挖掘機(jī)工作裝置全生命期性能數(shù)字樣機(jī)研究.pdf

1、全生命期性能數(shù)字樣機(jī)作為一項(xiàng)工程課題，它不僅關(guān)注一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，或是系統(tǒng)中關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)性能，而且還關(guān)注其性能在整個(gè)可用生命期內(nèi)隨使用時(shí)間的變化過程。這就要求，一個(gè)全生命期性能數(shù)字樣機(jī)要由能動(dòng)態(tài)描述系統(tǒng)性能的動(dòng)力學(xué)模型和能描述性能衰退的性能衰退模型通過集成形成。而不同的性能衰退模型通常來自不同的研究領(lǐng)域，這一要求引發(fā)了多領(lǐng)域模型的開發(fā)和集成問題。本文以挖掘機(jī)工作裝置為研究對(duì)象，建立了性能隨工作時(shí)間變化的全生命期性能數(shù)字樣機(jī)。該數(shù)字樣機(jī)使得

2、全生命期性能預(yù)測成為可能。該數(shù)字樣機(jī)包括一個(gè)能即時(shí)描述挖掘機(jī)工作裝置物理行為的4自由度動(dòng)力學(xué)模型，一個(gè)受泄漏影響的液壓驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)力學(xué)模型和動(dòng)臂根部銷軸與軸套的磨損及間隙變化模型。本文的主要貢獻(xiàn)如下：
　　基于牛頓-歐拉方法，通過引入因參考系旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力影響、科里奧利力影響和力偶影響，建立了挖掘機(jī)工作裝置在非慣性參考系下的4自由度動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)，建立了該動(dòng)力學(xué)模型中所有物理量的精確表達(dá)式，特別是工作裝置繞豎直方向且過其質(zhì)心的

3、軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。該動(dòng)力學(xué)模型除了作為一個(gè)知識(shí)集能為全生命性能預(yù)測提供服務(wù)外，還可以深入分析動(dòng)力學(xué)模型中的各個(gè)因素對(duì)挖掘機(jī)工作裝置物理行為的影響。
　　接下來，建立了根部銷軸與軸套之間的磨損和間隙變化模型，并基于該模型，進(jìn)一步研究根部銷軸與軸套磨損對(duì)終端鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。通過對(duì)比在不同磨損階段的銷軸與軸套之間的間隙所影響的終端鏟斗的軌跡，可以定量地研究終端鏟斗即時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡因動(dòng)臂根部銷軸與軸套間間隙變化而逐漸偏離的變化過程。

4、　　接下來以密封圈磨損為研究對(duì)象，研究了液壓裝置的動(dòng)力學(xué)性能退化過程。磨損和疲勞是工程機(jī)械中最常見的結(jié)構(gòu)退化現(xiàn)象。本文考慮密封圈磨損導(dǎo)致的液壓油泄漏，建立了受泄漏影響的液壓驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)力學(xué)模型。該模型包括：液壓缸活塞動(dòng)力學(xué)模型，基于浸透技術(shù)和接觸技術(shù)的泄漏模型，密封圈磨損模型，密封圈在工作時(shí)的變形和彈力模型。該模型可以對(duì)工作裝置的物理行為進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析。通過該模型，還能進(jìn)一步地研究液壓驅(qū)動(dòng)裝置中，活塞響應(yīng)隨磨損進(jìn)程的變化情況，可用來預(yù)測密