及仿真分析[J ] . 农业装备与车辆工程, 2007年. [ 6 ]曹旭阳. 装载机工作装置的仿真与校核[J ] . 建筑机械,2008年. [ 7 ]赵耀虹。基于Proe的装载机工作装置的仿真研究[ J ].陕西科技大学学报2009年27期. [ 8 ]吴永平等.工程机械设计机 北京 化学工业出版社 2007. [ 9 ]杨占敏.轮式装载机.北京,化学工业出版社,2007. [ 10 ]吴庆鸣 何小新 工程机械设计 武汉 武汉大学出版社 2006. [ 11 ]杨国平 现代工程机械技术 北京 机械工业出版社 2006. [ 12 ]杨晋升 轮式装载机设计 北京 机械工业出版社 1986 [ 13 ]杨卫平等.三维实体造型技术在装载机工作装置设计中的应用[J].矿山机械2005年3期 [ 14 ]郭卫等. 基于Proe软件的装载机工作装置虚拟样机与仿真分析[J].工程机械2005年3期 [ 15 ]杨占敏，王智明，张春秋，等. 轮式装载机［M］. 北京：化学工业出版社，2006. 指导教师意见： 指导教师签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系意见： 系领导签名： 日期： 系盖章 课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他 课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。