【摘要】：目前,我國挖掘機行業(yè)存在的主要問題是：挖掘機品種不齊,缺少大型液壓挖掘機,特別是用于礦山開采的大型正鏟液壓挖掘機幾乎沒有。為了填補我國大型正鏟液壓挖掘機的國內空白,某挖掘機生產企業(yè)欲研制7-50m3的大型正鏟液壓挖掘機與國外同類型產品品牌競爭。本文結合與該企業(yè)的合作項目,應用虛擬樣機技術,進行“基于多體動力學的大型正鏟液壓挖掘機工作裝置動載特性的研究”,包括正鏟液壓挖掘機工作裝置各種工況下運動性能的可視化研究、整個工作范圍內斗桿挖掘力的可視化計算、正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力和液壓系統(tǒng)參數(shù)的試驗設計與分析及正鏟工作裝置整體動態(tài)強度的研究,旨在解決設計不合理所導致的大型液壓挖掘機動臂或斗桿開裂失效、挖掘區(qū)域不合理、機體干涉、挖掘力不足、液壓系統(tǒng)工作效率低下等問題,為大型液壓挖掘機的設計提供理論依據和實用手段。具體研究內容如下： 應用D-H法推導正鏟工作裝置的運動軌跡方程,分析正鏟工作裝置的主要作業(yè)參數(shù)和挖掘包絡圖的繪制方法,然后利用多體動力學軟件,建立正鏟工作裝置的運動學虛擬樣機模型,完成正鏟工作裝置在挖掘、舉升、平推工況下運動性能的可視化分析,并繪制出正鏟工作裝置的挖掘包絡圖。通過對正鏟工作裝置運動性能進行可視化仿真分析,可以在沒有物理樣機的情況下,對設計方案能否滿足正鏟工作裝置工作范圍方面的要求進行有效的分析和判斷,為企業(yè)的設計工作提供參考依據。 利用力矩平衡法和空間矢量法建立了正鏟挖掘機斗桿挖掘力的理論計算公式。應用牛頓-歐拉法推導正鏟工作裝置的動力學方程,同時以此為基礎建立正鏟工作裝置機液耦合的虛擬樣機模型。通過在鏟斗斗尖施加隨油缸壓力變化的彈簧力的方法仿真計算正鏟工作裝置的斗桿最大挖掘力,并運用正鏟挖掘機斗桿挖掘力的理論公式計算相應工作姿態(tài)下的斗桿最大挖掘力,將兩者數(shù)值進行對比,驗證采用鏟斗斗尖施加彈簧力模擬計算挖掘力方法的正確性。最后繪制出斗桿挖掘工況下的挖掘力圖。 利用／ADAMS/Insight的試驗設計功能,完成對正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力、工作效率的試驗設計研究。通過正鏟工作裝置虛擬樣機的多次試驗仿真,分析研究多組設計變量同時發(fā)生變化對樣機性能的影響,優(yōu)選出使樣機性能最佳的設計方案。在ADAMS軟件中,建立正鏟工作裝置的參數(shù)化樣機模型,運用蒙特卡羅方法研究分析正鏟工作裝置9個關鍵鉸接點空間位置的變化對正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力的影響及舉升和斗桿油缸的流量、油管長度和直徑等參數(shù)對正鏟工作裝置舉升、挖掘時間的影響。從試驗結果中優(yōu)選出工作性能較優(yōu)對應的設計變量值,并應用層次分析法對工作裝置運動性能和挖掘力性能均較優(yōu)的設計方案進行綜合選優(yōu)。 為了更加真實準確的模擬正鏟工作裝置在工作過程的動態(tài)特性,將工作裝置的斗桿和動臂視為柔體,建立正鏟工作裝置剛-柔、機-液耦合的虛擬樣機模型。在ADAMS中模擬分析正鏟工作裝置在自身重力與物料重力作用下,以最大挖掘力挖掘和以高工作效率進行挖掘舉升過程中,工作裝置各部件的動態(tài)應力分布,為更深入研究挖掘機工作裝置的力學特性以及動態(tài)設計提供理論依據。 綜上所述,本文對正鏟工作裝置的運動性能、挖掘性能、工作效率和動態(tài)強度進行了深入系統(tǒng)的研究。并對正鏟工作裝置的運動性、挖掘性能和工作效率進行了試驗設計分析。試驗結果為該企業(yè)的大型液壓挖掘機設計提供了有效的技術參考。本研究對推動我國挖掘機行業(yè)的科技進步也具有重要的現(xiàn)實意義。
[Abstract]:At present, the main problem of the excavator industry in China is that the excavator is not the same, and the large-scale hydraulic excavator is missing, especially for the mining of the mine. In order to fill the domestic gap of the large-scale positive-shovel hydraulic excavator in China, a large-scale positive-shovel hydraulic excavator with 7-50m3 is to be developed by an excavator to compete with the foreign-type product brand. According to the cooperation project of the enterprise, the virtual prototype technology is applied to carry out the 鈥淪tudy on the Dynamic Load Characteristics of the Working Device of the Large-scale Positive-shovel Hydraulic Excavator Based on the Multi-body Dynamics鈥，

本文編號：2364148