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基于有限元的挖掘机工作效率的技术研究

祖挥程  
【摘要】:液压挖掘机是土石方工程的主要施工机械,作为液压挖掘机最重要的功能部件之一—工作装置,工作装置的结构动态特性对挖掘机的工作性能有很大影响。因此,本文以XE135B型液压挖掘机工作装置为研究对象,对其结构特性进行有限元分析。本文主要研究内容如下:首先,本文分析了挖掘机工作装置的使用性能要求和设计原则,提出工作装置整体有限元分析的方法。其次,根据挖掘机平面设计图纸在三维造型软件Pro/E中完成了挖掘机整机及其工作装置的三维实体模型。再将建立的几何模型导入到有限元分析软件ANSYS中,根据实际情况确定模型的单元类型和材料属性,并确定模型的边界约束条件以及销轴铰孔处载荷的施加方式,最终建立了XE135B挖掘机有限元模型。然后,对工作装置的五种最危险的工况进行了静力学分析、模态分析、瞬态动力学分析.根据分析结果,分析出工作装置在静载荷作用下的静变形、静应力都是在安全范围内,而动载荷作用下的波动曲线最大值也未超过安全范围。根据工作装置的模态分析结果,得出了其振型和频率,为防止施工时产生振动提供了参考。另外,对最危险工况的动臂进行了静力学分析和模态分析,结果验证了XE135B挖掘机动臂结构强度满足设计要求,动臂固有频率与挖掘机工作频率也不会引起共振现象。本文通过对XE135B型液压挖掘机工作装置研究表明,采用计算机辅助设计和有限元分析方法、动力学仿真方法对大型工程机械进行设计、开发是一种高效的方法,同时通过对五种比较典型工况的有限元分析,得出挖掘机的最佳挖掘姿态,很大程度的提高了挖掘机工作效率,对提高挖掘机设计水平有重要意义。


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