ZL30B型装载机前车架结构分析与优化

摘要

装载机作为在工程机械领域保有量最大的产品，其广泛应用于矿石开采、道路桥梁修建以及水利水电建设等场所，在国民经济建设中发挥着重要的作用。装载机一般使用在恶劣环境中作业，并且经常超载荷作业以及频繁受到外界冲击载荷。而装载机前车架是连接工作装置与后车架的桥梁，其设计性能好坏将直接影响装载机使用稳定性。因此分析前车架结构在作业过程受力情况，提高前车架结构设计水平成为了装载机发展中的一个关键技术问题。
　　本文以某厂ZL30B型装载机前车架结构为研究对象，通过有限元方法和现代优化方法对前车架结构进行了分析与优化，最终达到厂方所提出对前车架结构重量降低8％要求。本文首先介绍前车架结构与工作装置之间力学关系，运用结构简图法在X、Y、Z方向上分别对工作装置各工况作业进行载荷计算，为后期前车架结构静力学分析提供数据支撑。其次运用Solid Works软件对前车架结构进行实体建模，并导入有限元平台对前车架结构做静力学分析，得出在各工况下应力与位移变化云图。然后通过分析云图特点，在对前车架局部结构强度加强改进后，运用ANSYS Workbench平台优化模块中实验设计（Design of Experiments）对其进行尺寸优化设计，并从大量设计点中分析提取出最佳数据组尺寸，构成轻量化前车架结构，以达到降低前车架结构重量8%的目标。最后通过对轻量化前车架结构做固有振动特性和静力学分析，以验证轻量化前车架结构是否满足设计要求。
　　本文主要通过采用有限元分析手段对ZL30B型前车架结构进行初步分析与优化探索，缩短了对前车架结构改进设计周期，并为后期装载机整体结构改进提供参考数据与设计思路。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 工程机械国内外研究现状

1.3 有限元分析法基本思想

1.4 有限元分析法弹性力学理论

1.5 本课题研究的内容

1.6 各章节主要内容

2 装载机前车架受力计算

2.1 前车架结构受力与工作装置关系

2.2 前车架受力计算方法

2.3 前车架受力计算结果

2.4 本章小结

3 前车架结构轻量化设计

3.1 基于前车架结构轻量化建模

3.2 车架有限元分析处理

3.3 前车架局部结构改进

3.4 基于ANSYS Workbench前车架轻量化

3.5 本章小结

4 轻量化前车架模态分析与静力学分析验证

4.1 模态分析

4.2 前车架轻量化后模态分析模型建立

4.3 前车架轻量化后模态结果分析

4.4 轻量化前车架静力学分析与对比

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录A 工况受力与约束描述表

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢