液压挖掘机工作装置疲劳分析方法研究

摘要

液压挖掘机是各类工程机械中应用最为广泛的一种，在各类基础设施建设中承担重要角色。工作装置是液压挖掘机完成各项任务的执行装置，也是各种复杂载荷的直接承受者。由于设计制造不合理，加之液压挖掘机的作业条件恶劣，受载情况复杂，所以工作装置在实际应用中经常出现疲劳损坏问题，给企业带来严重的经济损失。故而对液压挖掘机工作装置展开疲劳研究，提高其工作寿命具有重要意义。
　　当前在液压挖掘机工作装置疲劳寿命方面的研究较少，存在挖掘机载荷谱难以实测获取的问题，从而难以对工作装置进行疲劳分析。为此，本课题提出一种新的解决方法，并结合某挖掘机企业的产品实例进行了以下研究工作:首先利用任意拉格朗日欧拉方法在显式动力学软件LS-DYNA中对铲斗挖掘土壤过程进行仿真，获得挖掘阻力载荷谱;接着以挖掘阻力载荷谱作为载荷驱动，在动力学仿真软件ADAMS中进行液压挖掘机的整机作业循环过程仿真，获取工作装置上各铰点载荷谱，并通过进行真实的作业过程试验来获取油缸压力以验证载荷谱的正确性;然后提出一种基于铰点受力最大确定危险工况的策略，以该策略确定的危险工况对传统工况进行补充并在有限元分析软件ANSYS中对工作装置进行了静强度分析;最后以静强度分析和铰点载荷谱作为输入在疲劳分析软件ANSYS FE-SAFE中完成了对工作装置的疲劳寿命计算。
　　本课题提出的挖掘机工作装置疲劳寿命计算流程有效弥补了传统方法的不足，并且对于其他工程机械产品的疲劳分析同样具有参考价值。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究必要性

1．2 液压挖掘机工作装置研究现状

1．3 多轴高周疲劳研究准则

1．3．1 等效应力准则

1．3．2 应力不变量准则

1．3．3 能量准则

1．3．4 临界面应力准则

1．3．5 微观积分准则

1．4 土壤切削过程研究进展

1．5 课题主要研究内容

2 典型作业循环下挖土过程的数值模拟

2．1 液压挖掘机典型作业循环过程

2．1．1 挖掘过程

2．1．2 满斗提升过程

2．1．3 卸载过程

2．1．4 空斗返回过程

2．2 任意拉格朗日-欧拉方法理论基础

2．2．1 ALE方法简介

2．2．2 运动参数的ALE描述

2．3 基于ALE的土壤挖掘过程数值模拟

2．3．1 分析流程

2．3．2 土壤本构模型研究

2．3．3 挖土模型建立与参数设置

2．3．4 挖土过程仿真与挖掘阻力获取

2．4 本章小结

3 液压挖掘机作业循环过程仿真

3．1 虚拟样机技术概述

3．2 挖掘机虚拟样机建模

3．3 铰点载荷的获取与验证

3．3．1 作业循环过程仿真

3．3．2 铰点载荷谱的验证

3．4 本章小结

4 液压挖掘机工作装置疲劳寿命计算

4．1 工作装置疲劳分析流程

4．2 工作装置静力有限元分析

4．2．1 液压挖掘机危险工况确定

4．2．2 工作装置强度有限元分析

4．2．3 工作装置有限元结果分析

4．3 工作装置的疲劳寿命计算

4．3．1 ANSYS FE-SAFE与多载荷疲劳计算

4．3．2 疲劳算法的选择与简介

4．3．3 寿命计算与结果分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间作者的科研成果