大型矿用挖掘机下车架刚柔耦合动力学分析

【摘要】论文结合国家高技术研究发展计划（863计划）项目“75m3大型露天矿用挖掘机研制”（NO.2012AA062001）对WK-75大型矿用挖掘机下车架的重要组成部分：回转支撑装置以及行走装置进行了刚柔耦合动力学分析，得到了不同工况下回转支承的回转时间及行走装置的驱动功率、支撑滚子的接触力分布、滚子与中央枢轴的应力分布、履带架位移和应力变化情况以及支重轮和超强螺栓的受力情况。在查阅国内外相关文献的基础上，综述了大型回转支撑装置以及挖掘机行走装置的国内外研究和应用现状。针对大型矿用挖掘机整机重量大，下车架在运转的过程中受力复杂，且传统有限元分析以及动力学仿真无法求解运转过程中相应工作装置的应力以及应变的特点，提出采用刚柔耦合方法对挖掘机下车架进行动力学仿真分析。针对本文所研究的挖掘机下车架结构特点，分别对回转支撑装置及行走装置的相关参数进行计算，其中对于回转支撑装置，分别对挖掘机斗杆全部伸出时满斗回转工况，以及斗杆处于初始挖掘位置时空斗回转工况的回转时间以及相应的驱动力进行计算；针对挖掘机行走装置，分别计算得出在平路直行、爬坡以及原地转弯工况下挖掘机的所需的驱动功率情况。由于本文所研究的挖掘机下车架中回转支撑装置的结构形式为滚子夹套式，为得到运转过程中滚子的应变以及应力状态，对滚子以及中央枢轴进行柔性化处理，而其余部件保持为刚体。建模的过程中针对实际约束情况建立关于挖掘机回转支撑装置的刚柔耦合模型，对满斗以及空斗回转工况下挖掘机支撑装置进行动力学仿真分析，得出在两种工况下回转装置中支撑滚子的接触力分布情况，以及滚子与中央枢轴的应力情况。挖掘机下车架中的履带架作为主要的支撑装置，在运行过程中受力复杂，为更好的对其进行受力分析，通过将履带架柔性化，其余部分保持为刚体，建立关于行走装置的刚柔耦合模型。通过在主动轮处添加不同的速度驱动，得出水平直行、爬坡以及原地转弯三种工况下挖掘机的驱动功率；对三种工况下，挖掘机行走装置中履带架进行分析，得出不同工况下履带架位移以及应力变化情况；此外通过对挖掘机行走装置的刚柔耦合动力学仿真，对理论计算难以求解的支重轮以及超强螺栓的受力情况进行了分析。研究结果表明通过刚柔耦合动力学仿真可以更好地得出挖掘机下车架在运转过程中相应部件的应变以及应力情况，为大型矿用挖掘机下车架的设计提供参考。
【作者】周明星；
【导师】王国强；李爱峰；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】大型矿用挖掘机；回转支撑装置；行走装置；刚柔耦合；动力学；

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