机械式挖掘机工作装置的仿真分析

论文摘要

机械式挖掘机是露天矿中最基本最主要的采掘设备。它具有“耐冲击、耐疲劳、能力大”的特点,为矿山的发展和建设做出了卓越的贡献。机械式挖掘机结构复杂,工作环境恶劣,外载荷随机变化,工作装置作为挖掘机的重要组成部分受力情况十分复杂,在设计机械式挖掘机时,对其工作装置的设计要做必要的理论分析和静强度计算,结合对挖掘机的仿真分析,保证在设计之初工作装置的可靠性。本文基于虚拟样机技术以企业实际挖掘机为研究对象,对斗容为28m3的机械式挖掘机的工作装置进行了实体建模与仿真分析,主要研究了挖掘机在在实际工作过程中工作装置各部件的在挖掘过程中的运动情况及受力情况。在挖掘机建模过程中,采用了三维建模软件Solidworks建立了动臂,斗杆以及其它刚性体的模型；对于钢丝绳这样的大变形物体,Solidworks无法实现直接建模。钢丝绳挠性好,几何形状不确定,加上其自身的刚度系数和阻尼系数,以及与其接触的接触刚度系数和阻尼系数的难以确定,一直是仿真的难点。为了能够反映此类物体的柔性,本文采用了RecurDyn中的皮带滑轮工具包建立了提升钢丝绳的柔性体模型；采用了ANSYS中的Beam2单元建立了绷绳模型,并利用RecurDyn中的FFlex模块将绷绳模型导入从而完成钢丝绳的柔性体建模,在此基础上运用RecurDyn仿真功能对构建的挖掘机模型进行仿真分析。通过对机械式挖掘机工作装置进行仿真,得到了机械式挖掘机在工作过程的运动规律及工作装置各部件的受力情况,并与计算的数值进行了比较,求出了各个力的相对误差,分析了工作装置的受力情况及产生误差的原因。为机械式挖掘机的工作装置设计提供了参考,并对新机器的设计提供必要的参考和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 机械式挖掘机的发展概述
• 1.2.1 国外机械式挖掘机发展现状
• 1.2.2 国内机械式挖掘机发展现状
• 1.2.3 机械式挖掘机的发展趋势
• 1.3 国内外挖掘机动力学仿真的研究现状
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 虚拟样机软件RecurDyn及其理论基础
• 2.1 虚拟样机技术及其应用
• 2.1.1 虚拟样机技术简介
• 2.1.2 应用虚拟样机技术提高挖掘机的设计水平
• 2.2 RecurDyn软件及其理论基础
• 2.2.1 RecurDyn软件概述
• 2.2.2 RecurDyn软件概述的理论基础
• 2.3 小结
• 第3章 机械式挖掘机机械结构的实体建模
• 3.1 机械式挖掘机的机械结构
• 3.1.1 机械式挖掘机的结构组成
• 3.1.2 机械式挖掘机的主要参数
• 3.2 机械式挖掘机机械结构实体建模过程
• 3.3 机械式挖掘机机械模型的导入
• 3.4 小结
• 第4章 机械式挖掘机虚拟样机的建立
• 4.1 提升钢丝绳的建模技术
• 4.1.1 提升钢丝绳建模方法
• 4.1.2 钢丝绳材料属性的确定
• 4.1.3 钢丝绳连接力刚性和阻尼系数的确定
• 4.2 绷绳的建模方法
• 4.3 运动副和载荷的添加
• 4.3.1 运动副的添加
• 4.3.2 施加外载荷
• 4.4 虚拟样机的建立
• 4.5 小结
• 第5章 机械式挖掘机工作装置仿真与分析
• 5.1 工作装置的作用力计算
• 5.2 模型的验证
• 5.3 挖掘作业范围
• 5.4 工作装置主要受力曲线分析
• 5.4.1 工作过程中的提升力与推压力
• 5.4.2 动臂与绷绳之间的作用力
• 5.4.3 动臂铰反力的合力,扶并套反力,天轮轴反力
• 5.4.4 仿真结果与计算值的比较
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢