挖掘机结构件加工过程分析及加工工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

挖掘机结构件加工过程分析及加工工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

论文） 1 第一章 绪论 液压挖掘机的发展史 全球知名的工程机械的发展简史： 1842 年，凯斯公司成立 1904 年，卡特彼勒前身 HOLT 研制第一台蒸汽动力履带推土机。 1919 年，阿特拉斯在德国成立 1921 年 5 月 13 日，小松制作所在东京成立。 1925 年， HOLT 公司和 推土机公司合并，成立卡特彼勒公司。 1950 年，世界上第一台挖掘机在德国的阿特拉斯下线。 1957 年 5 月，小松公司推出世界上第一台混合动力液压挖掘机。 2020 年 4 月，神钢展出最新概念挖掘机 — 油电混合动力挖掘机。 在国际上曾经合作过的知名工程机械企业： Pamp。 H 与 KOBELCO,LINGKBELT与 SUMITOMO,CATERPILLAR 与 MITSUBISHI。 液压挖掘机是在机械传动的基础上蓬勃发展的，其工作过程是利用铲斗的 切削刃切削土壤石方等装满铲斗后提升，回转至装卸位置，卸空铲斗后重新回到挖掘位置开始下次周期作业的土方机械。 液压挖掘机的应用非常广泛，在交通运输、民用建筑、矿山开采、市政工程 、现代军事化工程 等场所有着重要的工作地位。 主要用于建筑工程中拆除和地基挖掘，水利工程中开往沟槽和疏浚河道，道路建设中路面的平整和演示的破碎，市政建设中铺设管道和破碎路面，还有些新型挖掘机可以水下作业 ，从而大大的减轻了工人繁重的体力劳动，提高了施工的机械化水平，提高了施工速度节省了施工时间，促进了各种工程项目发展。 据统计一台斗容量为 1m179。 的 液压挖掘机挖掘Ⅰ Ⅵ级土壤时，每天生产率相当于 300～ 400 个工人一天的挖掘量，所以 液压挖掘机在工程机械中有着重要的地位，由于 有时 施工环境比较恶劣， 对其机械性能要求比较高，所以说挖掘机的技术含量是比较高的。 液压挖掘机的整体结构比较复杂 ，整机的零部件有 3000 多件，包含机械、液压、石油化工和电气等行业，它的发展可以带动这些产业的发展从而影响国民经济的发展， 或者说液压挖掘机的制造技术和生产能力也可以反映出一个国家工程机械的整体水平，从而也可以反应出该国家的装备制造业的发展现状和水平。 在未来挖掘机行业必然有着飞 跃性的发展，像遥控液压挖掘机，自响，对国家来说也会有深远的影响。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 2 挖掘机的发展距今已经有 170 多 年的历史了 ,期间经历了由蒸汽 机驱动，利用杠杆原理驱动斗回转的有轨挖掘机，到由电力驱动和内燃机驱动的回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。 挖掘机的发展阶段可以分为机械式挖掘机，液压挖掘机，电控式挖掘机， 智能型挖掘机（未来发展的趋向）。 1837 年，在美国诞生了第一台 由蒸汽驱动，利用杠杆原理进行机械传动的有轨式移动的机械式挖掘机，此挖掘机不具备回转功能。 1873 年，可回转 的机械式 挖掘机诞 生，但是可回转的角度很小 ，也没能摆脱有轨式移动。 1930 年，柴油机作为动力驱动的移动式挖掘机产生，柴油机的应用可以说是挖掘机发展史上的一次飞跃，移动式挖掘机利用齿轮传动技术，通过履带进行移动作业，遗憾是没能摆脱回转角度小的缺陷。 1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出 ， 在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间。 由刚开始的拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，到 今天的 拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。 挖掘机的定义 挖掘机，又称挖掘机械（ excavating machinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。 挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。 从近几年工程机械的发展状况 ，挖掘机的发展 速度 相对 来说比 较快， 然 而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一，其正确的选型也显得 尤 为重要。 挖掘机的 构成 常见的挖掘机结构有：动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、行走机构和辅助设施等。 从外观来看挖掘机由工作装置、上部转台和行走机构组成。 挖掘机的分类 挖掘机分类 一 ：按驱动方式有内燃机驱动 挖掘机和电力驱动挖掘机两种。 其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧的与地下矿井和其他一些易燃易爆的场所。 挖掘机分类二：按行走的方式不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 3 挖掘机。 挖掘机分类三：按照用途划分，挖掘机可分为通用挖掘机、矿用挖掘机、船用挖掘机、特种挖掘机等不同的类别。 挖掘机分类四：按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘机。 其中机械挖掘机主要应用在一些大型矿山上。 挖掘机分类五 ： 按照铲斗来分，挖掘机又可以分为正铲挖掘机和反铲挖掘机。 正铲挖掘机主要用于挖掘地表以上的物料，反铲挖掘机更多用于挖 掘地表以下的物料。 反铲挖掘机是我们日常生活中最常见的， 其动作形式特点是“ 向后向下，强制切土 ”。 可以用于停机作业面以下的挖掘 ，其基本作业方式有：沟端沟侧挖掘、直线曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。 正铲挖掘机的铲土动作形式，其特点是“前进向上，强制切土”。 应为正铲挖掘力比较大，能开挖停机以上的土石方，宜用于挖掘高度不大于 2m 的干燥基坑，但是必须预留上下的坡道。 正铲的挖斗比同型号的反铲的挖掘机的斗要略大一些，一般 可以挖掘含水量不高于 27%的Ⅰ～Ⅲ类土石方，并且与自卸汽车配合完成整个的挖掘运输 作业，还可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 正铲挖掘机的挖掘方式根据开挖路线与运输车的相对位置不同，挖土和卸土方式有两种：正向挖土，反向卸土；正向挖土，侧向卸土。 国内外液压挖掘机的发展概况 国内液压挖掘机发展 概况 我们国家挖掘机的生产起步比较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产的第一台机械式单斗挖掘机到今天，基本上经理了三个阶段：测绘仿制、自主研发 和发展创新。 新中国刚成立时期，我国主要以测绘仿制前苏联二十世纪三十到四十年代的 W50 W50 W100 W1002 等型号的机械式单斗挖掘机，并由此开辟了中国挖掘机生产的历史纪元。 因为国家经济建设的需求，我国先后建立了十几家挖掘机生产厂。 从 1967 年以后，中国开始自主研制液压挖掘机。 二十世纪八十年代末，中国的挖掘机生产厂家已经突破 30 家，生产机型已经有 40 余种。 并且中 、 小型的液压挖掘机已经形成系列，斗容量有 ～179。 不等的十二个等级、 20 多种型号，还生产 ～ 179。 的挖掘机以及大型矿用的 10m179。 ， 12m179。 机械传动式单斗挖掘机， 1m179。 的隧道挖掘机， 4m179。 的长臂挖掘机， 1000m179。 /h 的推土机等，还开发研制了斗容量为 179。 的船用挖掘机。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 4 总体来说我国挖掘机的生产批量小，生产地分散，生产工艺落后以及产品质量低等， 很难与国际知名企业的挖掘机相比较，差距太大。 改革开放以后，我国积极引进国外的先进技术，通过生产实践积极的消化吸收，从而促进了我国挖掘机行业的迅猛发展。 通过多年的努力，我国液压挖掘机产品的性能指标得到了全面性的提高，与当时国际上二十世纪八十年代的国际水平相媲美，产量也大大提高。 因为中国的经济发展迅速，国内对液压挖掘机的需求量也 不断 的增加而且多样化， 由于国有 大中型企业产品结构的调整，使得其他一些机械行业的制造厂商加入了液压挖掘机的生产行列。 据相关人士表明，未来中国单斗液压挖掘机应该向全液压的方向去发展，然而对于大型以及多斗挖掘机则因为液压元件的制造、装配精度要求高，以及施工现场维修条件差等原因，仍然以机械式为主。 当下应该着手研究如何运用电液控制技术来实现液压挖掘机操纵的自动化。 国外挖掘机发展概况 在国外，挖掘机最早的雏形出现在十六世纪意大利的威尼斯，那时还是靠人力驱动 用于运河的疏浚工程。 直至 1836 年出现了蒸汽机以后，于是诞生了由蒸汽机驱动的“动力铲”， 可以模拟人的挖土工作。 到 1899 年人们开始将电动机应用到挖掘机上，电动挖掘机也就产生了。 第一次世界大战之后，汽油机和柴油机 被 应用到挖掘机上，从而大大改善了挖掘机的使用性能和范围，也使得挖掘机得到了推广和发展。 到二十世纪，液压技术的应用，让挖掘机有了质的飞跃。 二十世纪五十年代液压技术开始应用 于 挖掘机，并出现的半液压传动的挖掘机。 到二十世纪五十年代研制出了全液压的挖掘机。 虽然说初期研制的液压挖掘机在液压技术上有些缺陷，主要 采取的机床和飞机的液压技术 ，其液压元件的制造质量不稳定和水平也达不到液压挖掘机所需求的标准，但是液压技术的应用还是让液压挖掘机成为了新宠。 尤其是到了六十年代，出现了专门为液压挖掘机设计的液压技术和液压元件，液压挖掘机正式的踏上了蓬勃发展的道路。 伴随经济发展的加快，挖掘机制造商和品种迅速增加，挖掘机的产量也迅猛增加，到 了 七十年代 ，液压挖掘机已经成为了挖掘机行业的主流产品，已占据了挖掘机市场的大部分份额。 目前，我们所见的挖掘机几乎都是液压挖掘机，特别是中、小型液压挖掘已基本占据的挖掘机市场。 现今 液压 技术不断成 熟 完善 ， 加上 信息技术，自动控制技术和机电一体化技术 的迅速发展，让未来国际上液压挖掘机行业 的 发展趋向 更加丰富 ，未来挖掘机的生产和研发朝着高效化、节能化、小型化、多功能化、人性化甚至智哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 5 能化的方向发展。 设计加工工艺概叙 工艺过程是指在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程。 它是生产过程主要部分。 例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料 性能的热处理；零件的机械加工等，都属于工艺过程。 工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。 一个零部件的加工工艺就是它整个的单一零件的加工工 艺过程。 正确的选择加工工艺可以让我们的生产在最短的时间内得到最高质量、最低成本的零件，这是我们每一位设计者和生产者所追求的目标。 为了达到目的，我们要对零部件进行工艺分析，从单一零件的加工方式方法考虑，哪一种才是 最省力、最省时、最有效、最低成本 ，而且在我们的能力范围之内的方法，所谓的精益求精可以解释一切。 液压挖掘机的结构件大多为 钢 板材料和轴套料的组合，我们所要选择的加工工艺过程也就 :热切割，钣金，焊接，车，铣，刨，钻，镗等，需要选择的设备很明显要有：火焰切割机，折弯机，焊机，车床，刨床，钻床，镗床等。 应为 我们所加工的是一些大型的结构件，在我们进行加工的时候可能会需要一些专机和辅助机械，例如焊接变位机，对头镗床， 数控 加工中心等 本章小结 本章针对液压挖掘机的发展过程、定义分类做了简单地介绍，并且就加工工艺给予了定义性的解释，概括的描述了液压挖掘机结构件所需的加工方法和设备。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 6 第二章 液压挖掘机结构件分析及加工方法选择 液压挖掘机结构件 焊接工艺分析 液压挖掘机结 构件用材料及其焊接性 现在液压挖掘机焊接节后见所 需用的钢材绝大多数为低碳合金钢，其中以 Q345（ 16Mn）的 使用量 最多，其他还包括国产的 Q23 Q29 HQ60、 HQ100等；日本产的 SS400、 SM490 等；美国产的 T1；德国产的 STE690 等等。 Q345的化学成分和力学特性如下表所示： 表 2— 1 Q345的化学成分及力学特性 化学 成分 C Si Mn S P Cr Mo V Ni ≤ ≤ ～ ≤ ≤ ～ 力学 特性 抗拉强度Rm/Mpa 屈服强度Rel/Mpa 伸长率 A/% 冲击功 Akv/J 470～ 630 345 21 钢的焊接性是指钢对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下，获得优良焊接接头的难易程度（工艺焊接性），以及材料在施工条件下，焊接成按规定要求设计的构件，并满足预先服役要求的能力（使用焊接性）。 焊接性受母材、焊接方法、焊接构件类型以及使用要求四个方面因素的影响。 工艺焊接性是指材料经焊接加工后形成完整焊接接头的能力，通常以材料对形成例如裂纹、气孔等焊接缺陷敏感性的大小，以及所采取的工艺措施的复杂程度来比较工艺焊接性的优劣。 使用焊接性 是指材料经过行街加工所形成的焊接接头能满足产品制造技术条件及安全服役要求的程度，结构及其 所采用的材料不同，具体要求和指标也不同。 ① 焊接冷裂纹 焊接冷裂纹是最危险的焊接缺陷，在日常生产中我们常常把焊接冷裂纹作为重要的考核项目之一，就低碳 合金 钢来说，裂纹主要发生在具有缺口效应的焊接热影响区，热影响区淬硬倾向大的钢材会因急冷容易产生焊接冷裂纹，冷裂纹可以在焊接后立即出现，也有时要经过一段时间（几个小时，几天甚至更长时间）才会出现。 冷裂纹的出现会严重降低接头的塑形，开始少量出现，哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 7 随时间增长逐渐增多和扩展。 决定此 类钢材的热影响区淬硬性的主要因素是碳当量 CE，其计算公式为： CE=C+Mn/6+（ Cr+Mo+V） /5+（ Ni+Cu） /15 有经验表明。 如果 CE＜ 时 ，钢材的淬硬倾向不大，焊接性比较好，焊接前可以不预热；如果 CE=~ 时钢材的淬硬倾向增大，焊接前要进行与热处理，控制焊接工艺参数、环冷或者消除扩散氢等工艺措施；如果 CE＞ 时，钢材的淬硬倾向强，属于难焊接钢材，需要采取较高的余热温度和严格 的 工 艺 措 施。 挖 掘 机 主 要 用 钢 为 Q345 ， , 其 碳 当 量 计 算 值 为CE=++＜ ，所以说挖掘机结构件部分的焊接性较好，焊接冷裂纹敏感性较小，不需要采取预热和缓冷等工艺措施。 ② 焊接冲击韧性 母材和焊接区如果有足够的强度、塑形和缺口韧性，则说明焊接结构具有可靠地使用性能。 对低温下使用的挖掘机结合构件的焊接，其 V 型缺口冲击值的下线要达到其规定的温度韧性保证值，用来防止结构在负荷时脆性破损。 挖掘机结构件主 要 材料 Q345D 的焊接接头冲击试验值如下表所示： 表 2— 2 Q345D钢焊接接头冲击韧性 板厚 （ mm） 焊接材料 冲击部位 Akv20℃ /J 规定值 12 ER70G实芯焊丝 焊缝 92， 86， 92 ≥ 27 12 热影响区 85， 94， 94 焊接材料选择 液压挖掘机的工况条件十分恶劣 , 除了载荷复杂外 ( 交变载荷、冲击载荷 ), 还受严寒地区冬季 (4O℃左右 )作业的考验 , 低温作业和载荷的冲击性是液压挖掘机工况条件的主要特点。 焊接结构的钢材与焊材除应满足必要的强度和刚度要求外 , 还应满足低温冲击韧度的要求。 早期 ,液压挖掘机焊接结构件选材原则局限于满足强度要求 ,而对钢材其它方面性考虑较少 ,因而在北方高寒地区作业的液压挖掘机 ,断裂事故时有发生。 随着挖掘机在使用过程中开裂问题的不断发生，人们开始意识到焊接结构应按地区作业温度的不同选择结构用钢材 ,包括焊接材料 ,在气温偏低的地区 ,钢材和焊材的选择除了强度指标要求外 ,材料的低温冲击韧度 ,特别是一 4 0℃ 的冲击韧度指标 ,成为必须满足的条件。 液压挖掘机焊接材料选择是根据结构材料的化学成分、力学性能、焊接工艺性、使用 条件 、焊接件的 结构特点 及刚性、 焊接方法 焊接设备和现在场环境等因素综合考虑的 ，必要时采取试验的方法确定。 表 2— 3列出了挖掘机焊接结构件常用材 料的力学性能。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 8 表 2— 3 液压挖掘机结构件材料力学性能分析 钢号 力学性能 备注 b/Mpa s/ Mpa /% A/Kv（ J） Q345A(16Mn) 470630 345 21 SM490B 490600 ≥ 345 ≥ 15 常温≥ 47 日本 A633D 485620 ≥ 345 ≥ 21 40℃≥ 27 国产 T1 852 ＞ 80 17 50℃ 62 美国 STE690 790940 ≥ 690 ≥ 16 40℃ 31 德国 NKHITEN780A 780930 ≥ 685 ≥ 24 20℃≥ 35 日本 Welten780 780930 ≥ 680 ≥ 24 20℃≥ 47 日本 焊接材料选择的 具体原则有： ⑴等强度或者低强度匹配原则，按照液压挖掘机结构件所用钢材的强度来选择相应等强度级别的焊接材料， 对受力情况复杂的焊接结构，有时也选用比母材强度级别低一级的焊接材料。 例如。