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

摘要

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；并采用图谱叠加法分析了某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。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题研究背景

1.2液压挖掘机的发展概况

1.3课题研究的意义及主要内容

2 反铲液压挖掘机工作装置运动学分析

2.1工作装置的结构形式和挖掘特点

2.2 工作装置运动分析

2.3反铲工作装置位置模型建立

2.4本章小结

3 考虑法切阻力比影响的反铲液压挖掘机挖掘力模型

3.1力臂的计算

3.2挖掘力模型建立

3.3考虑法切阻力比影响的挖掘力

3.4本章小结

4 考虑法切阻力比影响的反铲液压挖掘机挖掘性能分析

4.1挖掘图谱绘制

4.2挖掘图谱叠加分析

4.3实例分析

4.4本章小结

5 考虑法切阻力比影响的反铲液压挖掘机

5.1有限元法简介

5.2ANSA和ANSYS简介

5.3极限工况下对工作装置的有限元分析

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A.攻读硕士学位期间参加的科研项目