液压挖掘机工作装置系统仿真与分析

论文摘要

我国传统工程机械行业由于产品开发周期长、成本高,导致产品严重老化,缺乏市场竞争力。本课题针对某公司生产的PC200型液压挖掘机工作装置的设计方法落后、设计周期长、成本大以及具有盲目性和局限性等问题,将虚拟样机技术引入到液压挖掘机的设计开发中来,从多个方面开展了基于虚拟样机技术的液压挖掘机工作装置的设计与仿真。本课题首先根据PC200型挖掘机的尺寸资料建立了液压挖掘机零部件的三维Pro/E模型并进行了装配,得到了液压挖掘机的虚拟样机模型,以此为基础,建立了液压挖掘机的Pro/E运动学模型、ADAMS动力学模型以及ANSYS有限元分析模型,然后分别对液压挖掘机的挖掘过程进行了运动学和动力学仿真,得到了挖掘机的主要性能参数和挖掘过程中工作装置各连接铰点的受力变化曲线,并着重对两个特殊工况位置进行了受力分析。通过与PC200型挖掘机的原始资料对比证实了仿真具有较高的真实度。最后,根据受力分析结果对动臂和斗杆进行了结构有限元分析,得到了各自的位移和应力等值图,并根据最大应力进行了强度校核。仿真分析结果接近液压挖掘机的实际工况的结果证明,基于虚拟样机技术的液压挖掘机设计是可行的,能替代传统落后的设计方式。本研究结果对工程实际具有一定的指导作用,相信通过进一步的研究完善后,将会有广阔的应用市场并产生巨大的经济效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 液压挖掘机国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 液压挖掘机虚拟样机的理论研究
• 2.1 液压挖掘机概述
• 2.2 液压挖掘机的主要性能参数
• 2.3 虚拟样机技术理论
• 2.4 本章小结
• 3 基于Pro/E的液压挖掘机运动仿真分析
• 3.1 液压挖掘机各部件的Pro/E实体建模
• 3.2 Pro/E环境下挖掘机虚拟样机的建立
• 3.3 挖掘机工作装置运动学仿真
• 3.4 本章小结
• 4 挖掘机工作装置的动力学仿真
• 4.1 ADAMS软件理论基础
• 4.2 基于ADAMS的工作装置动态分析
• 4.3 特殊位置工作装置各铰点力的静态分析
• 4.4 本章小结
• 5 挖掘机工作装置有限元分析
• 5.1 挖掘机工作装置的结构特点及工程问题数值方法
• 5.2 有限元法的基本架构
• 5.3 挖掘机工作装置结构有限元分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要成果