基于Solidworks的牵引式挖掘机设计及有限元分析

0 引言

    随着我国经济的快速发展，国内工程机械取得长足进步，传统挖掘机主要采用履带白走式结构，能够满足沙漠、雪地等恶劣环境下的作业需求。然而在实际作业过程中特别是农林作业环境中，挖掘机的工作环境相对较好，如果仍然采用履带白走式挖掘机，既增加了整机的生产制造成本，更浪费了农林环境中的天然动力源一拖拉机。所以研究利用拖拉机为动力源的牵引式挖掘机，符合农林业作业需求，能够更大程度上降低一线作业工作量。

1 牵引式挖掘机原理

    牵引式挖掘机主要以拖拉机为动力源，通过拖拉机后动力输出轴带动升速箱，升速箱与液压马达连接，为牵引式挖掘机提供液压动力源，通过液压油管将压力传递到操作阀块，利用液压阀块控制牵引式挖掘机的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、转向油缸等，从而实现挖掘机的挖掘作业和侧移作业。牵引式挖掘机以拖拉机为动力源，以液压油管、液压马达、液压油缸为传动件，整机主要包括底座、转向座、动臂、斗杆、铲斗等部分(图1），各部分均可通过液压油缸实现相应的动作，进而使牵引式挖掘机灵活作业，达到农林水土工程建设作业要求。

图1 牵引式挖掘机结构原理图

2 关键部件创新设计

    2.1 底座创新设计

    牵引式挖掘机通过三点悬挂装置固定在拖拉机后部，因此挖掘机的底座需要配置三点悬挂机构，同时整机底座部件结构必须尽量缩小，防止挖掘机提升过程中与拖拉机后部干涉，因此底座设计过程中将液压油箱与底座合为一体，底座以液压油箱为主体，油箱两侧焊接支腿支座，油箱前部焊接转向连接结构，油箱后部焊接三点悬挂机构，油箱顶部焊接转向油缸固定座。

图2 牵引式挖掘机底座结构图

    2.2 铲斗创新设计

    挖掘机铲斗作业过程中，经常发生尾部磨损，在环境下设计挖掘机铲斗时，需保证铲斗尾部向内收缩、口部向外扩张，整体呈碗型结构。铲斗底板整体利用激光切割技术下料，利用折弯机进行折弯，尾部呈网弧状，上下两端成平板状，底板两侧面进行斜向切割，在环境下，利用钣金界面进行底板设计，先折弯后侧面切割，切割后展开底板呈现底板下料展开图。铲斗尾部收缩结构能够减少作业时土壤等物料对尾部两侧的磨损，增加铲斗使用寿命。