【摘要】：裝載機(jī)工作裝置的強(qiáng)度、剛度等是直接影響整機(jī)產(chǎn)品使用可靠性及壽命等性能的重要因素,故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便成為裝載機(jī)整體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。本文以某裝載機(jī)機(jī)型的工作裝置為例,對其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力仿真與有限元分析研究,找出了工作裝置在最大受力情況,即偏心加載方式、地面鏟掘工況下的危險(xiǎn)應(yīng)力集中分布區(qū)域,并以此作為理論依據(jù),對工作裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)形式改進(jìn),從而得到了更加可靠、完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 (1)通過三維造型軟件Pro/ENGINEER對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行了數(shù)字化建模并裝配,制作并導(dǎo)出了裝配動(dòng)畫。 (2)對裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行了作業(yè)工況、外載荷分析與計(jì)算,得到對稱加載方式時(shí)插入阻力245391.81N,鏟掘阻力361464.88N;偏心加載方式時(shí)插入阻力101039.57N,鏟掘阻力148838.48N。采用ADAMS仿真軟件建立了工作裝置的虛擬樣機(jī)模型,進(jìn)而進(jìn)行了各個(gè)作業(yè)步驟的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)仿真與分析,并導(dǎo)出了運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)仿真動(dòng)畫。結(jié)果顯示:鏟斗在第5秒后的工作過程中,工作裝置的轉(zhuǎn)斗油缸掘起力總大于舉升油缸掘起力,不會(huì)發(fā)生傾翻;在偏心外載荷工況下,工作裝置構(gòu)件系統(tǒng)所受的力值較大;在地面鏟掘工況下,各鉸點(diǎn)所受的力值最大;將偏心加載方式和地面鏟掘工況選作有限元分析板塊中的研究對象;在仿真結(jié)果數(shù)據(jù)中,動(dòng)臂下鉸點(diǎn)所受力的最大值接近1500kN。 (3)建立了簡化運(yùn)動(dòng)構(gòu)件力學(xué)模型,通過力學(xué)計(jì)算方法,對工作裝置各構(gòu)件進(jìn)行了受力分析計(jì)算,得出在最大受力情況下各構(gòu)件的受力數(shù)值。從結(jié)果中得到,動(dòng)臂下鉸點(diǎn)最大受力值為1510.3kN,與仿真結(jié)果1500kN結(jié)果相當(dāng)。應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件,對動(dòng)臂框架進(jìn)行有限元靜力分析。得到危險(xiǎn)應(yīng)力集中分布區(qū)域發(fā)生在受偏載一側(cè)動(dòng)臂板較前端的上下部分以及與舉升缸鉸孔鉸接的內(nèi)表面處,應(yīng)力范圍值632.32MPa-948.37MPa;動(dòng)臂框架橫梁與動(dòng)臂板接壤位置和支撐部位上存在的應(yīng)力值也已超出了屈服極限345MPa,此位置容易發(fā)生斷裂。最大位移變形發(fā)生在受偏心載荷較大一側(cè)的下鉸點(diǎn)處,最大變形量為17.531mm。 (4)根據(jù)有限元分析結(jié)果,提出了動(dòng)臂框架結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案,并對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了再次有限元分析。結(jié)果顯示,在改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)中,動(dòng)臂板前端下鉸點(diǎn)處的最大變形量縮小為11.9mm;動(dòng)臂板上下部的應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)域明顯減小,應(yīng)力值降低到了316.3MPa-623MPa;橫梁與動(dòng)臂板焊接部位的危險(xiǎn)點(diǎn)完全消失,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的合理性。
[Abstract]:The strength and rigidity of the loader's working device are the important factors that directly affect the reliability and life of the whole machine, so its structure design has become one of the important contents of the overall design of the loader. Taking the working device of a loader as an example, this paper studies its motion, dynamic simulation and finite element analysis, and finds out the maximum force of the working device, that is, the eccentric loading mode. The distribution area of dangerous stress concentration under ground excavating condition is used as the theoretical basis to improve the structure of the working device, thus obtaining a more reliable structure. Perfect structural design scheme. (1) the working device of loader is digitally modeled and assembled by three-dimensional modeling software Pro/ENGINEER, and assembly animation is made and derived. (2) the working condition of the working device of loader is carried out. The external load analysis and calculation show that the insert resistance is 245391.81N, the excavating resistance is 361464.88N, the insertion resistance is 101039.57N and the excavating resistance is 148838.48Nunder the eccentric loading mode. The virtual prototype model of the working device is established by using the ADAMS simulation software, and then the motion, dynamics simulation and analysis of each operation step are carried out, and the motion and dynamics simulation animation are derived. The results show that in the working process of the bucket after 5 seconds, the lifting force of the rotary cylinder of the working device is always greater than that of the lifting cylinder, and the tipping will not occur, and under the condition of eccentricity external load, the force value of the working device component system is larger than that of the lifting oil cylinder. Under the condition of ground shovel, the force of each hinge point is the largest; the eccentric loading mode and the ground excavating condition are selected as the research objects in the finite element analysis plate; in the simulation result data, The maximum force acting on the lower hinge of the arm is close to 1500kN. (3) the simplified mechanical model of the moving member is established, and the mechanical analysis and calculation of the components of the working device are carried out by means of the mechanical calculation method. The stress value of each member is obtained under the condition of maximum force. From the results, the maximum force value of the lower hinge point of the arm is 1510.3kN, which is equivalent to the 1500kN result of the simulation results. The finite element static analysis of moving arm frame is carried out by using ANSYS finite element analysis software. It is obtained that the distribution of dangerous stress concentration occurs in the upper and lower parts of the eccentric side of the moving arm plate and in the inner surface of the hinge of the lift cylinder. The stress range is 632.32MPa-948.37MPa, and the stress value on the boundary position and support part of the frame beam has exceeded the yield limit of 345MPa, which is prone to fracture. The maximum displacement occurs at the lower hinge on the side of the large eccentric load, and the maximum deformation is 17.531 mm. (4) according to the results of the finite element analysis, an improved design scheme for the structure of the movable arm frame is proposed. The improved structure is analyzed again by finite element method. The results show that, in the improved structure, the maximum deformation at the lower hinge point of the front end of the arm plate is reduced to 11.9 mm, and the dangerous area of stress concentration in the upper and lower parts of the plate is obviously reduced. The stress value is reduced to 316.3MPa-623MPa, and the danger point of the welding position between the beam and the moving arm plate is completely disappeared, which verifies the rationality of the structural improvement design.
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH243

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本文編號：2224780