基于極限挖掘力的反鏟液壓挖掘機動臂結構優(yōu)化設計.pdf

1、液壓挖掘機主要由主機和工作裝置兩部分組成，工作裝置主要由動臂、斗桿和鏟斗組成，并且工作裝置是液壓挖掘機各項功能的執(zhí)行機構，其結構設計直接影響整機的工作性能和工作效率。動臂是工作裝置中的重要構件，在實際作業(yè)過程中，動臂受力情況惡劣，不僅受到斗桿挖掘和鏟斗挖掘時的交變載荷，而且常常受到?jīng)_擊載荷，同時還要頻繁的進行物料的提升與卸載，容易發(fā)生失效，甚至斷裂。目前，國內對工作裝置的設計大多是根據(jù)理論挖掘力的大小，選取出危險工況，即所受阻力最大的工

2、況，然后進行優(yōu)化設計。但是，傳統(tǒng)的理論挖掘力是將鏟斗周圍的挖掘阻力平移到斗齒尖上，并分解形成切向力和法向力，但卻忽略了挖掘阻力矩對工作裝置的影響。因此，本文引用極限理論挖掘力，新理論下的極限挖掘力是指在考慮挖掘阻力矩后整個工作裝置所能發(fā)揮的最大理論挖掘力，該理論較之傳統(tǒng)理論更符合物理本質。另一方面根據(jù)挖掘阻力的大小選擇的危險工況并不一定是工作裝置受損最嚴重的工況。因此，研究極限理論挖掘力，選擇最危險的工況對動臂的結構設計有較高的工程價值

3、和實際意義。
　　本文以某36.5噸級的反鏟液壓挖掘機為研究對象，利用極限挖掘力對經(jīng)典危險工況和測試危險工況進行鉸點力求解，并以此對動臂進行強度分析，最后選擇出應力最大的工況作為最危險工況并進行優(yōu)化設計。本文主要研究內容如下：
　　①分析總結反鏟液壓挖掘機工作裝置的機構和結構特點，建立整機運動學模型，并區(qū)別于傳統(tǒng)挖掘力理論，根據(jù)極限挖掘力建立力學數(shù)學模型，為求解工作裝置的鉸點坐標和鉸點力提供理論依據(jù)。
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4、考慮挖掘阻力矩的傳統(tǒng)理論與考慮挖掘阻力矩的新理論下的工作裝置的機構和結構性能，驗證極限挖掘力的準確性和優(yōu)越性，并根據(jù)強度分析中的應力大小選擇出最危險工況。
　?、墼贏NSYS中建立動臂的參數(shù)化的有限元模型，形成APDL命令流，方便模型的調用與求解。
　　④利用 MATLAB編譯遺傳算法，在保證強度的前提下，以輕量化設計為目的，調用APDL命令流完成動臂的結構優(yōu)化，得到收斂的結果。對比分析優(yōu)化前、后的模型，最終證明本文的優(yōu)化方