迈步式吊斗铲迈步过程的运动学仿真及其关键部件强度分析

摘要

吊斗铲是一种属于单斗挖掘机类的露天采矿设备,其是适合应用于大型以及特大型矿山挖掘作业的重型装备。当迈步式吊斗铲在行走时,吊斗铲机体是交替支撑在底盘与两侧的行走装置上,即其行走过程是间歇式的循环过程。作为完成行走动作过程的行走装置,其运动学特性也比较复杂,对其进行动态的仿真研究是十分必要的。
　　本文首先对迈步式吊斗铲及其行走装置进行了介绍,尤其对本课题的研究对象吊斗铲行走装置,分别从其机构组成以及运动过程方面对其进行了分析。之后在三维建模软件Solidworks中创建了吊斗铲行走装置的三维立体模型,将其传输到多体运动学软件ADAMS中。在其中建立了吊斗铲行走装置的虚拟样机模型,对其进行了运动学仿真,并对仿真得到的吊斗铲一个迈步周期内的运动特性曲线进行了分析与研究。
　　通过运动学仿真得到的迈步式吊斗铲行走装置各个铰接处的受力曲线可知,当偏心轮转过94°(10.48s)和283°(31.44s)时受力发生突变,将其确定为两个危险工况。利用ANSYS Workbench有限元分析软件,在其中建立行走装置的行走臂和支撑臂的有限元模型。通过对行走装置在两个危险工况的工作状态的分析,对行走臂和支撑臂合理设置边界条件以及添加载荷,并对其进行有限元静力学求解,得到了行走装置的行走臂与支撑臂在两个危险工况下的应力状况。由对行走臂与支撑臂进行强度校核可知,行走臂与支撑臂在设定的两个危险工况下都是满足强度要求的,但是支撑臂的最大应力值已接近强度极限值,因而应对支撑臂的实时受力状况加以重视。
　　由于吊斗铲在我国的应用尚属首例,且我国国内也没有此类产品的制造商,对其行走装置的相关研究也不多,且还没有对其进行运动学分析的相关资料,所以,对吊斗铲进行运动学仿真研究具有重要意义。其为国内消化吸收吊斗铲的制造技术以及对该设备的使用与维护都具有指导意义,也为以后挖掘机械的行走装置的设计、设备国产化提供一定的理论和实际参考价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3迈步式吊斗铲行走装置介绍

1.4课题研究的主要内容

2多体系统动力学和有限单元法

2.1多体系统动力学

2.2有限单元法

2.3本章小结

3吊斗铲行走装置虚拟样机模型的建立

3.1多体动力学分析软件ADAMS介绍

3.2建立迈步式吊斗铲行走装置的三维实体模型

3.3建立吊斗铲行走装置的虚拟样机模型

3.4本章小结

4迈步式吊斗铲迈步过程的运动学仿真和分析

4.1吊斗铲行走装置各构件的速度曲线分析

4.2吊斗铲行走装置各构件的转角曲线分析

4.3吊斗铲的位移曲线分析

4.4吊斗铲行走装置各关键铰接处的仿真结果分析

4.5本章小结

5吊斗铲行走装置关键部件的强度分析

5.1有限元分析软件ANSYS

5.2行走装置的行走臂有限元分析

5.3行走装置的支撑臂有限元分析

5.4本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢