轮式装载机工作装置的动力学仿真及疲劳耐久性分析

论文摘要

轮式装载机是用于装运散料、块料为主的工程机械设备,广泛应用于公路、铁路、建筑、港口和矿山等工程建设。轮式装载机工作装置是装载机上实现装料、运料和卸料的空间多杆机构,因此工作装置的运动学、动力学特性和疲劳耐久性对整机性能具有深刻的影响,本文集成应用动力学仿真、有限元分析、疲劳寿命分析来研究这个问题,这样不仅节约了样机制造和测试费用,而且缩短了产品开发周期。利用三维造型软件Solidworks建立轮式装载机工作装置的实体模型。应用有限元和多体动力学相结合的方法,建立轮式装载机工作装置的刚柔耦合虚拟样机模型。从运动学角度,对模型的卸载高度和各机构间的夹角进行验证分析;从动力学角度,对正载工况和偏载工况分别进行仿真分析,得到了这两种工况下的关键铰接点受力历程。采用全寿命（S-N）疲劳分析方法,利用疲劳分析软件MSC.Fatigue对轮式装载机工作装置关键部件进行了虚拟疲劳耐久性分析。通过本文研究,将刚柔耦合原理应用到轮式装载机工作装置上,从而得出了更加准确的关键铰接点受力情况,为虚拟疲劳分析和销轴强度设计奠定了基础。利用动力学分析结果和模态应力结果,模拟出了轮式装载机工作装置关键部件的疲劳安全因子,并与实际的使用情况进行比较,验证了仿真结果的正确性。为进一步优化轮式装载机工作装置提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内、外轮式装载机的发展综述
• 1.2.1 国外轮式装载机的发展概况
• 1.2.2 国内轮式装载机的发展概况
• 1.3 轮式装载机工作装置简介
• 1.4 轮式装载机工作装置的研究状况
• 1.5 本文主要研究内容及分析方法
• 第2章 疲劳及多体系统动力学理论基础
• 2.1 疲劳分析理论基础
• 2.1.1 疲劳定义
• 2.1.2 疲劳累积损伤理论
• 2.1.3 全寿命疲劳分析
• 2.2 多体系统动力学理论基础
• 2.2.1 ADAMS 多刚体系统动力学理论基础
• 2.2.2 ADAMS 多柔体系统动力学理论基础
• 2.3 本章小结
• 第3章 实体模型和数学模型的建立
• 3.1 工作装置实体模型的建立
• 3.1.1 Solidworks 软件简介
• 3.1.2 三维实体模型
• 3.2 工作装置数学模型的建立
• 3.3 本章小结
• 第4章 轮式装载机工作装置多体动力学仿真
• 4.1 ADAMS 中多体系统模型的建立方法
• 4.1.1 几何模型的创建
• 4.1.2 定义约束和运动
• 4.1.3 冗余约束的检查及修改
• 4.1.4 作用力的施加
• 4.2 工作装置刚柔耦合多体系统模型的建立
• 4.2.1 模型数据传输
• 4.2.2 模态中性文件的生成及导入
• 4.2.3 正载工况下多体系统模型
• 4.2.4 偏载工况下多体系统模型
• 4.3 工作装置外载荷的确定
• 4.3.1 插入阻力
• 4.3.2 铲取阻力
• 4.3.3 ADAMS 中工作装置外载荷和驱动的施加
• 4.4 多体系统动力学模型的验证
• 4.4.1 卸载高度分析
• 4.4.2 传动构件之间的夹角分析
• 4.5 工作装置多体系统动力学分析
• 4.5.1 正载工况下铰接点受力分析
• 4.5.2 偏载工况下铰接点受力分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 虚拟疲劳耐久性分析
• 5.1 疲劳耐久性理论基础
• 5.2 动臂的疲劳耐久性分析
• 5.2.1 有限元模型建立
• 5.2.2 输出载荷文件
• 5.2.3 材料定义与设置
• 5.2.4 虚拟疲劳分析
• 5.3 连杆的疲劳耐久性分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢