基于多體動力學(xué)的大型正鏟液壓挖掘機工作裝置的動載特性研究.pdf

1、目前，我國挖掘機行業(yè)存在的主要問題是:挖掘機品種不齊，缺少大型液壓挖掘機，特別是用于礦山開采的大型正鏟液壓挖掘機幾乎沒有。為了填補我國大型正鏟液壓挖掘機的國內(nèi)空白，某挖掘機生產(chǎn)企業(yè)欲研制7～50m3的大型正鏟液壓挖掘機與國外同類型產(chǎn)品品牌競爭。本文結(jié)合與該企業(yè)的合作項目，應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)，進行“基于多體動力學(xué)的大型正鏟液壓挖掘機工作裝置動載特性的研究”，包括正鏟液壓挖掘機工作裝置各種工況下運動性能的可視化研究、整個工作范圍內(nèi)斗桿挖掘力的

2、可視化計算、正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力和液壓系統(tǒng)參數(shù)的試驗設(shè)計與分析及正鏟工作裝置整體動態(tài)強度的研究，旨在解決設(shè)計不合理所導(dǎo)致的大型液壓挖掘機動臂或斗桿開裂失效、挖掘區(qū)域不合理、機體干涉、挖掘力不足、液壓系統(tǒng)工作效率低下等問題，為大型液壓挖掘機的設(shè)計提供理論依據(jù)和實用手段。具體研究內(nèi)容如下:
　　應(yīng)用D-H法推導(dǎo)正鏟工作裝置的運動軌跡方程，分析正鏟工作裝置的主要作業(yè)參數(shù)和挖掘包絡(luò)圖的繪制方法，然后利用多體動力學(xué)軟件，建立

3、正鏟工作裝置的運動學(xué)虛擬樣機模型，完成正鏟工作裝置在挖掘、舉升、平推工況下運動性能的可視化分析，并繪制出正鏟工作裝置的挖掘包絡(luò)圖。通過對正鏟工作裝置運動性能進行可視化仿真分析，可以在沒有物理樣機的情況下，對設(shè)計方案能否滿足正鏟工作裝置工作范圍方面的要求進行有效的分析和判斷，為企業(yè)的設(shè)計工作提供參考依據(jù)。
　　利用力矩平衡法和空間矢量法建立了正鏟挖掘機斗桿挖掘力的理論計算公式。應(yīng)用牛頓-歐拉法推導(dǎo)正鏟工作裝置的動力學(xué)方程，同時以此為

4、基礎(chǔ)建立正鏟工作裝置機液耦合的虛擬樣機模型。通過在鏟斗斗尖施加隨油缸壓力變化的彈簧力的方法仿真計算正鏟工作裝置的斗桿最大挖掘力，并運用正鏟挖掘機斗桿挖掘力的理論公式計算相應(yīng)工作姿態(tài)下的斗桿最大挖掘力，將兩者數(shù)值進行對比，驗證采用鏟斗斗尖施加彈簧力模擬計算挖掘力方法的正確性。最后繪制出斗桿挖掘工況下的挖掘力圖。
　　利用ADAMS/Insight的試驗設(shè)計功能，完成對正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力、工作效率的試驗設(shè)計研究。通過

5、正鏟工作裝置虛擬樣機的多次試驗仿真，分析研究多組設(shè)計變量同時發(fā)生變化對樣機性能的影響，優(yōu)選出使樣機性能最佳的設(shè)計方案。在ADAMS軟件中，建立正鏟工作裝置的參數(shù)化樣機模型，運用蒙特卡羅方法研究分析正鏟工作裝置9個關(guān)鍵鉸接點空間位置的變化對正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力的影響及舉升和斗桿油缸的流量、油管長度和直徑等參數(shù)對正鏟工作裝置舉升、挖掘時間的影響。從試驗結(jié)果中優(yōu)選出工作性能較優(yōu)對應(yīng)的設(shè)計變量值，并應(yīng)用層次分析法對工作裝置運動性

6、能和挖掘力性能均較優(yōu)的設(shè)計方案進行綜合選優(yōu)。
　　為了更加真實準確的模擬正鏟工作裝置在工作過程的動態(tài)特性，將工作裝置的斗桿和動臂視為柔體，建立正鏟工作裝置剛-柔、機-液耦合的虛擬樣機模型。在ADAMS中模擬分析正鏟工作裝置在自身重力與物料重力作用下，以最大挖掘力挖掘和以高工作效率進行挖掘舉升過程中，工作裝置各部件的動態(tài)應(yīng)力分布，為更深入研究挖掘機工作裝置的力學(xué)特性以及動態(tài)設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　綜上所述，本文對正鏟工作裝置的