隧道挖装机挖掘装置的参数化设计研究

论文摘要

隧道挖装机是隧道施工的一种重要挖掘、出渣设备,目前主要依赖进口。但国外产品价格高、产品备件周期长等问题,常常影响到施工单位对施工成本和施工进度的控制。随着我国施工标准化、机械化、工厂化进程的不断推进,我国迫切需要研发具有自主知识产权的大型隧道挖装机。针对这种现状,本论文尝试使用"top—down"的参数化设计方法,应用软件Inventor对JGMWZ340型隧道挖装机的挖掘装置进行了设计,具体完成了以下工作：首先,本论文对挖掘装载机的工况进行了分析,结合施工单位的实际需求提出了挖掘装置的设计要求,参考国内外同类机型给出了初始设计参数,并在概念草图中建立了挖掘装置初始骨架模型。针对挖掘装置的挖掘范围对骨架模型进行了运动学仿真,并根据仿真结果和挖掘装置的优化约束条件对各机构的铰点位置进行了优化。然后,根据优化方案,建立了挖掘装置的三维实体模型,并对模型材料等属性进行了定义。结合实际工况对铲斗和斗杆的理论挖掘阻力进行了计算,以挖掘阻力作为驱动力,对挖掘装置进行了动力学仿真,得到了挖掘装置的理论挖掘力及各油缸的闭锁力,为油缸设计提供了依据。最后,本文对整机的稳定性进行了校核,验证了挖掘装置设计的可行性；通过动力学仿真对挖掘过程进行了分析；选择危险工况对挖掘装置的主要部件进行了强度分析,并根据分析结果对动臂和斗杆进行了优化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 隧道挖装机概述
• 1.3 隧道挖装机发展概况
• 1.3.1 国外隧道挖装机发展概况
• 1.3.2 国内隧道挖装机发展概况
• 1.4 参数化设计及其内涵
• 1.5 论文的研究意义与主要内容
• 1.5.1 论文研究意义
• 1.5.2 论文主要内容
• 第二章 隧道挖装机挖掘装置的设计分析
• 2.1 隧道挖装机的结构及工作原理
• 2.1.1 隧道挖装机的组成
• 2.1.2 挖掘装置的结构及工作原理
• 2.2 挖掘装置的工况分析
• 2.3 挖掘装置的设计要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 隧道挖装机挖掘装置的运动学分析
• 3.1 Inventor软件
• 3.1.1 Inventor概述
• 3.1.2 Inventor的设计功能
• 3.2 "Top—down"设计方法简介
• 3.2.1 产品的"top—down"设计方法
• 3.2.2 基于概念草图的"top—down"参数化设计
• 3.3 挖掘装置的概念草图参数化建模
• 3.4 挖掘装置的运动学仿真及优化
• 3.4.1 挖掘装置的运动学仿真
• 3.4.2 挖掘装置铰点位置的优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 隧道挖装机挖掘装置的动力学分析
• 4.1 挖掘装置的三维实体建模
• 4.2 挖掘装置的挖掘阻力计算
• 4.2.1 铲斗挖掘阻力计算
• 4.2.2 斗杆挖掘阻力计算
• 4.3 挖掘装置的动力学仿真
• 4.3.1 基于Inventor的动力学仿真概述
• 4.3.2 铲斗挖掘力设计
• 4.3.3 斗杆挖掘力设计
• 4.3.4 动臂提升力设计
• 4.4 油缸闭锁压力计算
• 4.4.1 闭锁力计算工况一
• 4.4.2 闭锁力计算工况二
• 4.5 整机稳定性的校核
• 4.5.1 前向倾翻
• 4.5.2 后向倾翻
• 4.5.3 侧向倾翻
• 4.6 本章小结
• 第五章 挖掘装置的有限元分析
• 5.1 有限元法概述
• 5.2 挖掘装置有限元建模
• 5.3 挖掘装置的强度分析
• 5.3.1 连杆强度分析
• 5.3.2 斗杆强度分析
• 5.3.3 动臂强度分析
• 5.4 挖掘装置的结构优化
• 5.4.1 斗杆结构优化
• 5.4.2 动臂结构优化
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与后续工作
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的论文发表及科研情况