挖掘机工作装置的动力仿真及有限元分析

论文摘要

液压挖掘机,是一种大型工程挖掘机械,主要应用于现代工程建设,如:公路、桥梁、建筑、养殖池、地下工程、抢险开挖等等。挖掘机的挖掘性能对提高工作效率起着关键作用。液压挖掘机的工作由三个液压缸的单独或复合动作及铲斗、物料的相互作用来实现,其运动和所承受的载荷比较复杂,在工程应用中常出现斗杆或动臂强度失效、工作装置中铰点销轴断裂等故障,给企业带来巨大的经济损失。液压挖掘机的强度是工作装置设计的关键之一,与对挖掘机进行优化设计、提高挖掘性能及工作效率都密不可分,故对液压挖掘机工作过程进行仿真和对其工作装置进行强度分析具有重要的现实意义。本文利用虚拟样机技术对液压挖掘机工作装置进行了动力学仿真及有限元分析。首先,利用三维造型软件UG构建了构成液压挖掘机的各个零件,并且进行了虚拟装配,建立了液压挖掘机的虚拟样机;然后导入运动仿真软件ADAMS中,在对模型进行校验、添加相关运动副和约束后,进行了几种典型工况的运动学分析,获得了铲斗齿尖的运动轨迹,工作范围包络线,最大挖掘半径、最大挖掘高度及最大挖掘深度等主要作业参数;在此基础上进一步进行动力学分析,得到了挖掘机动臂、斗杆、铲斗及各个液压缸铰接点处的受力变化情况,为进一步的强度分析和优化设计提供了依据;最后重点对动臂进行了有限元分析,结果表明:最大应力主要发生在动臂液压缸与动臂连接的铰接点和动臂与底座的铰接处,这是对挖掘机工作装置的强度起控制作用的重要因素之一。研究结果对优化设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 课题背景
• 1-2 液压挖掘机发展历史及现状
• 1-2-1 国内挖掘机研究现状
• 1-2-2 国外挖掘机研究现状
• 1-2-3 液压挖掘机的特点
• 1-2-4 发展中的环境问题
• 1-2-5 发展方向
• 1-3 本文工作
• 第二章 液压挖掘机及虚拟样机概述
• 2-1 液压挖掘机概述
• 2-1-1 液压挖掘机的构成
• 2-1-2 液压挖掘机的工作原理
• 2-2 液压挖掘机典型工况分析
• 2-2-1 液压挖掘机基本工况简介
• 2-2-2 典型挖掘工况
• 2-3 虚拟样机的介绍
• 2-4 ADAMS 软件介绍
• 2-4-1 ADAMS 的简介
• 2-4-2 ADAMS 进行虚拟样机仿真的步骤
• 2-4-3 ADAMS 的运动学分析
• 2-4-4 ADAMS 的动力学分析
• 2-4-5 ADAMS 的静力学分析及线性化分析
• 2-4-6 ADAMS 与CAD 软件的图形接口模块
• 2-5 本章小结
• 第三章 液压挖掘机模型的建立
• 3-1 UG 软件介绍
• 3-2 液压挖掘机模型
• 3-3 本章小结
• 第四章 液压挖掘机虚拟样机分析
• 4-1 液压挖掘机虚拟样机的前处理
• 4-1-1 虚拟样机模型的设置
• 4-1-2 模型的校验
• 4-2 液压挖掘机虚拟样机的运动学仿真分析
• 4-2-1 斗杆挖掘
• 4-2-2 动臂挖掘
• 4-2-3 铲斗挖掘
• 4-2-4 顺序动作挖掘
• 4-2-5 复合动作挖掘
• 4-3 液压挖掘机虚拟样机的动力学仿真分析
• 4-3-1 斗杆挖掘
• 4-3-2 铲斗挖掘
• 4-3-3 复合动作挖掘
• 4-5 本章小结
• 第五章 液压挖掘机挖掘装置的有限元分析
• 5-1 有限单元法介绍
• 5-2 铲斗挖掘工况下动臂的有限元分析
• 5-2-1 前处理
• 5-2-2 有限元分析结果
• 5-3 复合动作挖掘工况下动臂的有限元分析
• 5-3-1 前处理
• 5-3-2 有限元分析结果
• 5-4 本章小结
• 第六章 结论
• 6-1 主要结论
• 6-2 未来展望
• 参考文献
• 致谢