液压挖掘机工作装置的动力学分析与仿真

【摘要】随着我国经济的发展,液压挖掘机被广泛应用于桥梁建设、隧道施工、公路修建、抗震救灾、矿山开挖等场合,是土石方工程的重要机械设备之一。挖掘机的工作装置是挖掘机的重要组成部分,是进行挖掘工作的直接参与者,因此,其结构的强度、刚度、及设计的合理性,一直是设计研究人员关心的问题。传统的设计方法是根据挖掘机在几种典型工况下的最大应力和相关试验数据对挖掘机的工作装置进行强度设计和校核,然而,由于挖掘机的工作环境恶劣,挖掘过程中,工作装置承受的是随时间变化的动载荷,工作装置虽然满足一定静强度设计要求,但动强度设计是否满足要求还有待考证,所以本文以某公司生产的6吨小型挖掘机一WY6.3的工作装置为研究对象,用有限元分析软件ANSYSWorkbench和动力学软件ADAMS对其进行静力学接触分析、运动学分析、模态分析、动力学分析,为挖掘机工作装置的动态设计提供参考依据。论文的研究内容如下：(1)采用D.H法构建挖掘机工作装置的运动学模型,获得了挖掘机铲斗齿尖在三维空间的运动轨迹方程,对比ADAMS仿真结果证明方程是正确的。(2)对挖掘机的工作装置进行运动学逆解的求解,推导了工作装置铰接点处俯仰角速度与角加速度方程,并构建了挖掘机的理论挖掘力、挖掘阻力计算方程。(3)以6吨小型挖掘机WY6.3为研究对象,对挖掘机的工作装置进行模态分析及静力学接触分析。(4)用Pro/E构建了WY6.3工作装置的三维模型,利用ADAMS仿真出反铲挖掘机工作装置的运动包络线,获得了其工作空间参数。利用ADAMS仿真出挖掘机采用铲斗挖掘和斗杆挖掘时的理论挖掘力。(5)根据计算获得的工作装置的切向阻力和法向阻力及物料重力,利用ADAMS仿真出工作装置在挖掘与卸载整个过程中,各铰接点在变载荷作用下的受力情况,将获得的分析结果加载到ANSYS工作装置的有限元模型中,对挖掘和卸载过程中的动臂和斗杆进行动力学分析,根据动力学分析结果,评估工作装置的刚度、强度是否满足使用要求,为挖掘机工作装置的动态设计和寿命估计提供相关的理论依据。
【作者】孙克义；
【导师】吴卓；石建繁；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】反铲挖掘机；工作装置；D-H法；运动学分析；动力学分析；

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