挖坑机钻头有限元分析和悬挂机构运动仿真

论文摘要

挖坑机是一种重要的植树造林设备,它的工作性能将直接影响植树造林的质量和效率。随着国家对环境保护的日益重视以及劳动力成本的提高,机械化植树造林已经成为大势所趋。因此,研制出高性能、低成本的植树挖坑机,不仅会产生很好的经济效益,也会带来良好的生态效益和社会效益。针对传统设计方法费时、费力、成本高等缺点,本文采用现代设计方法和手段,利用三维造型技术、有限元法和虚拟样机技术对一种悬挂式挖坑机的主要工作部件进行了分析和仿真,得出了其工作性能参数,对该型挖坑机的设计合理性与工作可靠性进行了分析与验证。应用三维机械设计软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS,按照该型挖坑机的结构特点和实际工作条件,建立了其三维实体模型和有限元模型,对挖坑机的钻头分别进行了静力分析和模态分析,并对悬挂机构进行了运动仿真。主要完成了以下几方面的工作：(1)通过对挖坑机钻头升土理论的分析与计算,确定了挖坑机钻头各部件的结构参数和工作参数,并通过Pro/E软件建立了其三维实体模型。(2)将钻头的实体模型导入有限元分析软件ANSYS中,建立螺旋叶片的有限元模型并进行静力分析,得到了其应力和变形的数据,并对叶片螺旋升角α与其应力值之间的关系进行了探讨,为叶片进一步的结构优化提供了依据。(3)在ANSYS中建立钻头主轴的有限元模型,并对其分别进行静力分析和模态分析,得出主轴的应力和变形数据,并提取了钻头前十阶模态振型,为钻头的的动力学分析提供了依据。(4)根据挖坑机悬挂机构的实际尺寸在Pro/E中建立其三维实体模型并进行装配,利用Pro/E的机构运动分析模块Mechanism对悬挂机构进行运动仿真,得出了挖坑过程中钻头的运动参数,验证了悬挂机构设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 挖坑机的设计要求与分类
• 1.2.1 挖坑机的设计要求
• 1.2.2 挖坑机的分类
• 1.3 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3.1 国内外挖坑机的发展概况
• 1.3.2 国内外挖坑机理论及实验研究概况
• 1.3.3 挖坑机的发展趋势
• 1.4 研究的主要内容
• 第二章 挖坑机钻头工作理论分析与结构参数的确定
• 2.1 悬挂式挖坑机的工作原理
• 2.2 挖坑机钻头的升土理论
• 2.2.1 土壤质点的运动规律
• 2.2.2 钻头升运土壤的条件
• 2.2.3 土流的运动规律与钻头的升土临界条件
• 2.3 挖坑机钻头主要参数的确定
• 2.3.1 钻头螺旋升角α和导程h的确定
• 2.3.2 钻头临界转速的确定
• 设与角速度ω的确定'>2.3.3 钻头设计转速n_设与角速度ω的确定
• 2.3.4 钻头主要零部件的选材
• 2.4 本章小结
• 第三章 挖坑机钻头的建模与螺旋叶片有限元分析
• 3.1 挖坑机钻头的三维实体建模
• 3.1.1 Pro/ENGINEER软件简介
• 3.1.2 钻头三维实体模型的建立
• 3.2 挖坑机钻头的工作转矩计算
• 3.3 钻头螺旋叶片的有限元静力分析
• 3.3.1 有限元法相关理论概述
• 3.3.2 螺旋叶片的载荷分析
• 3.3.3 螺旋叶片实体模型的建立
• 3.3.4 螺旋叶片有限元模型的建立
• 3.3.5 加载
• 3.3.6 求解和后处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 挖坑机钻头主轴的有限元分析
• 4.1 钻头主轴有限元静力分析
• 4.1.1 主轴的载荷分析
• 4.1.2 主轴的三维实体建模
• 4.1.3 主轴的有限元模型
• 4.1.4 加载
• 4.1.5 求解与后处理
• 4.2 钻头主轴的有限元模态分析
• 4.2.1 模态分析技术概述
• 4.2.2 基于ANSYS的有限元模态分析
• 4.2.3 钻头主轴的模态分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 挖坑机悬挂机构的运动仿真
• 5.1 虚拟样机技术概述
• 5.2 基于Pro/E的悬挂机构运动仿真
• 5.2.1 Pro/E运动仿真模块简介
• 5.2.2 悬挂机构的运动学分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介