基于自頂向下設(shè)計(jì)模式的機(jī)械式挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)

摘要：論述了自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用的重要性，并通過實(shí)例展示了此種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)流程。

關(guān)鍵詞：自頂向下；概念設(shè)計(jì)；方案選擇

中圖分類號(hào)：TU621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)階段，就將產(chǎn)品的主要功能、關(guān)鍵約束、配合關(guān)系等重要信息確定下來，在進(jìn)行任務(wù)分配時(shí)，這些關(guān)鍵約束也同時(shí)分配給各子系統(tǒng)，這樣，各子系統(tǒng)才能很好地配合，避免發(fā)生沖突。概念設(shè)計(jì)因能決定產(chǎn)品成本的60%，因此近年來它成為機(jī)械工程領(lǐng)域的重要研究方向。概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟即將整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行合理分解。目前通用分解方法有很多種，其中面向功能的分解中的功能樹法適用面比較廣泛。

自頂向下方法功能樹法的建立過程是從總功能開始，采用形如樹根到樹枝的方法逐層分解，一直到最底層方法為止（像一棵倒置的樹）。在確定總功能之前要知道待設(shè)計(jì)的目標(biāo)樹，首先對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行抽象，其目的是抓住待設(shè)計(jì)系統(tǒng)的本質(zhì)，然后用簡短的文字將其進(jìn)行表示，該文字即為所謂的總功能。挖掘機(jī)的總功能即挖掘機(jī)指定目標(biāo)的土或者其他物質(zhì)。

2 功能設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的功能是產(chǎn)品滿足人的需求的特性，是產(chǎn)品的核心概念。產(chǎn)品設(shè)計(jì)以功能為主導(dǎo)。功能設(shè)計(jì)（Function Design）就是按照產(chǎn)品定位的主要功能要求，在對(duì)用戶需求及現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，對(duì)所定位產(chǎn)品應(yīng)具備的目標(biāo)功能系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)策劃和構(gòu)建的創(chuàng)造活動(dòng)。產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是把用戶需求轉(zhuǎn)化為一系列的功能規(guī)格，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)或總體方案設(shè)計(jì)，由于功能規(guī)格可以轉(zhuǎn)化為一系列的變量和變量關(guān)系，所以功能規(guī)格的管理實(shí)際上可以轉(zhuǎn)化為變量規(guī)格的管理。如下本論文所引用的斗容量10m3正鏟機(jī)械式挖掘機(jī)設(shè)計(jì)要求參數(shù)見表1。

產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)互為指導(dǎo)，而功能設(shè)計(jì)指導(dǎo)功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)。由此可見詳細(xì)的功能設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的。概念設(shè)計(jì)時(shí)又是以產(chǎn)品所能實(shí)現(xiàn)的功能來定義的。挖掘機(jī)的總功能是實(shí)現(xiàn)土石的挖掘與裝載，其主要功能是挖掘。然而為了實(shí)現(xiàn)其主要功能還必須有其他功能系統(tǒng)作支撐，挖掘機(jī)要實(shí)現(xiàn)挖掘功能除了具有工作裝置外還必須擁有動(dòng)力系統(tǒng)。挖掘機(jī)挖掘不可能原地不動(dòng)的挖掘，這就要求挖掘機(jī)還必須有行走系統(tǒng)，這樣才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)挖掘和裝載。要實(shí)現(xiàn)行走功能必須有從動(dòng)力系統(tǒng)到行走系統(tǒng)傳遞動(dòng)力的傳遞設(shè)備，機(jī)械式挖掘機(jī)使用的是電機(jī)減速器傳動(dòng)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，又配備了電控系統(tǒng)。

基于此，本文初步確定機(jī)械式挖掘機(jī)主要功能系統(tǒng)為工作裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和通風(fēng)除塵系統(tǒng)等。

3 工作裝置方案選擇

10m3機(jī)械式挖掘機(jī)屬單梁雙斗桿式工作裝置，包括鏟斗、斗桿、起重臂、推壓機(jī)構(gòu)。

3.1鏟斗

鏟斗結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)的合理性選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對(duì)象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對(duì)象和條件很困難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通常一個(gè)挖掘機(jī)配有幾種甚至十多種不同斗容量的鏟斗。

對(duì)各種鏟斗結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的共同要求是：有利于物料的自由流動(dòng)，要使物料易于卸盡及使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出。

結(jié)語

至此基于自頂向下方法設(shè)計(jì)出挖掘機(jī)工作裝置模型，并最終應(yīng)用Soliworks軟件畫出整個(gè)工作裝置模型。經(jīng)實(shí)用證明，該工作裝置設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高，運(yùn)行可靠，滿足設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)

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