考虑作业动态特性的液压挖掘机工作装置强度研究

摘要

挖掘机作为重型机械，长期在严酷的工作条件下连续工作，其作业过程中突出的动态特性和随机特性是其结构失效的主要原因。缩短新产品的研究周期，加速液压挖掘机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性，是当前工程机械的发展趋势之一。挖掘机的运动学和动力学模型是进行挖掘性能研究的基础，工装装置的强度特性是用户最为关心的性能指标之一。目前由于缺乏考虑挖掘机的实际挖掘过程中的动态特性，静态分析与试验结果往往有较大误差，因此本文结合企业产品的实际要求针对液压挖掘机工装装置的强度特性进行试验研究并深入开展了液压挖掘机作业过程中的动态性能研究。全文共分为五章:
　　第1章阐述了课题背景及研究意义，对国内外的运动学和动力学研究现状、液压挖掘机虚拟样机建模技术研究现状和工作装置强度特性研究现状进行了归纳总结，指出现有研究存在的不足，提出课题研究内容及论文框架。
　　第2章基于多体动力学理论，利用ADAMS建立了液压挖掘机的多刚体系统模型和刚柔耦合模型，以复合动作方式挖掘和顺序动作方式挖掘，分三种情况进行了运动学和动力学仿真分析，并与典型静态工况进行对比，从刚柔耦合产生的非线性动力学效应，挖掘机动态挖掘过程中的惯性和复合动作方式挖掘的动态性三个方面说明动态性能的影响因素。
　　第3章以刚柔耦合模型仿真得到的铰点载荷谱作为强度分析的依据，采用瞬态分析方法对工装应力进行研究，获得工装在整个挖掘过程中的应力变化情况;为进一步研究刚柔耦合的动态效应区别于传统虚拟样机建模对工作装置强度特性的影响，将此结果与多刚体模型复合动作挖掘的瞬态分析结果进行比较充分说明动态特性的影响因素。
　　第4章建立了液压挖掘机的试验测试平台，以某重工集团21t液压挖掘机为试验样机，混有石块的三级土壤为挖掘对象，搭建液压挖掘机工装装置三组液压缸的油压、各特征点应力的同步采集测试平台，获得真实挖掘情况下工装的应力分布规律。以最接近实际挖掘情况的刚柔耦合模型瞬态分析结果与试验测试结果对比分析验证瞬态分析结果的可靠性。
　　第5章对本文的主要工作进行了总结，并提出了对后续研究工作的展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 研究意义

1．2 液压挖掘机国内外研究现状

1．2．1 运动学和动力学研究

1．2．2 液压挖掘机虚拟样机建模研究

1．2．3 工作装置强度特性研究

1．3 课题研究内容及论文框架

2 液压挖掘机的挖掘作业动态特性研究

2．1 基于ADAMS的液压挖掘机运动学仿真

2．1．1 液压挖掘机虚拟样机的建模

2．1．2 不同挖掘动作方式的运动学分析

2．2 液压挖掘机刚柔耦合模型建模及仿真

2．2．1 柔性体建模技术

2．2．2 工作装置柔性体模型的建立

2．2．3 液压挖掘机刚柔耦合模型的运动学分析

2．3 基于ADAMS的液压挖掘机工作装置动力学分析

2．4 本章小结

3 液压挖掘机工作装置的瞬态动力学分析

3．1 液压挖掘机工作装置的瞬态动力学模型

3．2 液压挖掘机工作装置的瞬态动力学分析结果

3．2．1 刚柔耦合模型的瞬态分析结果

3．2．2 多刚体模型复合动作挖掘仿真的瞬态分析结果

3．3 本章小结

4 液压挖掘机的试验研究

4．1 液压挖掘机工作装置应力测试

4．1．1 测试方案

4．1．2 测试过程

4．1．3 测试数据

4．2 工作装置仿真应力与测试应力对比分析

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献