本课题的要求就是首先根据设计要求规定确定液压挖掘机动臂的各部分尺 寸参数，对该臂进行结构设计，然后通过、ANSYS 软件进行有限元分析，从分 析结果中确定危险点的强度、刚度，验证设计的正确性。最后对不合理之处进行 改进，尽可能的优化液压挖掘机的结构。本次研究是通过 Pro/E 导入 ANSYS 软 件进行有限元分析，相比传统方法有很大的优势。传统方法中液压挖掘机结构强 度计算通常采用假设法，将动臂结构假设为梁结构，计算其截面的弯曲强度，但 其实动臂结构和理想的梁结构相差很大，受力也复杂得多，如果按梁结构来计算 肯定会有很大的误差且并不能反映动臂结构整体的变形和受力情况，其计算结果 并不具有严谨性，有效利用性。而动臂结构设计时采用有限元分析的方法来计算 动臂的强度、刚度，检验设计的合理性，既迅速又高效。

1.2 国内外研究现状

2.液压挖掘机的结构设计

2.1 液压挖掘机的组成

液压挖掘机主要由动臂机构、铲斗机构和斗杆机构以及挖掘机主机等组成。 动臂部分包括动臂结构与其对应的液压缸，而斗杆机构则由斗杆和斗杆的液压缸 组成，铲斗机构就是铲斗、连杆与其液压缸，液压挖掘机是通过液压缸的伸缩作 用使各部件绕铰接点运动，完成挖掘、提升和卸土的工作。如图2-1所示：

图 2-1 液压挖掘机工作装置图

1-斗杆液压伸缩缸；2-动臂；3-输入油路；4-动臂液压缸；5-铲斗；6-斗齿；7-侧齿；8-连杆；

9-摇杆；10-铲斗液压伸缩缸；11-斗杆.

2.2 液压挖掘机的工作原理

如图 2-2 所示，通过移动液压油缸伸缩臂，使动臂绕着下动臂与转台的铰接 点运动，斗杆与铲斗也依照此原理围绕各自的液压油缸运动，由此而带动整个液 压挖掘机工作装置工作起来。工作进行时，使回转马达运转，控制挖掘方向，达 到指定位置，同时开启动臂液压缸，使其从小腔进油，液压缸臂收缩，完成动臂 下降的动作，到达规定的初始位置后，执行后续操作，令液压缸大腔进油从而伸 长，用铲斗进行挖掘作业。铲斗进行装载作业时，铲斗液压缸和斗杆液压缸停止 进油，动臂液压缸继续大腔进油，抬起动臂，接着旋转方向，到达卸载方位让铲 斗液压缸和斗杆液压缸回缩，进行卸载工作，以此循环操作依次完成挖掘装载卸 载的工作。理论上的工作原理如上所述，但在实际生活中由于液压挖掘机作业环文献综述

境等不可控因素的影响，需要根据现场实际情况进行合理调整，以达到最佳工作 效率，例如在对挖掘深度要求较高，且必须使挖掘出的基坑臂呈 90°且保持壁 面平整，就需要动臂和斗杆同时工作，此设计中使用双液压缸以增强动臂的强度。

图 2-2 工作装置结构图

参数分类 机 构 组 成

铲斗 斗杆 动臂 机体

符 号 意 义

原始参数 l3 =QV , l12 =MH, l13 =MN, l14 =HN， l24  =QK, l25 =KV,

l29 =KH l2 =FQ, l9 =EF,

l10  =FG, l11 =EG,

l15  =GN, l16 =FN,

l21 =NQ l1 =CF，l6 =CD, l7 =CB, l8 =DF, l22 =BF