液压挖掘机工作装置动力学仿真分析及研究

论文摘要

液压挖掘机是工程机械的一种主要类型,广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中。挖掘机的工作装置作为挖掘机完成动作的直接实施着,它的结构的合理性,工作过程中的灵活性、可靠性及耐久性直接反映了挖掘机的工作性能。因此,对于挖掘机的工作装置的研究有着十分必要的意义。本文研究的斗容为15 m3的大型正铲液压挖掘机是目前国内自主研发的最大的正铲挖掘机,由于没有现成案例,工作装置的研究方法不确定,因此在对该大型正铲挖掘机工作装置进行设计之前,首先以某6吨小型挖掘机工作装置为研究对象,用有限元分析软件MSC.Nastran及疲劳分析软件MSC.Fatigue对其进行静力分析、动力学分析和疲劳分析,并结合应力测试试验验证有限元计算的准确程度,为大型挖掘机工作装置的设计提供参考。具体研究过程如下:(1)对挖掘机工作装置进行运动学、动力学理论分析;研究用杆组法计算挖掘机挖掘力及各铰销点力,为后续的研究奠定理论基础。(2)以某6吨小型挖掘机为研究对象,用位移传感器和压力传感器实测挖掘机挖掘过程中各液压缸的位移和压力随时间的变化曲线,为挖掘机工作装置的结构有限元分析,包括静力学分析、动力学分析和疲劳分析提供试验基础。其中在静力学和动力学分析中结合应力测试试验验证有限元分析结果的准确程度。通过分析找到研究挖掘机工作装置强度、刚度及疲劳寿命的方法。(3)用研究小挖工作装置的方法对大型正铲挖掘机工作装置进行静力学分析和疲劳分析,得出工作装置工作时的刚度、强度及使用寿命,为结构优化设计提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外挖掘机工作装置的研究水平和存在的问题
• 1.2.1 国外挖掘机工作装置的研究现状
• 1.2.2 国内挖掘机工作装置的研究现状
• 1.3 课题的来源
• 1.4 论文研究的主要内容及创新点
• 第二章 液压挖掘机工作装置的运动学和动力学建模
• 2.1 液压挖掘机工作装置的运动学分析
• 2.2 挖掘机工作装置的动力学分析
• 2.3 挖掘机挖掘力计算
• 2.3.1 斗杆液压缸理论挖掘力计算
• 2.3.2 铲斗液压缸理论挖掘力的计算
• 2.3.3 复合挖掘时理论挖掘力的计算
• 2.4 挖掘机挖掘阻力的计算
• 2.4.1 铲斗液压缸挖掘阻力计算
• 2.4.2 斗杆液压缸挖掘阻力计算
• 2.5 工作装置各铰销点力的计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 小型反铲挖掘机工作装置静力学分析
• 3.1 挖掘过程载荷测试分析
• 3.2 工作装置的有限元建模及分析
• 3.2.1 建立工作装置的三维立体模型
• 3.2.2 建立工作装置有限元模型
• 3.2.2.1 单元格划分
• 3.2.2.2 边界条件的处理
• 3.2.2.3 轴孔处载荷分布化处理
• 3.2.2.4 材料特性及单元属性的确定
• 3.2.3 有限元计算结果分析
• 3.3 挖掘机工作装置应力测试及分析
• 3.3.1 悬臂梁标定试验
• 3.3.1.1 实验原理及结果
• 3.3.1.2 悬臂梁的应变计算
• 3.3.2 挖掘机工作装置应力测试试验
• 3.3.3 有限元分析结果与试验测试结果比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 小型反铲挖掘机工作装置动力学分析
• 4.1 瞬态动力分析原理
• 4.2 齿尖冲击载荷的确定
• 4.3 各铰销点冲击载荷的确定
• 4.4 工作装置瞬态动力学分析
• 4.5 瞬态动力学分析结果与试验测试结果比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 小型反铲挖掘机工作装置疲劳分析
• 5.1 疲劳设计方法
• 5.2 影响疲劳强度的主要因素
• 5.3 工作装置的全寿命分析
• 5.3.1 疲劳累计损伤理论
• 5.3.2 疲劳载荷谱处理
• 5.3.3 确定材料的S-N 曲线
• 5.3.4 工作装置各铰销点载荷谱的确定
• 5.3.5 挖掘机工作装置疲劳寿命分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 大型正铲挖掘机工作装置有限元分析
• 6.1 建立挖掘机工作装置的有限元模型
• 6.1.1 建立工作装置实体模型
• 6.1.2 建立工作装置有限元模型
• 6.1.3 边界条件的处理
• 6.1.4 材料特性及单元属性的确定
• 6.1.5 挖掘阻力的计算
• 6.1.6 各铰销点工作载荷的确定
• 6.1.7 工作装置位置的确定
• 6.2 工作装置静力学有限元分析
• 6.3 工作装置的全寿命分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结和论文展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文