挖掘机械是工程机械的一种主要类型，是土石方开掘的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。据统计，采用一台1.0m3斗容量的单斗挖掘机，挖掘Ⅳ级以下的土壤时，每班生产率大约相当300～400个工人一天的工作量；而一台日产20万m3的大型斗轮挖掘机，则可代替5～6万人的劳动。由此可见，挖掘机在现代化建设工程中的功用，而挖掘机完成各项功能的主要构件又是挖掘机的工作装置，所以对于挖掘机工作装置的设计和研究就显得极为重要了。

工程施工中约有60%以上的土石方量，系有挖掘机来完成的。挖掘机从诞生到现在已经有170多年的历史，期间经历了由蒸汽机驱动，利用杠杆原理，有轨式的挖掘机，到电力驱动及内燃机驱动的全回转挖掘机，最后发展到现在生产的电控式、半智能化挖掘机。挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏浚工作。模拟人的掘土工作，以蒸汽机驱动的“动力铲”诞生于十九世纪（1836年）。挖掘机的发展经历了四个阶段，第一阶段：机械式挖掘机，由蒸汽机或柴油机提供动力利用杠杆原理进行机械传动，行走方式为有轨式移动，有的可以在小范围内回转有的不能回转。其中由柴油机提供动力的挖掘机是挖掘机发展史上的飞跃。第二阶段：液压挖掘机，1950年液压挖掘机在德国开始发展，液压技术的运用是挖掘机发展史的第二次飞跃。第三阶段：电控式挖掘机，1970年世界知名厂家开始生产，电控技术应用是挖掘机发展史的第三次飞跃。第四阶段：智能型挖掘机（未来挖掘机的发展方向）。

2.履带式挖掘机的发展现状

目前市场上应用最广泛的就是反铲式单斗液压挖掘机，也是最常见的。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间结构，挖掘机工作装置主要有动臂、斗杆和铲斗，斗杆有整体式和组合式两种，大多数挖掘机斗采用整体式斗杆，国内外对其运动分析，机构和结构参数优化设计方面都做了比较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。当前，国际上挖掘机的生产正向大型化，微型化，多能化和专业化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。液压挖掘机由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，因而世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，不断降低成本，实现标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，其趋势为:

①向大型化发展的同时向微型化发展。

②更为普遍地采用节能技术。

③不断提高可靠性和使用寿命。

④工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。

⑤由内燃机驱动向电力驱动发展。

⑥液压系统不断改进，液压元件不断更新。

⑦应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。

⑧增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。

⑨在液压挖掘机产品功能方面，液压挖掘机工人机工程学在设计中的充分利用。

二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题）

本课题针对WY100液压履带式挖掘机的总体设计、工作装置设计及其运动仿真进行了重点研究。目的在于阐明WY100液压履带式挖掘机铲斗挖掘时的受力状况，总体及工作装置的设计，根据对挖掘阻力的分析，对挖掘机进行动力学仿真，为进一步分析研究挖掘机工作装置的强度提供证据。

液压挖掘机工作装置是完成液压挖掘机各项功能的主要构件,其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。因此，对挖掘机的设计和研究就显得非常重要。利用CAD对设计的模型进行仿真操作，在模拟真实环境中的工作状况并对其进行分析和判断，让设计者尽早发现设计的缺陷和潜在的失败可能并及时修改与优化，这样既能缩短产品的设计周期、提高产品的可靠性，又能实现产品的优化设计，从而减少后期修改付出的昂贵代价。

利用此软件能够进行快速正确的分析计算，形象直观、操作简单，当改变参数时只要在计算机的有关界面上简单操作就能达到修改的目的，从而实现减少用户的工作强度。同时对产品进行运动仿真，能够形象生动地进行产品的运动模拟，使仿真运动更加清晰地展现在设计人员和用户面前，对于挖掘机的研究有非常重要意义。

三、主要内容、研究方法、研究思路

主要内容：

1、结合资料进行分析，了解液压挖掘机工作装置的工作原理。 

2、按一定比例运用CAD绘制液压挖掘机工作装置的各零部件。 

3、运用所学会的装配方法将各零部件进行装配。

4、运用CAD的仿真运动系统实现其运动仿真。

研究方法：

挖掘机工作装置主要有动臂、斗杆和铲斗，斗杆有整体式和组合式两种，大多数挖掘机斗采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的办法，或者在都赶上设置2-4个可供调节时选择的与动臂端不铰接的孔。由于工作半径、最大高度和最大深度的不同工作装置都有不同的参数。通过计算算出一个工况的工作参数，再通过编程算出各个工况的工作参数。

首先用已知数据计算出一个工况的合理性之后，再运用软件CAD模拟出各个工况的工作参数曲线，以验证所设计的动臂、斗杆和铲斗的参数都是合理的。在这里主要模拟出斗杆的工作参数在各个工况都是合理的。最后通过合理的设计分析，选择最优的工作参数，使得挖掘机的工作装置能够适合多种复杂的工况，低功耗，高功率。特别是通过斗杆挖掘工况挖掘性能的分析，使得挖掘机的斗杆更进一步的优化。

研究思路：

1、工作装置结构形式的选择。

2、工作装置运动和受力分析。

3、工作装置运动仿真。

四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）

2013.3.21-2013.3.31 英文资料翻译

2013.4.1-2013.4.10 写开题报告

2013.4.11-2013.4.25 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] 吴永平等.工程机械设计机北京化学工业出版社 2007.

[2] 李宏、张钦良. 卡特挖掘机设计技术.北京,化学工业出版社,2007.

[3] 吴庆鸣何小新工程机械设计武汉武汉大学出版社 2006.

[4] 杨国平现代工程机械技术北京机械工业出版社 2006.

[5] 高佳宏,王琳,朱梅玲.液压挖掘机工作装置的三维设计.西安,西安工业大学,

1986

[6] 戴群亮计算机科学与技术系北京清华大学章二平蔡登生广西柳工机械股份有限公司智能化液压挖掘机的研究与应用

[7] 工程机械设计

[8] 杨彦龙液压挖掘机工作装置的虚拟样机仿真分析

[9] 杨武成液压挖掘机工作装置的虚拟样机研究

[10] 张卫国液压挖掘机工作装置动力学仿真分析及研究

[11] 张仁敬基于ANSYS和Proe的WY22挖掘机工作装置的分析

[12] 吴宗泽、罗圣国．机械设计课程设计手册．高等教育出版社，2006.5

[13] 濮良贵、纪名刚．机械设计．高等教育出版社，2000.12

[14] 吴宗泽主编. 机械设计师手册机械工业出版社，2002

[15] 周四新和青芳著.Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0基础设计[M].北京电子工业出版社2007.1

[16] 秦长海夏素民白乔等.Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0 中文版范例教[M].北京清华大学出版社,2007.10

[17] 梁玲赵春章.中文版Pro/ENGINGEER Wildfire 4.0 实用教程[M].北京清华大学出版社2008.2

[18] 孔德文等.液压挖掘机--工程机械设计与维修丛书[M].北京化学工业出版社2007.1

[19] 陈军科.液压挖掘机行业现状及发展方向.中小企业管理与科技2009.5:139

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。

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