挖掘机工作装置力学分析系统开发与斗杆载荷谱编制

摘要

近年来，随着施工项目不断增加，挖掘机作为主要的工程施工机械，其作业效率高、应用范围广得到普遍使用，但其损坏也越来越引起用户重视。在诸多损坏案例中，疲劳破坏占绝大部分比例，为了研究斗杆的疲劳特性需要确定斗尖载荷时间历程，但是挖掘机作业条件恶劣、无法在斗尖安装传感器直接获得外载荷。本文通过测量动臂截面应力间接获得斗尖载荷，为研究斗杆疲劳寿命提供数据基础。本文的主要内容如下：
　　（1）对挖掘机工作装置的运动关系做详细分析，建立了工作装置各铰点位置随动臂、斗杆、铲斗油缸的位移变化关系；继而在分析斗尖载荷情况的基础上，推导出斗尖载荷与各铰点载荷之间关系表达式；结合动臂结构特点，进一步建立通过斗尖载荷求解动臂截面应力的计算模型，为实测截面应力分析斗尖载荷奠定理论基础。
　　（2）结合测试原理与动臂结构特点，研究了基于动臂截面应力的斗杆载荷测试方法，选择合适的应力测试截面，制定合适的截面应力测试方案，并进行室内斗尖加载实验，对测试方案进行验证。
　　（3）对实测应力数据进行反推计算，得到斗尖载荷时间历程，进一步地确定斗杆载荷时间历程；并对相应的载荷时间历程进行分段处理并对其进行雨流统计计数，最后编制斗杆载荷谱。
　　（4）考虑实测数据量大，通过VB编程实现工作装置力学分析系统的程序开发，该系统具有工作装置运动分析、铰点力分析、动臂截面应力分析及斗尖载荷计算等功能，从而可方便快捷地对实测数据进行批量计算。
　　经过本文对斗杆载荷时间历程测取方法的研究，开发了工作装置力学分析系统，实现实测数据的处理、程序计算与仿真，斗杆载荷谱编制。研究成果能够快速高效的得到斗杆载荷谱，为进行相应的斗杆疲劳寿命预测提供便利。