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液压挖掘机工作装置的动态仿真及有限元分析

王敏  
【摘要】:液压挖掘机是一种重要的多功能工程机械,常用于挖掘高于或低于承载面的物料,在国家经济建设的很多方面都有广泛的应用,如农田改造、城市房屋建设、桥梁工程、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程建设和矿山开采等等。工作装置是液压挖掘机的重要组成部分,其性能的好坏与挖掘机整机的挖掘性能密切相关,其设计水平和质量也是整机先进性的重要标志。工作装置在工作过程中受力情况最复杂,载荷变化最频繁,较易出现各种形式的失效情况。因此对工作装置的研究有着重要的意义。反铲工作装置是液压挖掘机广泛采用的一种结构形式,本文以14吨的某型反铲液压挖掘机的工作装置为研究对象,运用虚拟样机技术和有限元方法对工作装置进行运动学、动力学以及有限元仿真分析。首先,对液压挖掘机的组成部分和工作原理进行了简要的介绍,运用三维软件Pro/E对工作装置的各组成零件进行建模和虚拟组装,建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型。然后将所建模型导入ADAMS软件中进行运动学和动力学仿真,根据运动学仿真的结果得知工作装置的作业参数,并将结果与实际作业参数进行对比,验证了模型的正确性。接着对所选择的几种工况进行动力学分析,得到所需铰接点的受力变化曲线,为有限元分析提供参数。最后运用ANSYS软件对工作装置进行静力学分析和模态分析,对几种典型工况进行静力学分析得知动臂上的应力和应变分布情况,并对动臂的结构进行改进。由模态分析可知其各阶频率和振型,为防止共振提供参考。通过实践表明,使用虚拟样机技术和有限元法对工作装置进行分析是一种快速有效的方法,可以极大缩短产品开发周期,减少研发成本。


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