基于多體動(dòng)力學(xué)的大型正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)載特性研究.pdf

1、目前，我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)存在的主要問題是:挖掘機(jī)品種不齊，缺少大型液壓挖掘機(jī)，特別是用于礦山開采的大型正鏟液壓挖掘機(jī)幾乎沒有。為了填補(bǔ)我國(guó)大型正鏟液壓挖掘機(jī)的國(guó)內(nèi)空白，某挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)欲研制7～50m3的大型正鏟液壓挖掘機(jī)與國(guó)外同類型產(chǎn)品品牌競(jìng)爭(zhēng)。本文結(jié)合與該企業(yè)的合作項(xiàng)目，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，進(jìn)行“基于多體動(dòng)力學(xué)的大型正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)載特性的研究”，包括正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置各種工況下運(yùn)動(dòng)性能的可視化研究、整個(gè)工作范圍內(nèi)斗桿挖掘力的

2、可視化計(jì)算、正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力和液壓系統(tǒng)參數(shù)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析及正鏟工作裝置整體動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的研究，旨在解決設(shè)計(jì)不合理所導(dǎo)致的大型液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂或斗桿開裂失效、挖掘區(qū)域不合理、機(jī)體干涉、挖掘力不足、液壓系統(tǒng)工作效率低下等問題，為大型液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和實(shí)用手段。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　應(yīng)用D-H法推導(dǎo)正鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，分析正鏟工作裝置的主要作業(yè)參數(shù)和挖掘包絡(luò)圖的繪制方法，然后利用多體動(dòng)力學(xué)軟件，建立

3、正鏟工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)虛擬樣機(jī)模型，完成正鏟工作裝置在挖掘、舉升、平推工況下運(yùn)動(dòng)性能的可視化分析，并繪制出正鏟工作裝置的挖掘包絡(luò)圖。通過對(duì)正鏟工作裝置運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行可視化仿真分析，可以在沒有物理樣機(jī)的情況下，對(duì)設(shè)計(jì)方案能否滿足正鏟工作裝置工作范圍方面的要求進(jìn)行有效的分析和判斷，為企業(yè)的設(shè)計(jì)工作提供參考依據(jù)。
　　利用力矩平衡法和空間矢量法建立了正鏟挖掘機(jī)斗桿挖掘力的理論計(jì)算公式。應(yīng)用牛頓-歐拉法推導(dǎo)正鏟工作裝置的動(dòng)力學(xué)方程，同時(shí)以此為

4、基礎(chǔ)建立正鏟工作裝置機(jī)液耦合的虛擬樣機(jī)模型。通過在鏟斗斗尖施加隨油缸壓力變化的彈簧力的方法仿真計(jì)算正鏟工作裝置的斗桿最大挖掘力，并運(yùn)用正鏟挖掘機(jī)斗桿挖掘力的理論公式計(jì)算相應(yīng)工作姿態(tài)下的斗桿最大挖掘力，將兩者數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證采用鏟斗斗尖施加彈簧力模擬計(jì)算挖掘力方法的正確性。最后繪制出斗桿挖掘工況下的挖掘力圖。
　　利用ADAMS/Insight的試驗(yàn)設(shè)計(jì)功能，完成對(duì)正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力、工作效率的試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究。通過

5、正鏟工作裝置虛擬樣機(jī)的多次試驗(yàn)仿真，分析研究多組設(shè)計(jì)變量同時(shí)發(fā)生變化對(duì)樣機(jī)性能的影響，優(yōu)選出使樣機(jī)性能最佳的設(shè)計(jì)方案。在ADAMS軟件中，建立正鏟工作裝置的參數(shù)化樣機(jī)模型，運(yùn)用蒙特卡羅方法研究分析正鏟工作裝置9個(gè)關(guān)鍵鉸接點(diǎn)空間位置的變化對(duì)正鏟工作裝置工作范圍、最大斗桿挖掘力的影響及舉升和斗桿油缸的流量、油管長(zhǎng)度和直徑等參數(shù)對(duì)正鏟工作裝置舉升、挖掘時(shí)間的影響。從試驗(yàn)結(jié)果中優(yōu)選出工作性能較優(yōu)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)變量值，并應(yīng)用層次分析法對(duì)工作裝置運(yùn)動(dòng)性

6、能和挖掘力性能均較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合選優(yōu)。
　　為了更加真實(shí)準(zhǔn)確的模擬正鏟工作裝置在工作過程的動(dòng)態(tài)特性，將工作裝置的斗桿和動(dòng)臂視為柔體，建立正鏟工作裝置剛-柔、機(jī)-液耦合的虛擬樣機(jī)模型。在ADAMS中模擬分析正鏟工作裝置在自身重力與物料重力作用下，以最大挖掘力挖掘和以高工作效率進(jìn)行挖掘舉升過程中，工作裝置各部件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布，為更深入研究挖掘機(jī)工作裝置的力學(xué)特性以及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　綜上所述，本文對(duì)正鏟工作裝置的