机械式挖掘机动臂结构优化研究

论文摘要

大型机械式挖掘机在目前国际国内的矿山开采及工程施工中得到了广泛的应用,大型挖掘机的性能和水平代表了一个国家的工业水平和科学技术水平。动臂是挖掘机工作装置中主要的承载部件,动臂的性能优劣,对挖掘机工作效率及使用寿命影响极大。因此对动臂进行强度等方法的研究,对保证设备正常工作,尤为重要。在对挖掘机进行初步设计的过程中,充分考虑产品设计需要满足强度、刚性、结构稳定性以及经济性的要求。建立数学模型,确定目标函数和约束函数,运用可靠的优化方法进行优化设计。根据钢结构设计规范和基本外载荷,以动臂的经济高为原则,确定动臂主要断面几何参数,运用三维建模软件PRO/E,建立动臂的参数化模型,将其导入ANSYS Workbench有限元软件分析平台,对其进行静力学分析,得到动臂的应力云图,运用可靠的优化方法,建立优化设计数学模型,以动臂的重量最轻为目标函数,以强度和结构稳定性为约束条件,以动臂腹板与翼板的厚度为设计变量。得到动臂的合理断面几何参数,降低动臂的重量。机械式挖掘机推压减速箱箱体是动臂的结构的重要组成部分,其受力复杂。箱体的强度与刚度是影响齿轮传动的重要因素之一,为此,采用强度与刚度的准则,将板件简化为梁,对推压减速箱箱体主要结构尺寸进行设计,初步获得主要结构件的厚度,再运用ANSYS Workbench软件在原有对动臂整体分析的基础上,提取推压减速箱子模块,对其进行详细计算分析,得到该箱体的应力与应变分布。为工程实际提供了参考。综上,上述工作的实施,为大型矿用机械式挖掘机的设计,提供了可借鉴的方法,具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 机械式挖掘机国内外发展状况
• 1.2 课题来源与选题依据
• 1.3 课题研究的目的
• 1.4 研究工作的主要内容以及关键技术
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 解决的关键技术
• 第2章 动臂几何参数确定
• 2.1 建立力学模型
• 2.1.1 满足动臂经济性要求
• 2.1.2 建立梁自重的函数表达式
• 2.2 挖掘机动臂钢结构初始设计尺寸确定
• 2.2.1 初始数据
• 2.2.2. 动臂腹板厚度的初步计
• 2.2.3 动臂各断面高度和宽度的确定
• 2.2.4 动臂宽度的确定
• 2.3 动臂高度的稳健性
• 2.4 斗柄截面设计
• 2.5 小结
• 第3章 动臂结构有限元分析
• 3.1 有限元法的理论基础与方法
• 3.1.1 有限元法的提出和应用
• 3.1.2 有限元法的计算思路
• 3.1.3 弹性力学基本方程与基本步骤
• 3.1.4 有限元软件的选择及软件介绍
• 3.2 挖掘工况动臂有限元分析
• 3.2.1 有限元模型创建与导入
• 3.2.2 许用强度的确定
• 3.2.3 材料属性设置
• 3.2.4 单元选择与网格划分
• 3.2.5 约束与载荷的设定
• 3.2.6 挖掘工况动臂有限元求解结果
• 3.3 回转工况动臂有限元分析
• 3.3.1 回转工况动臂的计算载荷
• 3.3.2 回转工况计算结果
• 3.3 小结
• 第4章 动臂优化分析
• 4.1 建立最优化数学模型
• 4.1.1 目标函数
• 4.1.2 设计变量及范围的确定
• 4.1.3 状态变量的确定
• 4.2 动臂优化的过程
• 4.3 小结
• 第5章 推压减速箱箱体几何参数确定与有限元分析
• 5.1 由强度准则确定推压减速箱箱体壁厚
• 5.2 确定推压减速箱箱体纵向变形
• 5.2.1 箱体A侧面纵向变形计算
• 5.2.2 箱体B侧面纵向变形计算
• 5.3 由刚度准则确定箱体壁厚
• 5.3.1 齿轮轴线纵向平行度偏差确定壁厚
• 5.3.2 齿轮副中心距偏差确定壁厚
• 5.4 推压减速箱箱体的有限元分析
• 5.4.1 推压减速箱箱体子模块提取
• 5.4.2 推压减速箱箱体子模块有限元分析
• 5.4.3 推压减速箱箱体子模块有限元分析结果
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢