PAGE摘要“井下鏟運機”是以柴油機或以拖曳電纜供電的電動機為原動機、液壓或液力—機械傳動、鉸接式車架、輪胎行走、前端前卸式鏟斗的裝載、運輸和卸載設(shè)備。主要用于井下礦山和隧道工程。它與地面或露天礦使用的裝載機有許多相似之處，其主要區(qū)別是井下鏟運機機身低矮、駕駛室橫向布置、采用光面或半光面井下礦用耐切割工程輪胎且裝有柴油機凈化裝置。目前，井下鏟運機的設(shè)計主要依靠以往樣機的基礎(chǔ)上演化改進。同航空、汽車行業(yè)，井下鏟運機的設(shè)計也由計算機輔助軟件來進行設(shè)計。本文依據(jù)機械設(shè)計、井下鏟運機相關(guān)書籍，結(jié)合計算機輔助軟件AutoCAD、UG，進行了尺寸的計算以及模型的建立。模型建立后，又對模型進行了運動仿真，達到?jīng)]有干涉的要求。關(guān)鍵詞：井下鏟運機AutoCADUGABSTRACT"Undergroundscraper"isadieselengineoratowcable-poweredmotorastheprimemover,hydraulicorhydraulic-mechanicaltransmission,articulatedframe,tirewalking,frontloadingbucketloading,transportandunloadingequipment.Mainlyforundergroundminesandtunnelworks.Ithasmanysimilaritieswiththeloadersusedinthegroundoropenpitmine.Themaindifferenceisthatthesubmarinescraperislowandthecabishorizontallyarranged.Itismadeofsmoothorsemi-glossundergroundminecuttingThereisadieselenginepurificationdevice.Atpresent,thedesignofundergroundscrapermainlyrelyonthepreviousprototypebasedontheevolutionofimprovement.Thedesignoftheaerospace,automotiveandundergroundscraperisalsodesignedbycomputeraidedsoftware.Basedonthemechanicaldesign,undergroundscraperrelatedbooks,combinedwithcomputeraidedsoftwareAutoCAD、UG,thesizeofthecalculationandtheestablishmentofthemodel.Afterthemodelisestablished,themodelissimulatedandtherequirementsarenotinterferedwith.Keywords:undergroundscraperAutoCADUG煙臺大學畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE2目錄TOC\o"1-1"\h\z\u第一章概述 21.1鏟運機簡述 21.2井下鏟運機的組成 41.3國內(nèi)外的井下鏟運機發(fā)展概況 41.4本章小結(jié) 7第二章工作裝置的設(shè)計 82.1概述 82.2對工作裝置的要求 82.3鏟斗的設(shè)計 92.4連桿的設(shè)計 132.5本章小結(jié) 19第三章UG環(huán)境下的建模和裝配 203.1零件的建模 203.2零件的裝配 243.3本章小結(jié) 27第四章運動仿真 284.1運動要求 284.2分析思路 294.3定義連桿 334.4創(chuàng)建運動副 334.5運動分析 364.6本章小結(jié) 41第五章動臂的有限元分析 425.1載荷分析 425.2建立有限元分析 445.2結(jié)構(gòu)分析 465.3本章小結(jié) 47總結(jié) 48致謝 49參考文獻 50第一章概述1.1鏟運機簡述井下鏟運機是用于井下開采的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)井下開采的鏟裝，運輸，卸料的功能。井下鏟運機采用電動機或者柴油機作為原動機，利用液壓傳動或者機械傳動，采用輪胎行走，運用鏟斗在內(nèi)的工作裝置，在井下裝運物料后，運輸?shù)竭\輸車輛那兒，進行卸載物料。廣泛使用于井下礦山以及隧道開采中。一般以柴油機為原動力叫做內(nèi)燃鏟運機，以電動機為原動力的叫做電動鏟運機。鏟斗的容積在1.5m3及以下的鏟運機叫做小型鏟運機；鏟斗的容量在2～4m3的鏟運機叫做中型鏟運機；容量在4m3以上的鏟運機叫做大型鏟運機。根據(jù)JB6114-92，井下內(nèi)燃鏟運機型號表示方法如下：WJ—□□產(chǎn)品改型次數(shù)鏟斗容量/m3鉸接車身/鉸無儲倉型井下內(nèi)燃鏟運機基本參數(shù)與尺寸如表1-1所示表1-1井下內(nèi)燃鏟運機基本參數(shù)與尺寸基本參數(shù)單位型號及規(guī)定值WJ-0.4WJ-0.75WJ-1WJ-1.5WJ-2WJ-3WJ-4WJ-5WJ-6鏟斗容量（基本型，堆裝）m30.40.7511.523456額定載重量t0.71.361.72.73.65.46.88.510.5鏟取力≧kN163645506577110140170牽引力≧180507090120140160180工作裝置動作時間s10141825爬坡能力≧（°）12（重載）離地間隙≧mm150165190220250280300轉(zhuǎn)彎半徑外側(cè)≦m3.54.55.06.577.5根據(jù)JB/T5500-91，井下電動鏟運機型號表示方法如下：WJD－□□改型次數(shù)鏟斗容量/m3電動/電鉸接車身/鉸無儲倉型/無井下電動鏟運機基本參數(shù)與尺寸如表1-2所示。表1-2井下電動鏟運機基本參數(shù)與尺寸基本參數(shù)單位型號及規(guī)定值WJD-0.4WJD-0.75WJD-1WJD-1.5WJD-2WJD-3WJD-4WJD-5WJD-6鏟斗容量（基本型，堆裝），極限偏差-10%m30.40.7511.523456額定載重量t0.71.361.72.73.65.46.88.510.5鏟取力≧kN163645506577110140170牽引力≧1840506290115140160180工作裝置動作時間≦s10141825爬坡能力≧（°）12（額定載荷狀態(tài)）離地間隙≧mm150165190220250280300轉(zhuǎn)彎半徑外側(cè)≦m3.54.55.06.577.51.2井下鏟運機的組成井下鏟運機的總體結(jié)構(gòu)布局如圖1-1，由圖可以看出，井下鏟運機基本由兩大部分組成。前面的車體主要的結(jié)構(gòu)是前機架，前機架用來布置工作機構(gòu)及其前驅(qū)動橋。用來實現(xiàn)鏟運機的各項功能、完成各項工作，所以又把前車體叫做工作車體。后面的車體主要是用來布置動力裝置的，用來給前車體提供動力，所以把后面的車體叫做動力車體。圖1-1鏟運機的組成1-工作裝置;2-前車架;3-司機室;4-后車架;5-蓄電池;6-前驅(qū)動橋;7-傳動軸;8-變速器;9-后驅(qū)動橋;10-液力變矩器把司機室布置成側(cè)向的，是為了適應井下礦山的運行條件，保證鏟運車司機在井下工作的時候，他的前后視野基本保持相同。這也是井下鏟運機區(qū)別地上裝載機特征之一。1.3國內(nèi)外的井下鏟運機發(fā)展概況1.3.1國外井下鏟運機的發(fā)展歷程（1）井下鏟運機的誕生1963年，世界上第一臺ST-5型鏟運機由美國瓦格納（Wagner）公司實驗成功。（2）井下鏟運機的發(fā)展和推廣20世紀70年代，國外的井下內(nèi)燃式井下鏟運機在許多廠家不斷發(fā)展研制下，不斷走向成熟。在1972年，世界上第一臺電動鏟運機（JS-100E型電纜供電的）是由加拿大的賈維斯.克拉克（JarvisClark）公司研制的。之后許多公司對井下電動鏟運機進行了研制開發(fā)。（3）井下鏟運機的迅速發(fā)展和技術(shù)進步①電動鏟運機取得突破性進展。②機型向大型化和微型化兩方面發(fā)展。鏟運機一方面變得越來越大，但是人們逐漸發(fā)現(xiàn)在井下開采的過程中，大型鏟運機并不太適用于某些礦井，比如黃金礦，它的巷道比較窄。因此人們也在不斷研發(fā)小型井下鏟運機。③動力機出現(xiàn)了重大的變革④多用化、組合化，鏟運機可以實現(xiàn)一機多用、動力互換。⑤變速箱采用電/液換擋和電子控制技術(shù)⑥驅(qū)動橋采用防滑差速器、全封閉濕式多盤制動器和光面耐切割輪胎⑦液壓系統(tǒng)不斷完善提高。⑧發(fā)展遙控鏟運機（視距遙控）⑨重視和發(fā)展自動化技術(shù)，鏟運機有想向自動化發(fā)展的趨勢。（4）井下鏟運機的成熟發(fā)展21世紀國外的鏟運機技術(shù)已經(jīng)十分成熟了，目前，世界上生產(chǎn)井下鏟運機的廠家有：德國邵普夫（Schopf）公司法德洛瑪（FADROMA）公司G.H.H公司阿特拉斯.科普柯.瓦格納（AtlasCopcoWagner）公司山特維克.湯姆洛克（SandvikTamrock）公司（5）未來的發(fā)展在此根據(jù)鏟運機過去的發(fā)展，對井下鏟運機21世紀未來的20年發(fā)展做一個預期展望。將向大型和小型分別相應發(fā)展?，F(xiàn)有機型的現(xiàn)代技術(shù)將不斷完善，并向機-電-信一體化發(fā)展。電動鏟運機會得到進一步發(fā)展。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，井下鏟運機的自動檢測和故障診斷技術(shù)，遙控，自動化技術(shù)將會得到更快發(fā)展，具有人工智能的鏟運機將進入商業(yè)化階段。高度重視環(huán)保和安全。1.3.2國內(nèi)井下鏟運機發(fā)展歷程（1）引進表2-3部分引進情況年號引進單位引進國數(shù)量型號與斗容1975年壽王墳銅礦波蘭未知LK-1型、斗容2m內(nèi)燃鏟運機31975年冶金部波蘭105臺LK-1型、斗容2m3內(nèi)燃鏟運機1976年冶金部芬蘭12臺TOTO100DH型、斗容1.3m3內(nèi)燃鏟運機1979年冶金部德國61臺LF-4.1型、斗容2m3內(nèi)燃鏟運機1980年冶金部美國7臺0.76m3的HST-A型內(nèi)燃鏟運機7臺1980年冶金部美國5臺EHST-1A型電動鏟運機5臺從70年代中期到80年代初我國已從5個國家引進了8中型號井下鏟運機234臺。80年代中期，引進其中以中型鏟運機為主和黃金礦山所需的微型鏟運機300臺。（2）自主研發(fā)70年代中期，通過改型ZL40型和ZL50型地面裝載機，長沙礦山研究院分別與廈門工程機械廠和柳州工程機械廠（天津工程機械研究所）合作研制成功DZL40型和DZL50型井下內(nèi)燃鏟運機。70年代后期到90年代初，許多研究所和機械廠合作，研制了大、中、小各種型號的井下鏟運機約30余種。但只有為數(shù)不多的機型，在礦山生產(chǎn)中得到連續(xù)使用的。90年代中期以來，研制了一批具有國外90年代水平的中型鏟運機。（3）主要成就在50年的發(fā)展后，我國的井下鏟運機技術(shù)，已經(jīng)擁有很高的水平，主要成就如下：柴油機的尾氣凈化取得突破性進展研制了電動鏟運機。已經(jīng)有了遙控鏟運機。研制和推廣礦用耐切割輪胎。研制的手段日益完善，接近世界當代水平。⑥井下鏟運機的生產(chǎn)逐步形成系列化，專業(yè)化，通用化。（4）未來發(fā)展普遍采用國外鏟運機行之有效的先進技術(shù)。以他人之長，補己之短。吸收國外鏟運機的先進技術(shù)，一步一步提高完善我國自主研制的國產(chǎn)鏟運機。廣泛應用CAD,CAM技術(shù)，完成鏟運機整體參數(shù)及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。完善電纜式電動鏟運機。大容量蓄電池的鏟運機將會得到應用。更加環(huán)保及其安全。遙控鏟運機將會得到發(fā)展。機器人的鏟運機將會得到推廣。1.4本章小結(jié)在本章中，比較全面介紹了井下鏟運機的基本情況，完成的主要工作有：（1）查閱相關(guān)文獻，確定本次任務的核心，重點；（2）介紹鏟運機的組成，分類；（3）緊接著介紹了國內(nèi)外鏟運機發(fā)展歷程。由于工作裝置在井下鏟運機的工作過程中極其重要，是井下鏟運機的核心。所以在接下來的時間里，我們主要完成井下鏟運機的工作過裝置的設(shè)計。第二章工作裝置的設(shè)計2.1概述工作裝置是鏟運機的主體，它的設(shè)計的合理與否直接影響到鏟運機的性能及其尺寸。評判一臺鏟運機的好與壞，一般看這臺鏟運機的工作裝置布置、尺寸和與其他裝置的配合是否合理。井下鏟運機的工作裝置的類型很多，不同類型的可能會組成不同，但鏟斗、動臂、連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸一般是必不可少的，如圖2-1圖2-1工作裝置的組成1-前機架；2-翻斗油缸；3-搖臂；4-連桿；5-鏟斗；6-動臂；7-舉升油缸鉸接在車架上的工作裝置，采用液壓操縱鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動臂的升降，實現(xiàn)鏟斗的鏟裝、舉升、卸料。2.2對工作裝置的要求2.2.1工作過程井下鏟運機的工作過程均可以通過工作裝置來實現(xiàn)，，它的工作情況可以分成五種狀態(tài)：(1)插入狀態(tài)：把動臂下放后，將鏟斗放置于地面，讓鏟斗的斗尖接觸地面，并且保持斗底與地面呈至傾角，這時開動井下鏟運機，借助機器的牽引力使鏟斗插入料堆。(2)鏟裝狀態(tài)：通過轉(zhuǎn)動鏟斗插入料堆鏟斗，讓鏟斗裝滿物料，鏟斗口轉(zhuǎn)到水平位置。(3)舉升狀態(tài)：鏟斗裝滿物料，動臂在舉升缸的作用下上升，直到鏟斗到達卸載高度。(4)卸載狀態(tài)：在鏟斗到達卸載高度時，在轉(zhuǎn)斗油缸的推動下，鏟斗翻轉(zhuǎn)向前傾瀉，把物料卸載在運輸車輛之中。(5)放平狀態(tài)：卸載后的鏟斗隨著動臂下放，又再次到達鏟掘位置時。2.2.2基本要求(1)傳動性：機構(gòu)運動過程中各傳動角大于小于。(2)平移性：鏟斗的舉升過程近似平動，位置角變化在以內(nèi)。(3)卸料性：保證能卸凈鏟斗中的物料，在轉(zhuǎn)斗液壓缸的作用下，應保證鏟斗的卸料角大于。(4)最大的卸載高度：鏟斗切削刃垂直方向的距離，在滿足卸載要求的情況下，不能過大，否則卸載時會對運輸車輛造成沖擊，損壞車輛。(5)最大卸載距離：鏟斗在最高狀態(tài)時和輪胎之間的距離，為了方便接下來的設(shè)計，在此將對工作裝置的要求做了一個匯編表表2-1工作裝置要求匯編表序號項目參數(shù)單位1鏟斗容量12額定載重量2T3最大卸載高度1180mm4最小卸載距離860mm5鏟斗舉起最大高度3100mm6輪胎規(guī)格10.00-207外形尺寸（長*寬*高）5800*1300*2000mm2.3鏟斗的設(shè)計2.3.1結(jié)構(gòu)形式插入阻力、鏟取阻力、轉(zhuǎn)斗阻力和生產(chǎn)率受鏟斗的形狀和尺寸影響很大。因此合理的鏟斗形狀及其尺寸對提高鏟斗的生產(chǎn)率、降低工作阻力極其重要。應該把鏟斗的形狀和尺寸作為鏟斗設(shè)計的重點。鏟斗有著兩種容積標志：一種稱作平裝斗容（物料裝平時的容積）；另一種稱作堆裝容積（物料堆高后的容積）。堆裝斗容一般作為銘牌上的標稱斗容。為了避免鏟運機在鏟運物料時，被尖銳的石頭刺傷輪胎，鏟斗的兩側(cè)要寬出輪胎50~100mm鏟斗由斗底，側(cè)壁，斗刃和后壁等部分組成如圖2-2圖2-2鏟斗組成常見的鏟斗結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，本次設(shè)計選用圖b類型(a)直線形斗刃鏟斗(b)V形斗刃鏟斗(c)直線形帶齒鏟斗(d)弧形帶齒鏟斗圖2-3鏟斗類型2.3.2鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)的確定(1)鏟斗的斷面形狀圖2-4鏟斗的斷面基本參數(shù)圖中的參數(shù)解釋：圓弧半徑后壁圓弧與后壁切點至鏟斗口之間的距離底壁長鏟斗張開角(2)鏟斗基本參數(shù)的確定R（鏟斗與動臂鉸接點至切削刃之間的距離）是鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑（見圖2-5），鏟斗的各個參數(shù)都與它有著直接或者間接的的關(guān)系，也可以說他決定著鏟運機鏟斗的尺寸。所以設(shè)計時，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R求出來作為基本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)可以通過其求出。圖2-5鏟斗參考尺寸鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑尺寸可按下式計算。（2.1）式中Vo鏟斗的平裝斗容，mBo鏟斗的內(nèi)側(cè)寬度，m;g鏟斗的斗底長度系數(shù)，g=1.40～1.53;z后壁的長度系數(shù)，z=1.1～1.2；k擋板的高度系數(shù),k=0.12～0.14；r圓弧的半徑系數(shù),r=r/R=0.35～0.4；張開角，為～；1擋板與后壁間的夾角，選擇l時應使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為任務書給出鏟斗的內(nèi)側(cè)寬度(2.2)設(shè)計參數(shù)的選擇，g=1.5，z=1.15，r=0.35，=。將以上數(shù)據(jù)，帶入(2.1)式中，得到。(3)鏟斗截面各邊尺寸計算斗底長度：(2.3)斗后壁長度：(2.4)斗底圓弧半徑：(2.5)圖2-6鏟斗截面計算(4)鏟斗平裝容量橫截面S的計算.計算式為(2.6)式中扇形AGFO的面積，m;直角三角形△GFN的面積，m;直角三角形△GAC的面積，m;角形△CGN的面積，m;由圖2-6知：(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)綜上所得：(2.11)(3)b和c的計算b的計算：(2.12)c的計算：(2.13)2.3.3鏟斗容量計算對于不裝擋板的鏟斗：(2.14)鏟斗容量計算代入(2.14)式中，。(2.15)鏟斗容量符合設(shè)計要求。2.4連桿的設(shè)計確定各個連桿的尺寸及其相互之間的關(guān)系鏟運機是工作裝置中的連桿機構(gòu)的主要設(shè)計任務，所設(shè)計的連桿必須滿足運動要求，還有設(shè)計任務中所規(guī)定的使用性能。由于連桿一方面尺寸和鉸接點的位置的相互影響、相互制約，導致連桿的可變性大，另一方面又要受到結(jié)構(gòu)的限制，可變參數(shù)甚多，因而無法單純采用理論計算的方法來確定，目前大多數(shù)采用圖解法并配合統(tǒng)計或類比法加以確定。2.4.1連桿機構(gòu)類型主要有6類連桿類型，下面將分別詳細介紹這6種連桿機構(gòu)。表2-2連桿機構(gòu)類型序號項目優(yōu)點缺點1正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu)①掘起力較大；②易實現(xiàn)鏟斗舉升平動；③連桿傳動角比較大；④鏟斗有較大的卸載角；⑤卸載速度快。①機構(gòu)復雜；②不易實現(xiàn)鏟斗自動放平。2轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)①鏟斗平移性較好；②結(jié)構(gòu)簡單，司機視野較好。①鏟掘力相對較小；②轉(zhuǎn)斗活塞行程大，轉(zhuǎn)斗缸加長；③重心外移，設(shè)備的穩(wěn)定性下降；④鏟斗不容易放平。3轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)①裝置前懸的部分小，②有較大的傳動角③液壓桿行程短；④簡化裝置結(jié)構(gòu)，改善動臂及銷軸的受力情況。①轉(zhuǎn)斗缸與車架的鉸接點位置較高，可能對司機視野造成影響；②掘起力小。4轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)①連桿系統(tǒng)倍力系數(shù)大一些，②掘起力大；④還有自動放平也很容易；⑤結(jié)構(gòu)緊湊，前懸小。構(gòu)件容易發(fā)生相互干涉。5正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)①結(jié)構(gòu)最為簡單②鏟斗容易舉升平動；③前懸較小。①鏟掘時，輸出力較?。虎谵D(zhuǎn)斗油缸行程較大，油缸結(jié)構(gòu)較長；④鏟斗卸載時，活塞桿易與鏟斗底部相碰，減小了卸載角；⑤機構(gòu)不能鏟斗自動放平。6正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)克服正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)卸載時活塞桿易于斗底相碰的缺點。其缺點正如正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)。圖2-7正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu)圖2-8轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)圖2-9轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿圖2-10轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿2-11正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)圖2-12正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)綜上，正轉(zhuǎn)五桿工作機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡便，設(shè)計方便，所以在本次設(shè)計中，采用正轉(zhuǎn)五連桿機構(gòu)。2.4.2五桿機構(gòu)的機構(gòu)分析正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)簡圖如圖2-12，由圖可以看出翻斗機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)兩部分組成了五桿機構(gòu)。翻斗機構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸，搖臂，鏟斗和機架四個構(gòu)件組成。舉升機構(gòu)由舉升油缸和動臂組成。正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù)n=7，運動低副數(shù)Pl=9，代入機構(gòu)自由度的公式(2-16)可以得到其自由度為3，當在該機構(gòu)相應的位置施加相應的驅(qū)動時，即可獲得確定的運動。2.4.3連桿的設(shè)計要求若是將整個正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)放置到的直角坐標系XOY中，我們只要把某一典型工況時的鉸接點的準確坐標求出來，工作裝置各個桿件的尺寸參數(shù)值即可由鉸接點的坐標求得。不管用什么方法確定的各個鉸接點的坐標值，所設(shè)計的五桿機構(gòu)都必須滿足以下幾點要求。機構(gòu)在運動過程中，必須滿足鏟斗的舉升平動、自動放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個位置的卸載角要求。還應該注意的是，在設(shè)計的過程之中，一定要保證工作機構(gòu)在各個位置都能正常工作，即不能出現(xiàn)“死點”、“自鎖”、“機構(gòu)撕裂”等情況發(fā)生。接下來，本文將通過圖解法，確定各個鉸接點的位置，進而確定各個桿件的尺寸。為了方便理解和操作，我們把張棟林老師主編的《井下鏟運機》中工作裝置鉸接點的確定的方法轉(zhuǎn)為表格。2.4.4動臂與鏟斗鉸接點G、動臂與機架的鉸接點A的確定表2-3G、A點的確定步驟操作注釋1確定坐標系在軟件CAD上選取坐標系XOY,選定長度比例尺為1：12畫鏟斗圖斗尖與原點O重合,斗的底壁與X軸成5゜傾角。這個時候為鏟運機的插入狀態(tài)，即為工況1。3確定動臂與鏟斗的鉸接點G首先人為確定，后面在進行修改4確定動臂與機架的鉸接點A1）以G點為圓心，轉(zhuǎn)動鏟斗，使鏟斗口與X軸平行，即為工況2。2）把已經(jīng)選定的輪胎外廓畫在坐標圖上。讓鏟斗的后壁與輪胎的水平距離盡量?。ú坏陀?0mm），Y軸坐標為250mm3）畫出鏟斗在最高位置的卸載時的位置圖工況4。4）以Gˊ點為圓心，旋轉(zhuǎn)鏟斗，讓鏟斗口與X軸平行，即為工況3。5）連接GGˊ并作其的垂直平分線。A點在前輪的右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3~1/2處的前面畫的垂直平分線上。圖2-13鉸接點A與G確定由所做的圖可以看出，動臂與機架的鉸接點A在CAD中的坐標為（2577，1290）。2.4.5確定搖臂與鏟斗的鉸接點F，翻斗油缸與機架的鉸接點B在考慮這兩點的位置時，要綜合考慮到以下的幾點要求：工況1時，盡量使GF桿與BF桿垂直；工況3時兩桿的夾角必須小于170゜，傳動角不能小于10゜，避免機構(gòu)發(fā)生自鎖；③工況4時，兩桿的傳動角也必須大于10゜(1)確定搖臂與鏟斗的鉸接點F首先人為的確定下F點：根據(jù)經(jīng)驗，一般F點在鏟斗圓弧與后壁的切點下面10?且與G點在同一圓弧上（2）確定翻斗油缸與機架的鉸接點BB點設(shè)計的時候，主要利用鏟斗在舉升過程中滿足平動要求這一特性。所以選取鏟斗在舉升過程中的幾個工況，比如轉(zhuǎn)過0゜,30゜，60゜，連接這幾個工況的F點，作垂直平分線，B點就在垂直平分線的交點上。如圖圖2-14鉸接點B的確定由圖可以看出鉸接點A鉸接點B之間的距離矢量(534，354)。2.4.8動臂舉升油缸與動臂和車架鉸接點H及M點的確定（1）舉升油缸所要滿足的要求如圖2-15所示，1）一般動臂舉升油缸與動臂的鉸接點H選定在AG連線附近或上方，并取。2）令工況I時AH與MH趨于垂直，這是因為鏟斗開始從料堆中提升時阻力矩最大，這樣設(shè)計，可獲得較大的初始舉升工作力矩。圖2-15動臂舉升油缸兩端鉸點設(shè)計圖3）M點往前橋方向靠是比較有利的。這樣做，可使動臂整個舉升過程中，舉升工作力臂大小的變化較小，避免鏟斗舉升到最高位置時的舉升力不足。4）必須注意，油缸的行程不宜太大，而且油缸的最小長度（活塞桿完全縮回時的長度，即安裝長度）一定要符合設(shè)計規(guī)范。考慮到油缸的工作穩(wěn)定性，初步設(shè)計時，可取油缸最大長度（活塞桿全部伸出時）和最小長度之比≤1.6。（2）由于舉升油缸的尺寸和機架及動臂尺寸，形狀有關(guān)，無法用圖解法準確確定其參數(shù)，因此我們選擇先試選一個長度，在仿真過程中再試湊。2.4.9各個桿件的長度的確定由于各個鉸接點已經(jīng)確定，再根據(jù)各個工況，即可確定各個桿件的長度表2-2工作裝置各個桿件的初步長度序號項目參數(shù)單位1動臂1400mm2搖臂400mm3最短舉升液壓缸620mm4最長舉升液壓缸1108mm5最短翻斗液壓缸1626mm6最長翻斗液壓缸1130mm2.5本章小結(jié)本章所做的工作：（1）對1立方米井下鏟運機的工作裝置做了詳細的了解，知道了工作機構(gòu)所要滿足的要求，進而確定了所設(shè)計的1立方米井下鏟運機鏟斗類型，還有確定了連桿機構(gòu)為五桿機構(gòu)。（2）查閱相關(guān)資料，設(shè)計了滿足斗容的鏟斗。（3）利用圖解法，確定了各個鉸接點的坐標，進而確定各個連桿的尺寸。接下來的工作：利用軟件UG對所設(shè)計的鏟斗，及其五桿機構(gòu)進行建模，裝配，仿真。第三章UG環(huán)境下的建模和裝配通過第三章對工作機構(gòu)各個零件尺寸的計算，我們已經(jīng)初步擬定工作機構(gòu)各個零件的尺寸。具體我們計算所得的尺寸是否符合要求，我們并不知道。在本章及其接下來的幾章之中我們將在UG軟件之中建模，裝配，仿真和有限元分析，來檢驗我們所設(shè)計的工作機構(gòu)是否符合工作要求。3.1零件的建模3.1.1建模的一般過程在UG中生成零件模型的方法很多，但一般都是先畫草圖，再由草圖生成特征。對此，一般要求在繪制草圖時，盡量簡化，一般不要繪制圓角，倒角等非關(guān)鍵性特征。如果過于精細不但費時費力，使三維模型生成緩慢，而且也沒有必要，因為這些特征并不會影響仿真過程。UG建模過程，其實就是一個一個的特征疊加，其中用的最多的是拉伸特征和旋轉(zhuǎn)特征，下面我們將創(chuàng)建一個拉伸特征來介紹如何創(chuàng)建特征。（1）打開UG，新建一個模型，如圖4-1圖4-1新建模型（2）點擊，選取基準面，創(chuàng)建草圖，如圖4-2圖4-2創(chuàng)建草圖（3）根據(jù)尺寸，繪制草圖，如圖4-3圖4-3繪制草圖（4）點擊，完成草圖的繪制（5）點擊拉伸命令，完成拉伸特征的創(chuàng)建，如圖4-4圖4-5拉伸（6）通過一個一個特征的創(chuàng)建，我們就可以完成零件的建模。3.1.2工作裝置的主要零件建模（1）鏟斗的建模圖4-6鏟斗圖（2）動臂建模圖4-6動臂圖（3）搖臂創(chuàng)建圖4-7搖臂圖（4）舉升液壓缸創(chuàng)建圖4-8舉伸液壓缸體及活塞桿（5）翻斗液壓缸創(chuàng)建圖4-9翻斗油缸體及活塞桿3.2零件的裝配3.2.1UG裝配的基本概念裝配圖是用來表示機器或部件之間的的圖形，主要表示機器或部件的工作原理，零件之間的裝配關(guān)系和相互關(guān)系。它主要用于指導機器或部件的裝配，調(diào)試，安裝和維修，是生產(chǎn)之中一種重要的技術(shù)文件。在UGNX8.0之中，裝配是一種不用將其下的所有零件復制過來的虛擬裝配，并不是真正的裝配，是通過指針指向相關(guān)的零件建立零件與零件之間的虛擬關(guān)系，如果修改零件會自動反映到裝配體中去。這種方式節(jié)約內(nèi)存，提高了裝配速度。UG中裝配的方法有三種：（1）從底向上裝配從底向上裝配是先把裝配中需要的零件模型創(chuàng)建好，再作為組件組成子裝配體，最后完成總裝配體。這一種方法主要用于已知零件的二維圖尺寸，需要把二維圖轉(zhuǎn)換為三維模型，確定各個零件之間的相互關(guān)系。（2）自頂向下裝配自頂向下裝配是由總裝配體向下產(chǎn)生子裝配體和組件，還可以在裝配的基礎(chǔ)上建立和編輯組件，可以一邊進行裝配設(shè)計一邊進行組件設(shè)計。這種方法符合機械設(shè)計的思路，在總體的方案下逐步完成零件的設(shè)計。（3）混合裝配以上兩種方法的混合使用。當設(shè)計新零件時可以使用自頂向下的方法，當利用國家標準件和使用購買件時則一般使用從底向上的方法。3.2.2零件裝配示范在這次次裝配之中，本文采用了兩級裝配的方法完成裝配任務。即先把前面的工作部分和和后面的動力部分分別裝配起來，然后再進行總裝。圖4-10裝配結(jié)構(gòu)由于篇幅原因，在此本文只是創(chuàng)建動臂與鏟斗的裝配，其他部分的參照此創(chuàng)建。（1）新建裝配，如圖4-11圖4-11新建裝配（2）添加組件動臂，如圖4-124-12添加動臂(3)添加鏟斗，選擇裝配約束，將鏟斗的下鉸接點與動臂前孔中心線接觸對齊，連接板內(nèi)側(cè)與動臂側(cè)板接觸對齊，如圖4-13圖4-13添加約束3.2.3裝配效果圖（1）工作部分的裝配圖4-14工作裝置裝配圖（2）動力部分的裝配圖4-15動力部分裝配圖（3）總裝圖4-16總裝3.3本章小結(jié)本章所做的工作：完成了工作裝置，后機架，前機架等零件的建模，裝配。第四章運動仿真本章模擬井下鏟運機在一個鏟運周期內(nèi)的各種部件的動作。在仿真過程中，看各個部件之間是否存在干涉及其是否符合運動要求。4.1運動要求對工作裝置的設(shè)計要求1）鏟運功能鏟斗的運動軌跡要平穩(wěn)，不能有太大的抖動，能夠正常的完成鏟料、卸料的功能。2）平移性動臂在提升的過程中，要求鏟斗可以保持平移運動，防止鏟斗中的礦石原料撒落，晃動的角度要求在一定的范圍內(nèi)（鏟斗的平移角應該小于10°），保證后傾角為45°。3）干涉性工作機構(gòu)的各個構(gòu)件之間絕對不允許發(fā)生運動干涉。4)傳動角斗桿機構(gòu)在鏟掘位置時，為了使有效分力大應該讓的傳動角（連桿線與斗鉸線夾角）應該接近90°，增大掘起力；傳動角始終應該大于10°，小于170°5）卸載性滿足卸載高度和卸載距離的要求，卸載角應該在38°~50°之間。6）機構(gòu)效率機構(gòu)傳動比較省力，工作時，消耗的功率要盡量小。4.2分析思路4.2.1鏟運機在一個周期內(nèi)的運動狀態(tài)表4-1鏟運機在一個周期的運動狀態(tài)時間車體動作翻斗缸運動舉升缸運動圖片0-1秒（插入狀態(tài)）向前行駛1000mm2-5秒（鏟裝狀態(tài)）油缸桿往后縮300mm5-8秒（運輸狀態(tài)）向后行駛1000mm8-11秒（舉升狀態(tài)）油缸桿往外伸出480mm11-14秒（卸載狀態(tài)）油缸桿往外伸出430mm15-18秒（放平狀態(tài)）油缸桿往回縮480mm4.2.2運動狀態(tài)的分析通過鏟運機模型在一個周期內(nèi)的運動狀態(tài)，我們可以很輕松的看出鏟運機模型的結(jié)構(gòu)雖然很復雜，但是運動卻十分的簡單。基本都是舉伸油缸，車體，翻斗油缸作主動運動，其他機構(gòu)做從動運動。所以只要給這幾個桿件添加合適的驅(qū)動，就可以控制鏟運機仿真了。4.2.3連桿的劃分根據(jù)鏟運機仿真運動的需要，本文將鏟運機模型的桿件劃分為11個連桿，如表表4-2連桿的劃分連桿名稱固定連桿連桿包括的桿件L001是前機架，前傳動橋殼L002否動臂L003否舉升液壓油缸L004否舉升液壓有杠桿L005否翻斗液壓油缸L006否翻斗液壓油缸桿L007否小搖臂L008否鏟斗L009否前輪胎，前輪轂L010否后機架，后橋擺動架，后橋橋殼L011否后輪胎，后輪轂4.2.4運動副的劃分按照井下鏟運機模型的規(guī)定動作，在此將創(chuàng)建14個運動副，如表表4-3運動副劃分運動副名稱運動副類型包含連桿J001固定副L001J002旋轉(zhuǎn)副L001，L005J003滑動副L005，L006J004旋轉(zhuǎn)副L006，L007J005旋轉(zhuǎn)副L007，L008J006旋轉(zhuǎn)副L008，L002J007旋轉(zhuǎn)副L002，L001J008旋轉(zhuǎn)副L001，L004J009滑動副L004，L003J010旋轉(zhuǎn)副L003，L001J011旋轉(zhuǎn)副L001，L009J012滑動副L001J013旋轉(zhuǎn)副L001，L010J014旋轉(zhuǎn)副L0010，L0114.2.5運動函數(shù)（1）STEP函數(shù)的介紹STEP運動仿真函數(shù)可以很方便的控制模型的驅(qū)動的運動時間段，從而得到從動件在不同的時間段運動變化規(guī)律。1）STEP運動函數(shù)的類型函數(shù)的格式（4.1）X時間變量；X0開始時刻；H0初始值；X1結(jié)束時刻；H1結(jié)束值2)STEP函數(shù)可以是位移，速度，加速度的函數(shù)，函數(shù)的方程定義如下(4.2)(4.3)(4.4)（2）各個驅(qū)動的運動函數(shù)式在本仿真中，有4個運動副為主運動，它們有自己的驅(qū)動。各個函數(shù)在本文中皆為STEP函數(shù)，具體如下：1）J003為滑動副，其STEP函數(shù)為2)J009為滑動副，其STEP函數(shù)為；3)J0012為滑動副，其STEP函數(shù)為；4)J0013、J0014為旋轉(zhuǎn)副，其STEP函數(shù)；4.3定義連桿鏟運機模型根據(jù)前面的分析，需要創(chuàng)建11個連桿，由于篇幅關(guān)系，本文中只是創(chuàng)建一個連桿作為例子，其他連桿的創(chuàng)建都可以按照其創(chuàng)建。具體步驟如下（1）單擊資源導航器，選中“運動導航器”，右擊運動仿真圖標，選擇新建仿真，如圖4-1圖4-1新建仿真（2）在選擇新建仿真之后，軟件會自動打開“環(huán)境”對話框，勾選【動力學】，其他默認，如圖4-2圖4-2環(huán)境對話框圖4-3連桿對話框（4）單擊“運動”工具欄的【連桿】工具按鈕，打開對話框，如圖4-3，所示。（5）在視圖內(nèi)選擇鏟斗，前橋殼為L001,勾選【固定按鈕】，單擊【應用】，完成連桿L001的創(chuàng)建。(6)其它連桿的創(chuàng)建都可以按照如此創(chuàng)建。4.4創(chuàng)建運動副鏟運機模型根據(jù)前面的分析，需要創(chuàng)建14個運動副，由于篇幅關(guān)系，本文中只是創(chuàng)建一個滑動副（J003）例子，其他運動副的創(chuàng)建都可以按照其創(chuàng)建。具體步驟如下：（1）單擊“運動”工具欄中的【運動副】工具按鈕，打開“運動副”對話框，如圖4-4，所示圖4-4運動副圖4-5指定方向（2）在視圖中選中連桿L004，（3）單擊【指定原點】，隨便取連桿上的一點，（4）單擊【運動副】，選擇桿件收回方向，如圖4-5（5）單擊【基本】標簽，打開選項卡，單擊【選擇連桿】工具按鈕，在視圖中選中L003作為嚙合連桿，如圖4-6圖4-6嚙合連桿（7）單擊【驅(qū)動】標簽，打開驅(qū)動選項卡，單擊【平移】的下拉菜單，選中函數(shù)類型，在函數(shù)的下拉菜單中，選擇位移類型。如圖4-7圖4-7驅(qū)動的添加（8）單擊【函數(shù)】的下拉菜單，選擇函數(shù)管理器類型，打開“XY函數(shù)管理器”，如圖4-8圖4-8XY函數(shù)管理器（9）點擊選中【數(shù)學】，單擊創(chuàng)建函數(shù)按鈕，打開“XY函數(shù)編輯器”，單擊插入的下拉菜單，選擇運動函數(shù)類型，并且選擇STEP函數(shù)類型。如圖4-9圖4-9插入函數(shù)（10）在文本框里，完成對STEP函數(shù)的創(chuàng)建，如圖4-10圖4-10函數(shù)創(chuàng)建（11）單擊【確定】，完成函數(shù)的編輯。選中剛才創(chuàng)建的函數(shù)，單擊“XY函數(shù)管理器”對話框的【確定】，然后單擊“運動副”對話框的【確定】，完成運動副的定義。