LWL-120扒渣机工作装置有限元优化及液压系统设计与仿真

摘要

本课题来源于生产实践，是与江西四通重工机械有限公司合作的科研项目。目前市场上的扒渣机普遍存在效率较低，工作空间范围大，生产规模小，劳动时间长，单位装载运输成本大等缺点。为了克服这些缺点和解决扒渣机作业中存在的实际问题，进一步提高生产能力和装碴效率，进行对LWL-120扒渣机进行三维模型和参数计算，对其重要的工作装置进行有限元分析和结构优化研究，以及液压系统设计与仿真。
　　（1）整体的方案设计，根据厂家提出的问题对LWL-120型扒渣机各零部件进行选型和结构设计。然后对本机的性能各方面参数进行了计算；并应用Solidworks三维软件对LWL-120扒渣机各主要零部件建模和装配建模，对扒渣机进行干涉检查；并进行了三维工程图的设计。
　　（2）运用ANSYS Workbench完成了对LWL-120扒渣机工作装置的薄弱零件如大臂、小臂的结构进行强度和刚度静力学分析，得到了各自的仿真分布云图，观察结构应力集中的部位，然后对其结构进行优化；并对扒渣机工作装置处在最危险的工况时，对大臂进行了模态分析，然后与大臂的固有频率进行对比，对比结果是在正常运行时不会发生共振现象。
　　（3）运用软件ANSYS Workbench进行目标驱动优化分析，得到了影响大臂刚度最敏感的相关参数尺寸，经过改变影响的参数尺寸，对大臂进行结构优化。优化过程以减小大臂的质量为目标函数，得到一组最佳参数，质量由143.63kg减少到123.84kg，减轻的重量将近是13.78％，优化后减轻了质量。
　　（4）通过对LWL-120扒渣机工作时典型工况的负载分析，以及功能需求，通过计算对比分析确定控制方式为LUDV，在此基础上设计完成了扒渣机工作装置液压系统的原理图。在应用AMESim液压仿真平台对负荷敏感泵和多路阀进行建模，根据实际工作情况把各执行元件连接起来，对其模型进行动静特性的仿真分析研究。经过仿真分析得到的曲线变化图与样本曲线图对比，基本保持一致，验证了扒渣机液压系统设计的合理性，最后设计了电气原理图。
　　本论文的研究，为LWL-120扒渣机的设计在结构的设计，零件的选型和整机的性能参数提供了理论基础；基于ANSYS Workbench的工作装置有限元分析和优化研究，以及液压系统的设计与仿真，为后续的扒渣机研制提供了行之有效的设计思路。