【摘要】：目前,我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)存在的主要問題是：挖掘機(jī)品種不齊,缺少大型液壓挖掘機(jī),特別是用于礦山開采的大型正鏟液壓挖掘機(jī)幾乎沒有。為了填補(bǔ)我國(guó)大型正鏟液壓挖掘機(jī)的國(guó)內(nèi)空白,某挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)欲研制7-50m3的大型正鏟液壓挖掘機(jī)與國(guó)外同類型產(chǎn)品品牌競(jìng)爭(zhēng)。本文結(jié)合與該企業(yè)的合作項(xiàng)目,應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù),進(jìn)行“基于多體動(dòng)力學(xué)的大型正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)載特性的研究”,包括正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置各種工況下運(yùn)動(dòng)性能的可視化研究、整個(gè)工作范圍內(nèi)斗桿挖掘力的可視化計(jì)算、正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力和液壓系統(tǒng)參數(shù)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析及正鏟工作裝置整體動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的研究,旨在解決設(shè)計(jì)不合理所導(dǎo)致的大型液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂或斗桿開裂失效、挖掘區(qū)域不合理、機(jī)體干涉、挖掘力不足、液壓系統(tǒng)工作效率低下等問題,為大型液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和實(shí)用手段。具體研究?jī)?nèi)容如下： 應(yīng)用D-H法推導(dǎo)正鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡方程,分析正鏟工作裝置的主要作業(yè)參數(shù)和挖掘包絡(luò)圖的繪制方法,然后利用多體動(dòng)力學(xué)軟件,建立正鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)虛擬樣機(jī)模型,完成正鏟工作裝置在挖掘、舉升、平推工況下運(yùn)動(dòng)性能的可視化分析,并繪制出正鏟工作裝置的挖掘包絡(luò)圖。通過對(duì)正鏟工作裝置運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行可視化仿真分析,可以在沒有物理樣機(jī)的情況下,對(duì)設(shè)計(jì)方案能否滿足正鏟工作裝置工作范圍方面的要求進(jìn)行有效的分析和判斷,為企業(yè)的設(shè)計(jì)工作提供參考依據(jù)。 利用力矩平衡法和空間矢量法建立了正鏟挖掘機(jī)斗桿挖掘力的理論計(jì)算公式。應(yīng)用牛頓-歐拉法推導(dǎo)正鏟工作裝置的動(dòng)力學(xué)方程,同時(shí)以此為基礎(chǔ)建立正鏟工作裝置機(jī)液耦合的虛擬樣機(jī)模型。通過在鏟斗斗尖施加隨油缸壓力變化的彈簧力的方法仿真計(jì)算正鏟工作裝置的斗桿最大挖掘力,并運(yùn)用正鏟挖掘機(jī)斗桿挖掘力的理論公式計(jì)算相應(yīng)工作姿態(tài)下的斗桿最大挖掘力,將兩者數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證采用鏟斗斗尖施加彈簧力模擬計(jì)算挖掘力方法的正確性。最后繪制出斗桿挖掘工況下的挖掘力圖。 利用／ADAMS/Insight的試驗(yàn)設(shè)計(jì)功能,完成對(duì)正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力、工作效率的試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究。通過正鏟工作裝置虛擬樣機(jī)的多次試驗(yàn)仿真,分析研究多組設(shè)計(jì)變量同時(shí)發(fā)生變化對(duì)樣機(jī)性能的影響,優(yōu)選出使樣機(jī)性能最佳的設(shè)計(jì)方案。在ADAMS軟件中,建立正鏟工作裝置的參數(shù)化樣機(jī)模型,運(yùn)用蒙特卡羅方法研究分析正鏟工作裝置9個(gè)關(guān)鍵鉸接點(diǎn)空間位置的變化對(duì)正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力的影響及舉升和斗桿油缸的流量、油管長(zhǎng)度和直徑等參數(shù)對(duì)正鏟工作裝置舉升、挖掘時(shí)間的影響。從試驗(yàn)結(jié)果中優(yōu)選出工作性能較優(yōu)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)變量值,并應(yīng)用層次分析法對(duì)工作裝置運(yùn)動(dòng)性能和挖掘力性能均較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合選優(yōu)。 為了更加真實(shí)準(zhǔn)確的模擬正鏟工作裝置在工作過程的動(dòng)態(tài)特性,將工作裝置的斗桿和動(dòng)臂視為柔體,建立正鏟工作裝置剛-柔、機(jī)-液耦合的虛擬樣機(jī)模型。在ADAMS中模擬分析正鏟工作裝置在自身重力與物料重力作用下,以最大挖掘力挖掘和以高工作效率進(jìn)行挖掘舉升過程中,工作裝置各部件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布,為更深入研究挖掘機(jī)工作裝置的力學(xué)特性以及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 綜上所述,本文對(duì)正鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)性能、挖掘性能、工作效率和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。并對(duì)正鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)性、挖掘性能和工作效率進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析。試驗(yàn)結(jié)果為該企業(yè)的大型液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)參考。本研究對(duì)推動(dòng)我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的科技進(jìn)步也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[Abstract]:At present, the main problem of the excavator industry in China is that the excavator is not the same, and the large-scale hydraulic excavator is missing, especially for the mining of the mine. In order to fill the domestic gap of the large-scale positive-shovel hydraulic excavator in China, a large-scale positive-shovel hydraulic excavator with 7-50m3 is to be developed by an excavator to compete with the foreign-type product brand. According to the cooperation project of the enterprise, the virtual prototype technology is applied to carry out the 鈥淪tudy on the Dynamic Load Characteristics of the Working Device of the Large-scale Positive-shovel Hydraulic Excavator Based on the Multi-body Dynamics鈥，

本文編號(hào)：2364148