装载机工作装置关键零部件的动力分析及疲劳分析

摘要

装载机是一种广泛应用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山的工程机械，具有工作速度快、铲运效率高、灵活性好、操作轻便等优点。然而，装载机工作环境恶劣、工作条件多变进而影响到装载机的各项指标如强度、刚度、动力学特性，容易造成零部件破坏，甚至发生零件疲劳断裂现象，对装载机工作装置的使用寿命存在严重影响，尤其为装载机油缸的疲劳可靠性寿命存在严重影响，因此计算装载机工作装置尤其油缸的使用寿命成为当今装载机设计的重中之重。
　　有限元分析和疲劳寿命分析是现代设计方法的主要手段，随着计算机技术的高速发展，计算机辅助设计已成为当今产品设计的主要手段和方法，对减少产品开发周期，提高产品质量、延长产品寿命具有重要的意义。本文首先详细了介绍了装载机工作装置的工作原理和结构特点，并结合装载机的实际工作工况对装载机的铲斗进行力学分析计算出装载机工作时的力学工况，并根据装载机工作装置的真实尺寸通过三维建模软件PRO/E建立装载机工作装置的三维模型为后续力学分析做好铺垫;其次，根据多体动力学理论结合动力学分析软件ADAMS对装载机工作装置进行运动学和动力学分析，得出了装载机铲尖的轨迹和装载机零部件各铰点的运动学和动力学特性得出装载机工作装置各位置的时间—载荷历程;再次，利用有限元分析软件ANSYS对装载机工作装置油缸进行静力学分析得出动臂关键零部件的最大应力，验证其强度条件并对动臂进行拓扑优化;然后，根据动力学振动理论结合有限元分析软件ANSYS，得出装载机关键零部件的模态特点，并求出固有频率为后续装载机动臂、油缸的振动动力学设计打下基础;最后，根据疲劳分析理论，结合疲劳可靠性分析软件MSC.Fatigue对装载机工作装置关键零部件活塞、油缸和拉杆进行疲劳寿命可靠性分析，得出装载机活塞、油缸和拉杆的寿命云图和疲劳强度特性，验证了装载机关键零部件油缸的疲劳可靠性寿命。
　　综上所述，根据计算机辅助工程技术分析得出装载机工作装置结构特点、运动学、动力学、有限元静力学、模态分析及疲劳可靠性寿命等分析结果。上述分析结果，对提高装载机的产品可靠性、提高产品研发速度和降低制造和研发成本、延长装载机使用寿命具有重要的意义，该分析具有较强的学术价值和工程实践意义，对今后企业对装载机的产品研发具有一定的指导价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概论

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 国内外装载机研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 课题主要研究内容和思路

第2章 装载机工作装置的工作原理及力学分析

2．1 装载机工作过程分析

2．2 受力分析

2．3 本章小结

第3章 装载机工作装置运动学与动力学分析

3．1 多体动力学理论基础

3．2 装载机工作装置的多体动力学分析

3．2．1 装载机工作装置多体动力学分析前处理

3．2．2 翻转六连杆机构的运动学与动力学分析后处理

3．3 本章小结

第4章 装载机工作装置关键零部件的有限元分析

4．1 弹性力学的基本理论

4．2 有限元法原理

4．3 有限元分析

4．3．1 ANSYS软件简介

4．3．2 动臂活塞杆的有限元分析

4．3．3 动臂油缸有限元分析

4．3．4 拉杆有限元分析

4．4 动臂的有限元分析及拓扑优化

4．4．1 动臂的有限元分析

4．4．2 动臂的拓扑优化

4．5 模态分析

4．5．1 模态分析理论

4．5．2 ANSYS的有限元模态分析

4．5．3 基于ANSYS的装载机油缸和活塞模态分析

4．6 本章小结

第5章 装载机工作装置关键零部件的疲劳分析

5．1 疲劳问题概述

5．1．1 疲劳破坏概念

5．1．2 疲劳破坏理论

5．2 装载机油缸和活塞

5．3 装载机动臂活塞的疲劳寿命分析

5．4 动臂油缸的疲劳寿命分析

5．5 拉杆的疲劳寿命分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢