液压挖掘机工作装置特性分析与优化设计

论文摘要

液压挖掘机是主要的工程机械之一,工作装置又是液压挖掘机的关键零部件之一,所以,工作装置的性能与可靠性对整机的性能有着重要的影响。鉴于此,这里以液压挖掘机工作装置为研究对象,对工作装置特性进行分析与优化设计。基于Pro/E建立了工作装置三维整体模型及其仿真分析,获得了工作装置的运动包络线。通过MECHANISM/Pro接口软件,将Pro/E中建立的装配模型导入ADAMS,基于顺序工作方式对工作装置进行了运动学仿真,获得了铲斗齿尖的运动轨迹及工作装置的主要工作参数仿真值,并表明:研究对象工作装置设计较为合理,满足工作范围要求。将工作装置视为一个整体,建立了工作装置整体优化设计数学模型。以挖掘机的挖掘力为优化目标函数,以工作装置各铰点布置的几何参数为优化设计变量,基于遗传算法进行编程,并以该挖掘机工作装置为例进行优化求解。计算表明:在保证挖掘机工作区间于一个合理范围的前提下,只需要将工作装置铰点布置做少许调整,就可以使挖掘机的挖掘性能得到明显改善。基于上述优化结果及Pro/E平台,建立了优化前后5种典型工况模型,并通过与ANSYS的无缝链接,将三维模型导入ANSYS中,最终建立工作装置的整体耦合有限元模型并进行有限元静力学分析。进而,建立其试验测试工况有限元模型,获得工作装置的整体应力云分布,并将理论计算结果和试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的正确性;为改进工作装置的设计、提高工作装置的可靠性提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 课题意义及主要工作
• 2 液压挖掘机工作装置仿真分析
• 2.1 工作装置三维实体建模
• 2.2 基于Pro/E 的工作装置运动仿真
• 2.3 基于ADAMS 的运动学分析
• 3 工作装置铰点布置优化设计
• 3.1 优化设计方法概述
• 3.2 工作装置优化设计基本思想
• 3.3 工作装置数学模型的建立
• 3.4 优化方法确定
• 3.5 优化结果分析
• 4 工作装置整体有限元分析
• 4.1 工作装置有限元模型的建立
• 4.2 工作装置整体有限元计算实例
• 4.3 优化后工作装置整体有限元计算实例
• 4.4 优化前后比较
• 4.5 静态强度挖掘试验对比研究
• 5 总结和展望
• 5.1 主要研究工作
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文