正铲液压挖掘机工作装置动力学及动态强度分析

摘要

鉴于正铲液压挖掘机承载能力大、作业效率高的特点，且国内对正铲液压挖掘机的研究相对较少。因此，本文主要对一种12杆3自由度大型正铲液压挖掘机工作装置进行了研究分析，主要分析了工作装置的动力学特性和动态强度。
　　1、运用D-H法对工作装置进行了运动学建模，并分析了工作装置的位置正反解特性和角速度与角加速度。在混合挖掘和水平推铲两种工况下分别对位置正解和反解进行仿真，结果符合实际情况;角速度和角加速度分析结果表明斗杆关节对铲斗末端位置影响最大，工作装置具有良好的运动学响应，为动力学分析奠定了基础。
　　2、利用虚功原理方法建立了工作装置动力学模型，在水平推铲后提升工况下得到了三组液压缸驱动力变化曲线。结果显示切向挖掘阻力对驱动力整体影响最大，驱动力变化趋势揭示了驱动力与铲斗末端位置和负载变化的规律。用ADAMS对工作装置进行动力学仿真，对比分析两种结果，误差在合理范围内，证明了两种动力学模型和分析结果的正确性。
　　3、基于ANSYS对工作装置进行结构特性研究，着重对动臂和斗杆进行了模态分析和谐响应分析。对动臂和斗杆分别进行自由模态和约束模态分析，分析结果表明斗杆频率和变形都略大于动臂;通过谐响应分析得出动臂和斗杆容易发生共振的频率和响应幅值，为结构优化提供了参考。
　　4、联合ANSYS和ADAMS研究分析了工作装置在典型作业工况和有冲击载荷下的动态强度。结果表明作业工况改变会引起驱动力震荡，冲击载荷对动臂的影响大于斗杆，冲击载荷的大小和作用时间对构件应力影响较大，作用时间越长，震荡时间越长;冲击载荷越大，震荡幅度越大。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 液压挖掘机发展概述

1．3 工作装置研究现状

1．4 本文主要研究内容及方法

第二章 工作装置动力学分析

2．1 引言

2．2 工作装置运动学建模

2．2．1 工作装置机构特点

2．2．2 基于D-H法运动学建模

2．2．3 位置正解

2．2．4 位置反解

2．2．5 速度与加速度

2．3 运动学仿真

2．3．1 位置仿真

2．3．2 速度与加速度仿真

2．4 基于虚功原理动力学建模

2．4．1 理论挖掘阻力

2．4．2 构件速度与加速度

2．4．3 工作装置动力学建模

2．5 动力学分析

2．6 本章小结

第三章 基于ADAMS动力学仿真

3．1 引言

3．2 虚拟仿真软件ADAMS简介

3．2．1 模块介绍

3．2．2 虚拟样机技术理论基础

3．3 虚拟样机的建立

3．3．1 工作机构三维模型的建立

3．3．2 模型导入ADAMS

3．4 动力学仿真分析

3．5 本章小结

第四章 工作装置结构特性分析

4．1 引言

4．2 工作装置有限元建模

4．3 模态分析

4．3．1 自由模态分析

4．3．2 约束模态分析

4．4 谐响应分析

4．4．1 动臂谐响应分析

4．4．2 斗杆谐响应分析

4．5 本章小结

第五章 工作装置动态强度分析

5．1 引言

5．2 基于ADAMS和ANSYS联合仿真

5．2．1 模态中性文件的生成

5．2．2 刚柔耦合模型的建立

5．3 动态强度分析

5．3．1 典型作业工况下的动态强度

5．3．2 冲击载荷下的动态强度

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢