虚拟样机技术及其在液压挖掘机工作装置的研究与应用

论文摘要

当今激烈的市场竞争迫使制造企业为求得生存和发展必须对多变的市场需求做出敏捷响应,不断地调整产品的设计和研发模式,并能快速的开发出新产品。而我国传统工程机械行业却由于新产品开发周期长、成本高,缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的逐渐成熟为实现产品的快速开发,提高我国工程机械产品设计水平和市场竞争力提供了强有力的手段。本文将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域,主要从以下几个方面进行了研究:1.本文结合当前液压挖掘机反铲工作装置的现状,应用软件Pro/E在计算机里建立该类工作装置机构的模型,通过Mech/Pro2005导入到ADAMS进行动力学分析;同时计算出了挖掘机理论挖掘作业阻力。对工作装置的受力状况进行仿真,确定工作装置的铰点的受力状况和相应曲线,得出的结果与实际的工作情况是相符的。2.以复合挖掘工况为对象,以减少油缸作用力为目标,对铲斗机构、斗杆机构和动臂机构进行了动力学分析并进行了仿真优化。仿真结果表明:有效地减少了油缸作用力。3.在ADAMS/Hydraulics模块中建立了液压挖掘机工作装置的液压回路,对液压回路进行了仿真分析。仿真结果表明:工作装置在液压驱动下,可以完成复合工况过程中的动作,各油缸运动速度符合实际。4.以ADAMS仿真分析结果为依据,应用有限元软件ANSYS对动臂、斗杆进行强度分析,准确地计算出其应力和变形情况,保证了液压挖掘机结构的合理性和工作性能的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 虚拟产品开发和虚拟样机技术
• 1.2.1 虚拟产品开发技术及产生背景
• 1.2.2 虚拟样机技术的提出及相关概念
• 1.2.3 虚拟样机技术特点
• 1.3 国内外液压挖掘机工作装置的发展动态及研究现状
• 1.3.1 国外发展动态及研究现状
• 1.3.2 国内发展动态及研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 1.5 本文的组织安排
• 2 虚拟样机软件ADAMS及其多刚体系统动力学基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 ADAMS简介
• 2.2.1 ADAMS软件主要模块
• 2.2.2 ADAMS建模、仿真与步骤
• 2.2.3 ADAMS软件基本算法
• 2.3 多刚体系统动力学建模
• 2.3.1 广义坐标的选择
• 2.3.2 多刚体系统动力学方程的建立
• 2.3.3 静力学分析、运动学分析和初始条件分析
• 2.3.4 动力学分析
• 2.3.5 计算分析过程综述
• 2.4 本章小结
• 3 挖掘机工作装置的虚拟样机模型的建立及优化
• 3.1 引言
• 3.2 液压挖掘机反铲工作装置的原理
• 3.3 挖掘机工作装置在Pro/E环境下的建模装配及导入ADAMS中的过程
• 3.3.1 液压挖掘机主要零件的实体造型建模
• 3.3.2 工作装置的虚拟样机的装配过程
• 3.3.3 工作装置的拓扑结构分析
• 3.3.4 工作装置虚拟样机导入ADAMS中的过程及注意点
• 3.4 基于ADAMS虚拟样机技术的工作装置动力学仿真研究
• 3.4.1 对工作装置施加驱动
• 3.4.2 复合动作工作方式的动力学仿真
• 3.5 工作装置的优化仿真
• 3.5.1 优化算法和变量设置
• 3.5.2 铲斗机构优化
• 3.5.3 斗杆机构优化
• 3.5.4 动臂机构优化
• 3.6 本章小结
• 4 工作装置的液压回路仿真
• 4.1 引言
• 4.2 液压系统虚拟样机模块ADAMS/Hydraulics
• 4.3 工作装置液压系统的创建
• 4.3.1 建立工作装置的液压回路
• 4.3.2 仿真计算
• 4.4 机—液耦合仿真实现策略
• 4.5 本章小结
• 5 液压挖掘机工作装置的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限元法基本原理
• 5.2.1 有限元法计算的程序思路
• 5.2.2 有限单元法的解题步骤
• 5.3 工作装置有限元分析
• 5.3.1 所选材料特性
• 5.3.2 Pro/E导入ANSYS中的过程
• 5.3.3 单元体划分
• 5.3.4 载荷及边界定义
• 5.3.5 结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结和展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 研究生期间公开发表的论文