轮式装载机前车架的有限元分析

论文摘要

轮式装载机是一种用途较广的工程机械,主要对散料进行铲装,通常是在露天矿山或工程建设工地作业,工作环境恶劣、复杂,在作业过程中结构件容易发生破坏失效。前车架作为装载机支撑工作装置的基础件,其铰接点的布局是否合理,会影响到工作装置的工作性能。在作业过程中前车架会承受工作装置传来的载荷,在颠簸的路面行驶或者作业时,还会受到剧烈的冲击载荷,容易发生破坏失效。所以在设计之初对工作装置及前车架进行运动学和动力学仿真、对前车架进行强度分析显得尤为重要。本文运用三维软件Pro/E建立装载机工作装置及前车架的三维模型,应用现代设计方法中的虚拟样机技术和有限元分析方法来对其进行研究。首先对装载机作业过程中的受力情况进行分析,然后在多体动力学软件ADAMS中建立虚拟样机模型,对其进行了运动学和动力学仿真。运动学仿真主要分析工作过程中工作装置各构件是否会发生干涉,得到其最大卸载高度以及运动轨迹等;动力学仿真则分为对称载荷和偏载两种不同情况,模拟装载机连续、复合作业动作,得到了前车架与工作装置各铰接点的受力变化曲线,进而为前车架的有限元分析提供基础数据。再将前车架几何模型导入到有限元分析软件ANSYS中,建立有限元分析模型,根据装载机作业过程中几种典型工况,从动力学仿真结果中读取前车架各铰接点对应的受力,并以此作为载荷,对前车架进行静强度分析,得到前车架在不同工况下的应力云图和位移云图。根据静强度分析结果,确定了前车架结构中存在的危险点,进而对其进行局部结构的优化改进,并分析了优化结果的合理性。从得到的位移云图和应力云图可以看出,前车架结构的最大位移和应力均明显的减小:正载、最大起掘力铲掘工况下,最大应力值从优化前的420Mpa降低到273Mpa,最大位移从1.568mm减少到1.158mm;偏载、最大牵引力水平插入工况下,最大应力值从优化前的530Mpa降低到264Mpa,最大位移从2.684mm减少到1.979mm;偏载、最大起掘力铲掘工况下,最大应力值从503Mpa降低到了307Mpa,最大位移从1.956mm减少到1.452mm。分析结果表明,结构优化后前车架的应力和应变的分布更为合理。对前车架进行了模态分析,得到其固有频率和固有振型,结合分析计算的轮式装载机外部激振源的激振频率,为前车架的进一步优化设计和设计减振装置提供依据。通过对轮式装载机工作装置的虚拟仿真以及对前车架的有限元分析,为轮式装载机的工作装置及前车架的结构设计提供了理论支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 装载机前车架及工作装置的构造
• 1.3 轮式装载机发展概况及研究现状
• 1.3.1 国内外发展概况
• 1.3.2 国内轮式装载机的发展趋势
• 1.3.3 国内外前车架的研究现状
• 1.4 本文主要的研究方法
• 1.5 研究内容及技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 模型的建立
• 2.1 主要性能参数
• 2.2 前车架及工作装置模型的建立
• 2.2.1 Pro/E 软件的特点
• 2.2.2 零部件模型的建立
• 2.2.3 零部件装配
• 2.3 外载荷的确定
• 2.4 力学模型的建立
• 2.5 发动机激振频率计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于ADAMS 的虚拟仿真
• 3.1 虚拟样机技术概述
• 3.2 虚拟样机模型的建立
• 3.3 虚拟样机的仿真分析
• 3.3.1 运动学仿真分析
• 3.3.2 动力学仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 前车架的有限元分析
• 4.1 ANSYS 分析步骤
• 4.2 前车架有限元模型的建立
• 4.2.1 模型的简化
• 4.2.2 建立Pro/E 和ANSYS 软件的接口
• 4.2.3 单位设置
• 4.2.4 单元类型
• 4.2.5 材料属性
• 4.2.6 网格划分
• 4.2.7 约束条件
• 4.2.8 施加载荷
• 4.2.9 强度评价指标
• 4.3 前车架的静力学分析
• 4.3.1 工况1：正载、最大牵引力水平插入
• 4.3.2 工况2：正载、最大起掘力铲掘
• 4.3.3 工况3：额定载荷、最大高度卸载
• 4.3.4 工况4：偏载、最大牵引力水平插入
• 4.3.5 工况5：偏载、最大起掘力铲掘
• 4.4 模态分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 前车架局部结构改进
• 5.1 前车架局部结构改进
• 5.2 局部改进后前车架的有限元分析
• 5.2.1 工况2：正载、最大起掘力铲掘
• 5.2.2 工况4：偏载、水平插入物料
• 5.2.3 工况5：偏载、最大起掘力铲掘
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介