本文關鍵詞：基于獾爪趾的仿生挖掘機斗齒的研究

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【摘要】：挖掘機是用鏟斗挖掘高于或低于承載面的物料,并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。各種類型的挖掘機已廣泛用在工業(yè)于民用建筑、交通運輸、水利電力工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等機械化施工中。據(jù)統(tǒng)計,工程施工中約有60%的土石方量,系由挖掘機來完成。斗齒是挖掘機的重要部件,它位于鏟斗的尖端,其性能對挖掘機鏟斗乃至挖掘機的挖掘性能有重要影響。在工作中,斗齒易產(chǎn)生磨損,造成切削能力下降和工作效率低下。提高挖掘機斗齒性能的方法包括改進斗齒構形。自然界生物經(jīng)過不斷的進化獲得了優(yōu)良的結構和特異的功能,通過研究這些這些結構和功能,發(fā)掘它們的作用機理,并將其運用到產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)中,以期解決實際工程中遇到的問題。為解決挖掘機斗齒入土阻力大,易斷裂的問題,本文利用Handyscan700掃描儀獲取獾右前爪趾表面的三維點云,提取獾爪趾的側面輪廓曲線,并進行擬合得到曲線方程,將獲取的曲線方程運用到斗齒的設計中,利用三維軟件建立斗齒模型。運用有限元分析軟件對仿生斗齒和80型斗齒的力學性能和切土過程進行數(shù)值模擬,對比分析了力學性能的差異以及能量損耗與切土深度的關系。采用快速成型加工技術加工出了仿生斗齒與80型斗齒試樣。利用電子萬能試驗機和搭建的挖掘試驗臺對斗齒試樣進行了楔土和挖掘試驗,分別測定了楔入阻力與楔入深度以及扭矩與挖掘深度的關系。結果表明:在施加相同載荷的情況下,仿生斗齒產(chǎn)生的最大等效應力、最大等效應變以及最大等效形變量均小于80型斗齒的,破壞的可能性小,比較安全;當斗齒的入土深度相同時,仿生斗齒消耗的能量較80型斗齒降低了22.7%;在同樣條件下,仿生斗齒的楔入阻力較80型斗齒低11.9%-12.6%;在最大挖掘深度相同時,仿生斗齒的扭矩均明顯小于80型斗齒,說明其受到的挖掘阻力最小。本文以獾爪趾為仿生原型設計的挖掘機斗齒不僅解決了工程中遇到的問題,還為減阻部件的開發(fā)提供了新思路,具有重要的參考價值。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU621;Q811

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本文編號：1292963