装载机工作装置动臂框架工作状态的力学分析

论文摘要

随着我国现代化建设进程的不断推进,工程机械行业的发展得到极大的促进,对工程机械的结构提出了越来越高的要求,不仅要求有较高的承载能力、高的疲劳寿命,还要求减少原材料的使用,降低生产成本;在满足强度的前提下,求得最优设计。装载机工作装置是承受载荷的基础构件,研究工装机构的实际受力情况,将为不断改进挖掘机械设计和制造方法提供理论依据。搞清了工装机构的受力情况,不仅奠定了对其进行有限元或结构强度分析的基础,而且也有助于对其进行加工材料、加工方法及结构形状等的合理选定。材料力学方法的长处是可以快捷地获得特定区域(特别是边界区域)上的综合力学量,为进一步的细致分析提供依据。但是,由于其在几何建模和力学模型建模方面,往往作出很多假设,造成与实际情况较大的差异。而使用有限元模拟技术可以建立与实际结构和受力情况相吻合的有限元模型,对结构进行全面而准确的应力、变形分析。根据装载机的作业方式、作业过程和外载施加特点,搞清工作装置的受力特点,计算工作装置各构件的受力情况,其结果作为有限元分析时的外载荷。同时,在此计算结果的基础上,用材料力学方法计算各构件的内力,进行危险断面的强度校核,与有限元分析结果进行分析比较。用UG软件建立与该工作装置实际情况相吻合的数字模型,为下一步进行有限元分析做好准备。动臂是工作装置中最重要的部件,它受力复杂,自重较大。国内外装载机的动臂都有发生过动臂破坏现象。本文首先以动臂处于最低位置,工作机构的最大受力工况为模型,对工作装置的动臂框架进行静态结构分析,得到整个动臂框架在正载、偏载情况下的应力、应变、变形分布。改变动臂框架的位置,重复上述分析,根据分析,选取以下四种工况:(1)动臂与地面成30°角的位置;(2)动臂与地面成15°角的位置;(3)动臂抬升至卸载位置;(4)装载机卸料时。通过这几种不同工况的分析结果,了解动臂框架在整个工作过程中最大应力、最大应变和最大变形的位置变化,为今后动臂框架的设计及优化提供参考。记录动臂框架各工况下最大应力、最大应变和最大变形的位置及其数值,作出静力载荷谱即动臂时间—应力载荷谱,时间—应变载荷谱,时间—位移载荷谱。了解动臂框架各工况下应力、应变、变形值最大处在整个工作过程中的数值变化,更清楚地了解容易发生破坏处的受力情况。最后,根据有限元分析结果以及疲劳累积损伤原理,对动臂框架进行疲劳寿命预估,能在其发生破坏之前及早发现问题并进行补救工作,减少疲劳断裂事故的发生,同时,对于指导装载机的设计、制造、检验与管理也具有十分重要的意义。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 轮式装载机及其工作装置结构简介
• 1.1.1 装载机结构简介
• 1.1.2 工作装置结构简介
• 1.2 研究现状
• 1.3 本论文的研究内容与分析方法
• 第二章 装载机的工作工况及其工作装置的受力模型
• 2.1 ZLK15轮式装载机的主要技术参数
• 2.2 轮式装载机的作业方式
• 2.3 轮式装载机作业工况
• 2.4 外载荷分析
• 2.4.1 作业阻力
• 2.4.2 工作机构受力分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 装载机工作装置数字建模及关键技术
• 3.1 三维数字建模
• 3.2 装载机工作装置三维建模
• 3.3 本章小结
• 第四章 装载机动臂框架有限元分析
• 4.1 ANSYS功能简介
• 4.2 动臂框架有限元分析
• 4.2.1 选择单元
• 4.2.2 材料属性
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 约束条件
• 4.2.5 载荷条件
• 4.2.6 求解
• 4.2.7 结果后处理
• 4.3 动臂框架有限元计算结果
• 4.3.1 最大受力工况（偏载）（CASE1）
• 4.3.2 最大受力工况（正载）（CASE2）
• 4.3.3 动臂与地面呈30°角工况（CASE3）
• 4.3.4 动臂与地面呈15°角工况（CASE4）
• 4.3.5 动臂抬升至卸载位置（CASE5）
• 4.3.6 卸载工况（CASE6）
• 4.3.7 有限元分析结果与材料力学计算结果对比
• 4.4 结果分析及静力载荷谱绘制
• 4.4.1 时间-应力载荷谱
• 4.4.2 时间-位移变形载荷谱
• 4.4.3 时间-应变载荷谱
• 4.5 本章小结
• 第五章 装载机动臂框架疲劳寿命预估
• 5.1 构件随机疲劳寿命估算方法
• 5.1.1 名义应力法
• 5.1.2 局部应力-应变法
• 5.1.3 损伤容限设计
• 5.1.4 疲劳可靠性设计
• 5.1.5 概率断裂力学法
• 5.1.6 功率谱密度法
• 5.2 计算动臂框架疲劳寿命的理论基础
• 5.2.1 P-S-N曲线及寿命
• 5.3 动臂框架疲劳寿命预估
• 5.4 动臂框架设计的改进建议
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 学位论文评阅及答辩情况表