反铲液压挖掘机工作装置疲劳寿命研究

摘要

反铲液压挖掘机是一种典型的土方施工机械，在道路建设、油田开采等施工作业中起到极其重要的作用。挖掘机在挖掘作业中工作装置直接与挖掘对象接触，承受复杂的冲击载荷。工作装置的强度、可靠性和耐久性直接影响机器的工作效率和工程施工进度。因此，研究工作装置的强度和疲劳可靠性具有十分重要意义。
　　本文依托国家科技支撑计划(项目名称:典型工程机械轻量化设计技术及应用(2011BAF11B01)——工程机械轻量化关键件优化设计研究(05))，对挖掘机的工作装置疲劳寿命进行了研究。论文围绕工作装置挖掘阻力、铰点力的力学建模、工作装置的有限元仿真分析、材料S-N曲线修正以及疲劳寿命计算展开了研究。具体研究过程如下:
　　(1)基于机构动力学分析和动载测试实验，推导工作装置的挖掘阻力、各个部件间铰点力的力学模型;
　　(2)建立工作装置整体有限元模型，对有限元模型做静态和动态分析。其中，工作装置的静载实验验证了有限元模型静态分析数值的有效性，为模型的进一步的动态分析提供可靠性;在动臂、斗杆模型上施加铰点外力和油缸推力，进行动态分析，获得工作装置各部件高应力区域应力历程;利用MATLAB编译雨流计数程序，对应力历程进行计数统计。
　　(3)计算工作装置各个部件上高应力区域的剩余疲劳寿命。采用细节疲劳额定强度值(DFR)法修正了材料S-N曲线，结合应力历程的雨流统计结果，利用Miner线性疲劳累计准则对各部件进行疲劳寿命计算，并对预测结果进行总结与分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究的主要内容

1．4 论文的结构安排

第2章 挖掘机工作装置动力学分析

2．1 挖掘机工作装置组成与工作原理

2．1．1 挖掘机工作装置组成

2．1．2 挖掘机工作装置工作原理

2．2 挖掘机工作装置动力学分析

2．2．1 挖掘机工作装置主要参数测量

2．2．2 斗齿阻力切向力W1计算

2．2．3 斗齿阻力法向力W2计算

2．2．4 铲斗与斗杆、斗杆与动臂各铰点力计算

2．3 本章小结

第3章．挖掘机工作装置有限元分析与应力历程数据处理

3．1 工作装置有限元模型验证实验

3．1．1 工作装置工况分析

3．1．2 工作装置静载测试实验

3．1．3 工作装置有限元静态分析

3．2 工作装置有限元动态分析

3．2．1 工作装置动臂动态分析

3．2．2 工作装置斗杆动态分析

3．3 工作装置应力历程数据处理

3．4 本章小结

第4章．挖掘机工作装置疲劳寿命分析

4．1 疲劳寿命基本理论

4．1．1 应力疲劳设计

4．1．2 应变疲劳设计

4．2 疲劳寿命影响因素

4．2．1 尺寸效应

4．2．2 表面光洁度的影响

4．3 名义应力法的工作装置疲劳寿命计算

4．3．1 材料的S-N曲线修正

4．3．2 工作装置疲劳寿命计算

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目