王惠科[1]2010年在《液压挖掘机工作装置静、动态特性研究与结构参数优化》文中进行了进一步梳理工作装置的性能和可靠性是液压挖掘机整机先进性的重要标志,其设计的优劣将直接影响整机性能的发挥。随着挖掘机不断向高速、重载、高精度和轻量化方向发展以及降低能耗要求的提高,这就有必要对液压挖掘机工作装置进行系统研究,以提高其设计水平。本文正是在此背景下并结合国家“863”项目,以使工作装置达到结构最优设计为目的,对液压挖掘机工作装置结构的静、动态特性以及结构优化设计进行研究,论文的主要工作如下：综述液压挖掘机的发展概况及其工作装置国内外的研究现状,并分析其工作装置结构和工作的特点,明确课题研究的意义。建立挖掘机工作装置面向结构有限元分析的静力学、动力学数学模型,并利用MATLAB GUI编写相应计算模块,为后文的结构强度分析与结构优化设计奠定基础。建立动臂、斗杆的实体单元有限元模型,对其进行典型工况下的静强度分析。在此基础上,利用线性迭加原理,得到挖掘范围内动臂、斗杆的最危险工况,并对其进行静强度分析。联合ANSYS和ADAMS建立动臂、斗杆为柔性体的整机刚柔耦合虚拟样机,开展工作装置动应力进行仿真分析,并在此基础上对整个工作装置进行模态分析与冲击响应仿真分析,对工作装置的动态设计具有指导意义。以SWE90H液压挖掘机为平台,进行工作装置单动作时的油缸压力与流量的测试、工作装置振动的测试实验和动臂、斗杆的应力测试,通过实验来验证理论分析以及仿真模型的正确性与有效性。利用APDL语言建立动臂的壳固单元混合的参数化有限元模型,满足产品系列化设计与强度分析的需要,并对动臂进行多工况灵敏度分析与多工况下的结构优化设计,为动臂结构的优化设计提供具有指导意义的理论依据。
荣洪均[2]2007年在《液压挖掘机反铲工作装置整机理论复合挖掘力的计算模型及其应用研究》文中进行了进一步梳理单斗液压挖掘机是工程机械的一种主要类型,广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中。单斗反铲液压挖掘机是挖掘机械中最重要的机种之一,主要应用于挖掘停机面以下的土壤。反铲装置是液压挖掘机的主要工作装备,其结构的合理性直接影响到整机的工作性能和可靠性。由于其复杂多变的工作载荷,因此工作装置的可靠性备受关注。按照传统设计方法,凭经验假定若干危险姿态,通过手工计算校核结构强度的办法已经远远不能满足产品的开发和设计需要。为了寻找单斗液压挖掘机反铲工作装置钢结构的危险工况,建立了整机理论复合挖掘力的计算模型。随着计算机技术的迅猛发展,计算机辅助工程(CAE)技术变得日趋成熟和高效,在产品开发和设计领域中正在逐渐替代传统方法,成为设计工作中的重要手段。本文应用软件ANSYS对反铲装置处于危险挖掘位置的载荷进行模拟、对各部件进行结构静力分析,可以快速准确地计算出工作装置上各部位的应力和变形情况,有助于对结构进行整体和局部改进。全文主要从以下几个方面进行了阐述:①简单介绍了有限元分析的基本理论和分析方法及其分析软件ANSYS。②建立了反铲装置整机理论复合挖掘力的计算数学模型,并在此基础上应用MATLAB软件编制了求解最大复合挖掘力及工作装置的结构内力和经验计算工况下的结构内力分析程序,从而为应用有限元软件快速地分析工作装置钢结构最恶劣工况的应力提供了加载依据。③以某小型液压挖掘机反铲装置为例,对其动臂和斗杆进行了结构分析,应用Pro/Engineer软件建立叁维结构模型,然后导入到ANSYS中,根据实际情况确定了所用单元的类型和材料属性,最后建立了有限元模型。④在有限元分析过程中,首先将挖掘机的基本参数输入到编制好的程序,求出工作装置在各种工况下的铰孔载荷;然后确定动臂和斗杆的边界条件以及铰孔处载荷的处理方式,并且施加边界约束和载荷,最终得到各工况动臂和斗杆的应力分布情况。分析结果表明:对于本文所研究的挖掘机,动臂和斗杆在复合挖掘工况下其内部最大应力都较经验工况大。虽然不同的挖掘机分析结果有所不同,但对其工作装置的钢结构进行应力和可靠性分析时,不仅要考虑经验工况,还必须对复合挖掘工况加以分析。反铲装置整机理论复合挖掘力的计算数学模型不仅适用于对工作装置进行有限元分析,还可用于底盘设计、挖掘性能分析、回转支承当量载荷计算及稳定性分析,从而为更加全面地评价挖掘机各方面的性能提供了理论依据。
张仁敬[3]2008年在《基于ANSYS和Pro/E的WY22挖掘机工作装置的分析》文中研究说明液压挖掘机工作装置是完成液压挖掘机各项功能的主要构件,其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。本文以WY22挖掘机工作装置为研究对象,对其进行了有限元分析和动态分析。本文的主要工作有：首先,本文分析了挖掘机的市场需求和技术现状,提出了提高挖掘机产品质量的重要性和意义。通过挖掘机工作装置设计的分析技术介绍,针对挖掘机工作装置设计存在问题,引出了挖掘机工程分析的有关理论,阐述了有限元分析和运动仿真的方法和步骤。其次,本文对其动臂和斗杆进行了结构分析,采用ANSYS软件建立WY22挖掘机动臂和斗杆结构模型。根据动臂和斗杆的两种计算工况,建立动臂和斗杆力学模型。然后,根据实际情况确定了所用单元的类型和材料属性,建立了WY22挖掘机动臂和斗杆有限元模型；确定动臂和斗杆的边界条件以及铰孔处载荷的处理方式,并且施加边界约束和载荷；利用有限元分析软件ANSYS对WY22挖掘机动臂和斗杆结构强度和刚度进行了数值计算,得到各工况动臂和斗杆的应力、位移分布情况,对动臂和斗杆进行模态分析,得出其主要振型。同时对改进后的动臂和斗杆进行了分析计算,并对结果进行了比较。最后,利用叁维设计软件Pro/E建立了WY22挖掘机工作装置的结构模型,并对工作装置进行了运动及动力分析,得到了铲斗运动速度、加速度和一些部件的受力曲线。有限元分析以及运动仿真的结果验证了WY22挖掘机动臂和斗杆结构强度满足设计要求,动臂和斗杆固有频率与挖掘机工作频率也不会引起共振现象,带筋板的动臂和斗杆更能满足设计要求。运动及动力分析证明WY22挖掘机工作装置运动设计合理。论文研究成果为下一步的WY22挖掘机工作装置的结构优化创造了条件。通过对WY22液压挖掘机的工作装置进行有限元分析和动态分析,以确定结构设计的合理性,进而使该装置结构设计达到国内先进水平。
陈艳[4]2014年在《大型液压挖掘机工作装置轻量化研究》文中研究指明目前，国内超过200t的大型履带式反铲液压挖掘机极少，主要依靠进口，为满足使用需求和作业特点，大型履带式反铲液压挖掘机工作装置质量占整机质量比重较大，一定程度上会造成材料和能源的浪费。有企业曾提出将液压挖掘机工作装置结构调整为桁架结构的构想，但仅处于概念阶段。本文结合300t大型履带式反铲液压挖掘机，对其工作装置的动臂和斗杆进行了轻量化研究，减轻工作装置质量，提高挖掘性能，为大型液压挖掘机新产品的开发和研究提供依据，同时具体的分析过程与结果也为工程机械产品的轻量化研究提供参照。主要内容有：第一、介绍液压挖掘机目前的行业情况，工作装置的类型及构成,了解大型液压挖掘机的市场情况及研究现状，提出了对大型液压挖掘机工作装置轻量化的想法，并介绍了轻量化研究的现状以及拓扑优化方法在轻量化研究中的应用；第二、对目前国内外市场上50t到800t的大型履带式反铲液压挖掘机进行了参数统计分析，拟合了大型液压挖掘机参数的匹配关系，通过对工作装置参数的统计拟合及结构尺寸参数的研究确定了300t大型履带式反铲液压挖掘机基本结构尺寸，并利用挖掘机分析软件EXCA(r13.0)对其进行了挖掘性能分析，确定了5种危险工况，及各工况下工作装置的载荷情况；第叁、建立了300t大型履带式反铲液压挖掘机基本模型，利用有限元分析软件ANSYS Workbench分别对工作装置的动臂和斗杆进行了5种危险工况下的有限元分析，通过分析结果确定其工作装置的强度、刚度超出使用要求，有轻量化的余量；第四、利用ANSYS Workbench的拓扑优化模块对工作装置进行了5种危险工况下的拓扑优化，根据拓扑优化的结果对工作装置进行轻量化处理，获得了轻量化的模型，并提出实现轻量化产品的相关参考建议；第五、参照优化前的五种危险工况对优化后模型进行了五种危险工况下挖掘性能分析和有限元分析，对比优化前的挖掘性能和力学性能，验证了轻量化方案的合理性同时指出不足之处。
杨彦龙[5]2007年在《液压挖掘机工作装置的虚拟样机仿真分析》文中提出液压挖掘机广泛应用于交通运输、水利水电工程、矿山采掘等行业,是一种大型的工程机械,对提高劳动生产率起着关键作用。因此,对挖掘机的设计和研究就显得非常重要。而在我国挖掘机行业中,由于新产品开发周期长、成本高、设计手段落后,导致产品严重老化、缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的应用为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。本文首先阐述了国内外虚拟样机技术的研究现状和发展趋势,针对现有液压挖掘机设计中存在的不足,将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域。在研究挖掘机工作装置的基础上,利用Pro/E软件构造了液压挖掘机的叁维实体模型,并进行了虚拟装配,建立了挖掘机的虚拟样机。在动力学仿真软件ADAMS中建立了挖掘机的多刚体虚拟样机系统,完成了模型的前处理工作,并校验了模型的正确性。通过在ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机机械系统工作范围的仿真分析,得到了与液压挖掘机性能相关的主要参数尺寸和工作范围的包络曲线图,说明了多液压缸复合运动的高效性。根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行了动力学仿真,得到了动臂、斗杆、铲斗等构件各铰接点处的受力情况及相应曲线,为进一步分析研究挖掘机工作装置的强度提供了依据。通过对液压挖掘机进行参数化处理,得出了铲斗四连杆机构几何尺寸的变化对传动比的影响,从而确定了对挖掘力的影响,为优化传动比打下基础。
刘寅[6]2014年在《液压挖掘机工作装置的有限元分析与参数优化》文中提出液压挖掘机的工作装置是液压挖掘机各项功能的执行机构，其结构强度、固有频率等因素直接影响着液压挖掘机的工作性能和工作效率。本文以单斗反铲式液压挖掘机的工作装置为研究对象，对其进行了静强度分析、模态分析、谐响应分析与疲劳分析，并对其参数进行了优化。本文首先分析了液压挖掘机在国内外的发展现状及其前景，阐述了液压挖掘机工作装置的工况与可能出现的失效形式，并在Pro/E5.0中对单斗反铲式液压挖掘机工作装置的铲斗、斗杆和动臂叁个构件建立了叁维实体模型。然后，利用ANSYS Workbench14.5建立了该工作装置的有限元分析模型，通过确定材料属性、划分网格、确定约束条件、添加约束和施加载荷，对工作装置进行了两种工况下的静强度分析，求得了铲斗、斗杆和动臂的应力云图、合位移云图及其叁向分位移云图。本文继而对单斗反铲式液压挖掘机的工作装置进行了模态分析、谐响应分析与疲劳分析，得到了铲斗、斗杆和动臂的固有频率、主振型及其在两种工况下的频率响应和相位响应，同时得出了在恒幅载荷和变幅载荷作用下铲斗、斗杆和动臂的最小寿命、安全系数、疲劳敏感性、雨流矩阵及损伤矩阵等结果。为了对液压挖掘机的工作装置进行参数优化，本文对工作装置中各构件所受载荷与其最大等效应力、合位移量、寿命及损伤之间的关系进行了分析，从而为挖掘机工作装置的结构优化和形状优化提供了重要的参考依据。通过静强度分析，得知液压挖掘机的铲斗与斗杆在最大挖掘深度的工况下所受应力最大。铲斗上的最大应力发生在铲斗与斗杆连接耳板的根部，其危险的位置为铲斗液压缸与斗杆的铰接处以及斗杆与铲斗、斗杆与四连杆的铰接处。斗杆的最大应力发生在前部腹板与下翼板的连接部位和液压缸与斗杆连接的耳板根部。动臂的最大应力发生在动臂与动臂液压缸铰接点处的根部、动臂与斗杆铰接处以及斗杆液压缸与动臂的铰接处。通过模态分析，发现真正能影响工作装置的频率大多都在前叁阶上。而谐响应分析表明除一些特殊点外，工作装置的稳定性均可得到保证。利用疲劳分析，得出了工作装置的最高和最低寿命循环次数和安全系数。通过对工作装置参数的优化，得到了设计点与各参数之间优化后的曲线关系、合位移响应面、最大和最小等效应力的响应面等，从中发现了参数间的最优点。
康海洋[7]2007年在《液压挖掘机动臂结构动态分析》文中提出动臂是挖掘机的关键部件,也是主要承力部件。挖掘机要承受复杂的冲击载荷,按传统静态的、经验的方法设计的动臂结构,在施工过程中往往出现强度、刚度不足的情况。而动臂强度、刚度是否满足要求,将直接影响工作安全。因此,全面了解动臂在工作过程中的应力、应变水平,了解动臂的振动频率和刚度、强度分布情况,对于我们优化动臂结构具有十分重要的作用。本文是出于研发新型挖掘机的目的,运用Pro/Mechanica对动臂结构进行动态分析。在文中对液压挖掘机工作装置运动学及受力进行分析,介绍了挖掘机的作业方式,简要讨论了影响挖掘阻力的几种因素;利用Pro/E建立了挖掘机工作装置的运动模型,并对其进行运动学仿真;运用Pro/Mechanica对挖掘机动臂进行叁种典型工况的受力分析,研究其应力及应变,验证动臂的强度符合设计要求,对动臂进行模态结构分析,得出其主要振型;实验测试了挖掘机动臂的应力应变及振动情况,并对实测结果和有限元分析进行了比较。有限元分析以及实际测试结果验证了动臂结构强度满足设计要求,动臂固有频率和挖掘机工作频率也不会引起共振现象,论文研究成果为下一步的动臂结构优化创造了条件。
王亚兵[8]2014年在《反铲液压挖掘机工作装置结构与性能一体化设计研究》文中认为液压挖掘机是一种非常重要的和常用的施工机械，它在采矿、道路建设、国防建设、农业灌溉和其他土方施工中占有十分重要的地位。随着我国在建设基础设施上的投资不断增加，挖掘机在国家的现代化建设中扮演着越来越重要的角色。所以，重视挖掘机的发展，加快挖掘机的创新，不断提高产品质量，对国家的现代化建设有着重要的意义。工作装置是液压挖掘机的重要组成部分，工作装置的质量极大的影响整机的质量。所以对工作装置的强度分析及优化设计将直接影响到液压挖掘机的可靠性、安全性和工作性能。针对用有限元软件分析结构强度不便于实现结构优化自动循环的局限性及液压挖掘机性能优化的复杂性，本文提出对反铲液压挖掘工作装置结构与性能一体优化的研究。本课题主要的研究工作包含如下几个方面：①分析总结了反铲液压挖掘机工作装置的结构形式和挖掘特点；通过运动分析，建立了挖掘机工作装置的运动学模型及力学模型，求解了工作装置上各个铰点的位置坐标及理论挖掘力；最终完成了在考虑偏载和侧向力的工况下对各个铰点的受力分析。②运用材料力学的方法，利用VB编制液压挖掘机工作装置强度分析软件，通过软件可以求出动臂和斗杆各个截面的最大应力；然后通过实例分析，分别用自编软件计算动臂、斗杆的强度与有限元分析的强度对比。分析对比结果，自编软件计算的结构强度与商用有限元软件分析结果一致。③在验证了自编程序分析工作装置强度正确性的基础上，通过现代设计优化方法，以动臂和斗杆的质量最轻为优化目标，其结构参数作为设计变量，再以其强度不降低为约束条件对动臂和斗杆进行结构优化，并利用VB编制优化程序。通过实例优化设计，将优化前与优化后的结果对比。分析对比结果，优化后动臂和斗杆的质量减轻。④以降低工作装置质量同时提高挖掘性能为优化目标，在工作装置结构优化的基础上，结合原有的液压挖掘机性能优化软件进行多目标组合优化。并利用VB编制液压挖掘机结构与性能一体优化软件，最后通过实例分析优化，对比优化前与优化后的结果。分析对比结果，优化后动臂和斗杆的质量减轻；挖掘机的挖掘性能提高。
周渠梁[9]2013年在《法切阻力比变化条件下的反铲液压挖掘机挖掘性能分析与强度分析》文中研究表明液压挖掘机是工程机械领域中的主要基础施工机械，在工业建筑、道路建设、水利矿山工程等土方施工中占有非常重要的位置。液压挖掘机利用工作装置完成挖掘作业，工作装置的挖掘性能是整机设计水平的重要标志。许多研究表明，液压挖掘机在挖掘如粘土之类具有一定粘聚性的土壤时，法向阻力在整个挖掘过程中的变化是比较紊乱的，无规律可言，与切向阻力之间的关系亦无明显特征。因此，改变传统的液压挖掘机挖掘性能分析中，法切阻力比λ取常数的计算方法，将其改为变量，并在所得的一系列结果中选取一组最大的挖掘力，可使液压挖掘机的挖掘性能分析和强度分析更加合理可靠。本文将以某21t级的反铲液压挖掘机作为研究对象，选择某些特定的挖掘工况，运用现代设计方法，结合CAE技术，使用VB、ANSA、ANSYS等软件，在考虑法切阻力比的影响下，对反铲液压挖掘机进行挖掘性能分析；对工作装置的主要构件进行强度分析并与原有传统方法下的结果进行比较。本文具体包括以下的研究内容：①分析总结了反铲液压挖掘机工作装置的结构形式和挖掘特点；通过运动分析，建立了挖掘机工作装置的运动学模型，求解了工作装置上各个铰点、重心以及铲斗尖的位置坐标。②运用数学方法，计算了反铲液压挖掘机工作装置各个油缸力臂；综合考虑挖掘机实际作业中液压缸动作情况(主动或闭锁)，建立了整机理论挖掘力的力学模型；并在此基础上考虑法切阻力比的影响，提出了新的整机理论挖掘力计算方法，并建立相应的整机理论挖掘力模型，从而为下一步的挖掘性能分析提供了依据。③利用自编反铲液压挖掘机性能分析软件绘制了传统的法切阻力比按经验值取0.2和考虑法切阻力比影响下的挖掘图谱，进行对比分析；并采用图谱迭加法分析了某21t级反铲液压挖掘机各个限制因素所占比例以及整机理论挖掘力，并与原有传统方法下的结果进行比较。④利用有限元软件ANSYS，在考虑法切阻力比的影响下，选取极限工况对反铲液压挖掘机工作装置的主要构件进行强度分析，并与传统分析方法下的强度分析结果进行比较。
卢青[10]2009年在《液压挖掘机工作装置铰点优化设计》文中研究表明液压挖掘机是土石方工程的主要施工机械,广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。液压挖掘机利用工作装置进行土石方挖掘,工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志。工作装置的作业由叁个油缸的复合动作及铲斗和土石方的相互作用来实现,其运动和受力分析情况比较复杂。工程应用中常出现动臂或斗杆开裂失效、挖掘区域不合理、工作装置与机体干涉以及工作装置铰点销轴早期断裂等故障,给企业造成了巨大损失,直接影响了国内挖掘机行业的发展。和其他国外的工程机械产品相比,国产液压挖掘机缺少竞争力,在国内的市场占有率也是相对较低。液压挖掘机工作装置的优化设计是液压挖掘机设计中极为重要的一部分,它对于提高整机的工作效率,提高挖掘机的作业性能具有重要的意义。本文主要的研究工作及相应的结论主要有以下几个方面:对挖掘机反铲装置进行了运动学、动力学分析和计算,并对工作装置建立了运动学方程,得到了反铲装置各关键点的坐标和实现挖掘力的限制条件,这为进一步的分析提供了依据;应用ProE软件建立了反铲装置的实体模型及约束条件,并通过分析获得液压挖掘机的工作范围,这有助于液压挖掘机工作参数的验证;通过运动分析,利用Pro/E的测量功能得到了挖掘机的工作包络曲线图;分析了挖掘机反铲装置斗杆的各个点的受力情况,并利用ANSYS软件对斗杆进行了有限元分析,从而为下一步实体设计和强度校核提供了可靠的参考数据;最后对该有限元分析模型的分析结果进行了生产实践强度的试验验证。因此该结果对设计及试验具有一定的实际参考意义。
参考文献：
[1]. 液压挖掘机工作装置静、动态特性研究与结构参数优化[D]. 王惠科. 中南大学. 2010
[2]. 液压挖掘机反铲工作装置整机理论复合挖掘力的计算模型及其应用研究[D]. 荣洪均. 重庆大学. 2007
[3]. 基于ANSYS和Pro/E的WY22挖掘机工作装置的分析[D]. 张仁敬. 东北大学. 2008
[4]. 大型液压挖掘机工作装置轻量化研究[D]. 陈艳. 太原科技大学. 2014
[5]. 液压挖掘机工作装置的虚拟样机仿真分析[D]. 杨彦龙. 河北工业大学. 2007
[6]. 液压挖掘机工作装置的有限元分析与参数优化[D]. 刘寅. 兰州交通大学. 2014
[7]. 液压挖掘机动臂结构动态分析[D]. 康海洋. 长沙理工大学. 2007
[8]. 反铲液压挖掘机工作装置结构与性能一体化设计研究[D]. 王亚兵. 重庆大学. 2014
[9]. 法切阻力比变化条件下的反铲液压挖掘机挖掘性能分析与强度分析[D]. 周渠梁. 重庆大学. 2013
[10]. 液压挖掘机工作装置铰点优化设计[D]. 卢青. 上海交通大学. 2009