WK-75礦用挖掘機(jī)前端工作機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈闲阅苎芯考皟?yōu)化.pdf

1、機(jī)械式挖掘機(jī)在露天煤礦開采生產(chǎn)活動中發(fā)揮著不可替代的作用,具有高產(chǎn)、高效、高耗等特點。西部地區(qū)近年不斷有大型煤礦投入生產(chǎn)，其中不乏大型露天煤礦，機(jī)械式挖掘機(jī)需求連年增長。優(yōu)異的挖掘機(jī)性能不僅能提高挖掘效率，提高機(jī)器使用壽命，也反映了國家重型機(jī)械制造的實力。在挖掘過程中，挖掘機(jī)的前端工作機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣對整機(jī)的工作效果有著直接影響，因此有必要對前端工作機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行深入研究。
　　課題獲得國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項目“75

2、m3大型露天礦用挖掘機(jī)研制”(NO.2012AA062001)的資助。本文以太原重工自主研發(fā)的WK-75系列大型礦用挖掘機(jī)前端工作機(jī)構(gòu)為研究對象，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先深入探討機(jī)械式挖掘機(jī)挖掘軌跡數(shù)學(xué)模型，分析了對數(shù)螺旋線軌跡的理論推導(dǎo)過程不完善之處，并采用機(jī)構(gòu)運動學(xué)方法對斗桿的運動進(jìn)行分解與合成，進(jìn)而推導(dǎo)出隨推壓提升速度變化的挖掘軌跡數(shù)學(xué)模型。
　　其次，依托機(jī)構(gòu)運動學(xué)挖掘軌跡，構(gòu)建了挖掘后角、提升鋼絲繩與斗桿中心線

3、夾角、挖掘體積、初始投放角、出料角、最大切削厚度、挖掘阻力等數(shù)學(xué)模型，并采用ADAMS/Cable模塊建立鋼絲繩，進(jìn)而完成挖掘機(jī)數(shù)字化樣機(jī)。仿真后，測量推壓軸中心到鏟斗與提梁鉸孔間距離等各參數(shù)，分析了切削后角和提升鋼絲繩與斗桿中心線夾角在挖掘過程的變化規(guī)律。對比研究了虛擬樣機(jī)仿真、機(jī)構(gòu)運動學(xué)、對數(shù)螺旋線三組的挖掘軌跡。
　　再次，在Patran中生成起重臂和斗桿的模態(tài)中性文件，并導(dǎo)入ADAMS中的挖掘機(jī)多剛體模型。采用這種剛?cè)狁詈?/p>

4、方法，建立了WK-75剛-柔耦合虛擬樣機(jī)模型。仿真分析對比了多剛體系統(tǒng)和剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)中運動參數(shù)的差異。對起重臂和斗桿在挖掘過程中的三種工況下的應(yīng)力變化情況進(jìn)行了深入研究，獲得了挖掘過程中的應(yīng)力變化規(guī)律，可以為后續(xù)疲勞分析提供合理動態(tài)應(yīng)力譜。
　　最后，選取提升速度、推壓速度、挖掘位置參數(shù)為設(shè)計變量，結(jié)構(gòu)尺寸和挖掘體積為約束，選取挖掘后角變化最小、提升鋼絲繩與斗桿中心線夾角最大和挖掘體積最大為目標(biāo)函數(shù)，采用非線性二次規(guī)劃Pointe