某液壓破碎機(jī)動(dòng)臂部件的有限元力學(xué)特性分析畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目： 某液壓破碎機(jī)動(dòng)臂部件的有限元力學(xué)特性分析 </p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p

3、><p>　　導(dǎo)師姓名： </p><p>　　完成日期： 2014年6月6日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　題目： 液壓破碎機(jī)動(dòng)臂部件有限元結(jié)構(gòu)分析

4、 </p><p>　　姓名學(xué)院 機(jī)械工程 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)設(shè)學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)老師 職稱 副教授 教研室主任 &l

5、t;/p><p><b>　　基本任務(wù)及要求：</b></p><p>　　1. 查閱破碎機(jī)結(jié)構(gòu)分析文獻(xiàn)15篇以上，分析破碎機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和常用方法，寫出文獻(xiàn)綜述。 </p><p>　　2. 建立破碎機(jī)動(dòng)臂的三維實(shí)體模型。

6、 </p><p>　　3. 對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行有限元模態(tài)分析、靜力學(xué)分析和疲勞分析。 </p><p>　　4. 撰寫畢業(yè)論文，字?jǐn)?shù)15000以上。

7、 </p><p>　　進(jìn)度安排及完成時(shí)間：</p><p>　　1．2014年1月 ，指導(dǎo)老師布置設(shè)計(jì)課題，交代具體任務(wù)； </p><p>　　2．3月1日～3月25日，查閱資料，

8、撰寫開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述； </p><p>　　3. 3月26日～4月12日，運(yùn)用UG軟件的三維建模功能，完成某液壓破碎機(jī)的三維建模和裝配； </p><p>　　4．4月13日～5月9日，完成動(dòng)臂的靜力分析和疲勞分析，作出結(jié)果分析，提出改進(jìn)意見(jiàn)； &l

9、t;/p><p>　　5．5月10日～5月20日，完成動(dòng)臂的模態(tài)分析，作出結(jié)果分析，提出改進(jìn)意見(jiàn)； </p><p>　　6．5月21日～6月6日，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，按導(dǎo)師修改意見(jiàn)修改論文，資料收集存檔，準(zhǔn)備答辯；

10、 </p><p>　　7. 6月7日，答辯。 </p><p>　　液壓破碎機(jī)動(dòng)臂部件的有限元力學(xué)特性分析</p><p>　　摘要：基于UG建立液壓破碎機(jī)三維實(shí)體模型，利用UG對(duì)液壓破碎機(jī)工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)構(gòu)和提高效率。利用NX NASTRAN對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行靜力學(xué)分析，疲勞分析，模態(tài)分析。得到動(dòng)

11、臂的固有頻率、振型、應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)值。證明了結(jié)構(gòu)合理，表明了滿足設(shè)計(jì)要求，并給出了動(dòng)臂部件的機(jī)構(gòu)優(yōu)化方案，為液壓破碎機(jī)的開發(fā)和優(yōu)化提供了參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓破碎機(jī)；動(dòng)臂；UG；有限元</p><p>　　Hydraulic breaker motorized arm components of the finite element analysis of m

12、echanical properties</p><p>　　Abstract: The solid model Hydraulic breaker are built based on UG .The thesis uses UG to simulation to the Hydraulic breaker work installment. It can improve the design efficien

13、cy and an optimization structure. A finite element statics, fatigue and modal analysis was completed . NX NASTRAN were applied to the analysis of the movable arm. The analysis results natural vibration frequencies and vi

14、bration mode ,stress ,strain ,and displacement were obtained by using NX NASTRAN. The proved that the a</p><p>　　Key words: Hydraulic breaker; Movable arm; UG; FMA</p><p><b>　　第一章 緒論</

15、b></p><p>　　1.1 本課題研究的背景和意義</p><p>　　隨著2014年全國(guó)兩會(huì)召開以及新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃的出臺(tái)，第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)第二次會(huì)議批準(zhǔn)2014年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃, 使國(guó)家的基礎(chǔ)建設(shè)能有效的快速增長(zhǎng)。其中由于破碎機(jī)在礦山開采、冶金、鐵路、公路、市政園林、建筑、船舶等場(chǎng)合上的應(yīng)用廣泛，尤其是國(guó)家加大對(duì)中西部的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，帶動(dòng)破碎機(jī)的需求。對(duì)中國(guó)

16、發(fā)展影響最大的是水泥行業(yè)、鋪路和礦山兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，這兩個(gè)行業(yè)的破碎機(jī)各約占整個(gè)行業(yè)的30%左右。破碎機(jī)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)中顯示出重要作用。</p><p>　　液壓破碎錘，又叫做液壓破碎器或液壓碎石器（hydraulic breaker），日本、韓國(guó)多用此術(shù)語(yǔ)。也有稱之為液壓錘（hydraulic hammer），芬蘭、德國(guó)的公司多用此術(shù)語(yǔ)。中國(guó)的廠商與用戶，有稱之為液壓破碎機(jī)的，也有稱之為液

17、壓鎬、液壓炮、破碎頭等等，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語(yǔ)稱之為液壓沖擊破碎器。液壓破碎錘一種將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械沖擊能的破碎機(jī)具，它主要以挖掘機(jī)、裝載機(jī)等液壓機(jī)械為承載設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于城建、采礦、冶煉、交通、水電等工程施工。液壓破碎錘的動(dòng)力來(lái)源是挖掘機(jī)、裝載機(jī)或泵站提供的壓力油，它能在挖掘建筑物基礎(chǔ)的作用中更有效地清理浮動(dòng)的石塊和巖石縫隙中的泥土，提高工作效率。</p><p>　　液壓破碎機(jī)的工作裝置中，動(dòng)臂部件是主要的承載部

18、件，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響到破碎機(jī)的使用壽命和工作性能，設(shè)計(jì)時(shí)通常有多種方案?jìng)溥x，通過(guò)有限元分析軟件對(duì)動(dòng)臂部件進(jìn)行力學(xué)特性分析，才能夠快速準(zhǔn)確地選擇較好的方案，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這也是企業(yè)所需的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)也帶動(dòng)了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)進(jìn)程。</p><p>　　圖1.1 正在進(jìn)行破碎作業(yè)的液壓破碎機(jī)</p><p>　　1.2 破碎機(jī)技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1

19、.2.1 國(guó)外破碎機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　從上世紀(jì)六十年代德國(guó)克虜伯公司生產(chǎn)出第一臺(tái)液壓破碎機(jī)以來(lái)，經(jīng)過(guò)五十多年來(lái)的研究發(fā)展，逐步形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)。全球范圍來(lái)講，液壓破碎機(jī)的主要生產(chǎn)廠家有60多家，按產(chǎn)地可分為韓系、歐美系、日系和國(guó)產(chǎn)。其中韓國(guó)發(fā)展極為迅速以GB（工兵）、SB（山水）、KOMAC（工馬）、SC（廣林）、KOORY（高力）、DEMO（大模）、S.J（世進(jìn)）等許多知名品牌。而德國(guó)資深企

20、業(yè)克虜伯則從第一臺(tái)液壓破碎機(jī)經(jīng)歷幾十年的技術(shù)革新，細(xì)節(jié)和技術(shù)都是全球一流水平。日本的古河、芬蘭的rammer也是液壓破碎機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。液壓破碎機(jī)從最初功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的形式發(fā)展到現(xiàn)在的產(chǎn)品多樣化、功能多樣化。具體可以歸納為以下幾個(gè)方面的新發(fā)展：（1）液壓破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)形式多樣化。（2）產(chǎn)品系列化。（3）功能多樣化、結(jié)構(gòu)柔性化。（4）智能化。（5）便捷的售后服務(wù)。國(guó)外液壓破碎機(jī)在根據(jù)市場(chǎng)需求不斷的研究開發(fā)，清楚認(rèn)識(shí)到任何產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)后，

21、最終都要走向市場(chǎng)，經(jīng)受市場(chǎng)的嚴(yán)格檢驗(yàn)。從而獲得良好的發(fā)展。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)破碎機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)液壓破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀起，從上個(gè)世紀(jì)八十年代初至今，國(guó)內(nèi)參與了液壓破碎機(jī)產(chǎn)品的研制開發(fā)有許多單位?？蒲袉挝挥虚L(zhǎng)沙礦山研究院、北京科技大學(xué)、中南工大等。制造廠有驚天液壓機(jī)械制造有限公司、張家港市力特機(jī)械有限公司、煙臺(tái)艾迪精密機(jī)械有限公司、湖南山河智能機(jī)械

22、股份有限公司、長(zhǎng)治液壓有限公司、浙江創(chuàng)路機(jī)械有限公司、溫州市森泰環(huán)保設(shè)備有限公司等單位。但時(shí)至為止，不完全統(tǒng)計(jì)，許多企業(yè)由于種種原因，已經(jīng)逐漸停止或減少生產(chǎn)液壓破碎機(jī)，更有些企業(yè)已經(jīng)消聲滅跡了。只有長(zhǎng)治液壓有限公司還在堅(jiān)持生產(chǎn)液壓破碎機(jī)，沈陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具廠與日本古河公司生產(chǎn)（日本古河)系列液壓破碎機(jī)，馬鞍山驚天公司、湖南山河在21世紀(jì)初開始生產(chǎn)自己商標(biāo)的液壓破碎機(jī)，但規(guī)模仍然較小。上述這些液壓破碎機(jī)制造企業(yè)除長(zhǎng)治液壓有限公司以為其他的都是2

23、1世紀(jì)才成立的新企業(yè)，張家港市貝力特機(jī)械有限公司成立只有短短幾年，但發(fā)展迅速。目前該行業(yè)國(guó)內(nèi)情況是：（1）市場(chǎng)處于快速成長(zhǎng)期。（2）國(guó)產(chǎn)品牌眾多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序。（3）國(guó)產(chǎn)品牌初步形成，未來(lái)品牌集中度將快速提高。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，對(duì)液壓破碎機(jī)需求大大增加。是的國(guó)內(nèi)液壓破碎機(jī)銷量也快速增長(zhǎng)，同時(shí)液壓破碎機(jī)</p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)液壓破碎機(jī)與國(guó)外的差異與不足</p><p>　　

24、國(guó)內(nèi)具有生產(chǎn)液壓破碎機(jī)能力的品牌企業(yè)為數(shù)不多，而且能獨(dú)立自主研發(fā)的更是少之又少，基本都靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。剩余企業(yè)不是進(jìn)口就是組裝生產(chǎn)銷售，或直接銷售。使中國(guó)出現(xiàn)了關(guān)于液壓破碎機(jī)的企業(yè)，包括液壓破碎機(jī)整機(jī)制造企業(yè)、液壓破碎機(jī)零部件制造企業(yè)、液壓破碎機(jī)維修企業(yè)、液壓破碎機(jī)銷售企業(yè)。雖然液壓破碎機(jī)相關(guān)的企業(yè)在中國(guó)不斷的涌現(xiàn)和發(fā)展，但是同時(shí)也暴露出了我國(guó)液壓破碎機(jī)所面臨的問(wèn)題,具體有以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）國(guó)內(nèi)整機(jī)生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)規(guī)模不大。（2）核心部

25、件的加工能力不足。（3）產(chǎn)品研發(fā)能力不足。其中研發(fā)工作主要有以下4個(gè)研究方向：（1）產(chǎn)品理論分析研究。（2）加工工藝的研究。（3）材料與熱處理研究。（4）檢測(cè)試驗(yàn)研究。國(guó)外在歐洲和北美等國(guó)對(duì)于檢測(cè)試驗(yàn)研究中的噪聲和振動(dòng)水平已經(jīng)是產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)，可在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有引起重視。</p><p>　　“十一五”期間,中國(guó)工業(yè)的年產(chǎn)值突破10萬(wàn)億元,工業(yè)的增加值在全球制造業(yè)中的比重已經(jīng)超過(guò)14%。中國(guó)制造業(yè)也已經(jīng)首次超過(guò)日

26、本,成為僅次于美國(guó)的全球第二大工業(yè)制造國(guó)。但是通過(guò)目前國(guó)際上挖掘機(jī)配錘率比較，其中日本挖掘機(jī)配錘率為60％~75％左右，韓國(guó)為53％~60％，而目前中國(guó)只有10％~15％的挖掘機(jī)配有破碎錘。據(jù)破碎錘專業(yè)人士分析，預(yù)測(cè)稱中國(guó)的比例應(yīng)該在30%~40%之間，未來(lái)的破碎錘市場(chǎng)容量還將有15~25%的增長(zhǎng)空間，通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知制造液壓破碎機(jī)的能力逐漸增強(qiáng)，但普及使用率還有待時(shí)日。就國(guó)內(nèi)的液壓破碎機(jī)制造商而言，發(fā)展前景很好，但要迎接挑戰(zhàn)。隨著國(guó)內(nèi)

27、液壓破碎機(jī)使用率增加，各種破碎機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，用戶對(duì)液壓破碎機(jī)的認(rèn)識(shí)更加專業(yè)，對(duì)市場(chǎng)更加了解，對(duì)制造商也提出了更高的要求，所以液壓破碎機(jī)制造商在品牌實(shí)力、產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)等方面需進(jìn)行進(jìn)一步的提升。　　隨著液壓破碎機(jī)市場(chǎng)的成熟、國(guó)家的管理和重視，市場(chǎng)逐漸整合，國(guó)內(nèi)液壓破碎機(jī)市場(chǎng)混亂的局面將會(huì)漸漸改變，對(duì)液壓破碎機(jī)制造有有實(shí)力的制造商將會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，通過(guò)創(chuàng)新、銷售、提供高質(zhì)量服務(wù)、專業(yè)化的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也會(huì)向日、韓、歐美這樣的成&

28、lt;/p><p>　　1.3 液壓破碎機(jī)的簡(jiǎn)介</p><p>　　1.3.1 液壓破碎機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)</p><p>　　液壓破碎錘，亦稱破碎器、液壓破碎器 。破碎錘的動(dòng)力來(lái)源是挖掘機(jī)或裝載機(jī)的泵站提供的壓力油，它能在挖掘建筑物基礎(chǔ)的作用中更有效地清理浮動(dòng)的石塊和巖石縫隙中的泥土。破碎錘的結(jié)構(gòu)，主要包括閥門、氮?dú)馐?、油缸、活塞下部主體、釬桿等部分。破碎錘的沖

29、擊能量的來(lái)源的還是由以下3種方式提供：第1種由液壓油提供，例如Rammer和Montabert；第二種由氣壓提供，例如日本的破碎錘；第3種效果最好，由液壓、氣壓混合提供，一般液壓占25%，氣壓占75%，如阿特拉斯·科普柯公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的破碎錘。但所有的破碎錘活塞復(fù)位的完全由液壓提供。通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)達(dá)到不同的工況要求進(jìn)行作業(yè)。有噪音小，工況條件好、錘擊力強(qiáng)，作業(yè)效率高、反沖力小、適用于各種苛刻工況等優(yōu)點(diǎn)。</p>

30、<p>　　1.3.2液壓破碎機(jī)的工作原理</p><p>　　液壓破碎機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)液壓缸來(lái)控制液壓破碎錘的位姿來(lái)達(dá)到不同的工況，而液壓錘是一種特殊的液壓機(jī)具，它將控制閥、執(zhí)行器、蓄能器等液壓元件集于一身，控制閥與執(zhí)行器相互反饋控制，自動(dòng)完成活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為活塞的沖擊能。</p><p>　　目前市場(chǎng)上的液壓錘的活塞回程運(yùn)動(dòng)都是液壓作用力完成的，而活塞的沖程

31、運(yùn)動(dòng)，則可根據(jù)沖程時(shí)作用力的來(lái)源不同將液壓錘分為氮爆錘、全液錘與氣液錘三種類型。其工作時(shí)通過(guò)閥門系統(tǒng)接受挖掘機(jī)液壓動(dòng)力，推動(dòng)活塞向破碎器尾部運(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓縮氮?dú)馐抑械牡獨(dú)?，積蓄能量。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到尾部規(guī)定位置時(shí)，閥門調(diào)整液壓方向，推動(dòng)活塞反向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氮?dú)馀蛎浺煌苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，撞擊釬桿，將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械沖擊從而能實(shí)現(xiàn)破碎功能。</p><p>　　1.4 固定式液壓破碎機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><

32、;p>　　固定式液壓破碎機(jī)整機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 液壓破碎機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　GTP固定式破碎機(jī)主要由工作裝置（圖中的4、5、6、7、8、9）、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（圖中的10）、液壓泵站（圖中的1、2）、操作駕駛室（圖中的3）和電氣系統(tǒng)幾部分組成[8]。各主要部分的名稱如下：</p><p>　　1. 油泵電機(jī)組 2

33、. 油箱總成 3. 操作駕駛室 4. 動(dòng)臂 5. 斗桿油缸 6. 斗桿 </p><p>　　7. 轉(zhuǎn)錘油缸 8. GT60液壓破碎錘 9. 動(dòng)臂油缸 10. 回轉(zhuǎn)平臺(tái)及底座</p><p>　　1.5 本論文設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)概述</p><p>　　本文是對(duì)液壓破碎機(jī)動(dòng)臂部件進(jìn)行有限元力學(xué)特性分析，根據(jù)液壓破碎機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際工作情況，對(duì)液

34、壓破碎機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真從而分析其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，確定液壓破碎機(jī)動(dòng)臂部件危險(xiǎn)工況。并應(yīng)用UG有限元分析軟件對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行靜力學(xué)分析、模態(tài)分析、疲勞分析。根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。</p><p><b>　　任務(wù)概述</b></p><p>　　1）完成調(diào)研，檢索文獻(xiàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀有足夠的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　2）基于各種認(rèn)識(shí)的基

35、礎(chǔ)上,了解本課題需要解決的問(wèn)題。</p><p>　　4）使用UG軟件的三維建模功能完成某液壓破碎機(jī)的三維建模和裝配</p><p>　　5）有限元分析軟件NX Nastran對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行靜力學(xué)分析并對(duì)其結(jié)果分析</p><p>　　6）有限元分析軟件NX Nastran對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行疲勞分析并對(duì)其結(jié)果分析</p><p>　　7）有限元分析軟件N

36、X Nastran對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行模態(tài)分析并對(duì)其結(jié)果分析</p><p>　　8）根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)與結(jié)果，整理得出結(jié)論。</p><p>　　第二章 三維模型的建立與運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　2.1 UG三維軟件的簡(jiǎn)介</p><p>　　UG是Siemens PLM Software公司出品的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維 

37、參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件,在汽車、交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械及電子工業(yè)等工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。UG針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。UG具有三個(gè)設(shè)計(jì)層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組件設(shè)計(jì)。</p><p>　　該軟件具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實(shí)

38、施并行工程。</p><p>　　2）采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。</p><p>　　3）用基于特征的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4）以Parasolid為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名CAD/CAE/CAM軟

39、件均以此作為實(shí)體造型基礎(chǔ)。</p><p>　　5）提供了界面良好的二次開發(fā)工具GRIP和UFUNC，并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使UG的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合起來(lái)。</p><p>　　6）具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。</p><p>

40、;　　所以本文選用UG軟件進(jìn)行三維建模。根據(jù)某液壓破碎機(jī)的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)圖紙，利用UG軟件的三維建模功能對(duì)整機(jī)進(jìn)行建模并裝配，包括動(dòng)臂部件、斗杠部件、液壓缸、活塞桿、底座、破碎錘、連桿機(jī)構(gòu)等。建模時(shí)對(duì)不會(huì)影響結(jié)果的特征進(jìn)行去除。模型里的焊縫處按連續(xù)處理。</p><p>　　2.2 動(dòng)臂三維模型的建立</p><p>　　液壓破碎機(jī)工作裝置里動(dòng)臂部件和動(dòng)臂液壓缸與回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的底座用銷軸鉸接，動(dòng)

41、臂液壓缸的控制工作裝置。液壓破碎機(jī)中其他工作裝置如破碎錘、連桿機(jī)構(gòu)、斗桿部件與液壓缸都是使用銷軸鉸接。</p><p>　　動(dòng)臂是液壓破碎機(jī)工作裝置中的主要部件，其機(jī)構(gòu)有整體式和組合式兩種。整體式動(dòng)臂。其整體式動(dòng)臂的有點(diǎn)事結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕而剛度大。其缺點(diǎn)是更換的工作裝置少，通用性交叉。整體式動(dòng)臂又可以分為直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂中直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。質(zhì)量輕、制造方便，不適用于通用破碎機(jī)機(jī)。整體式動(dòng)臂通常使用彎曲梁結(jié)構(gòu)，使用厚鋼

42、板Q345材料的上下接板和左右側(cè)板對(duì)接焊縫焊接而成。而組合式動(dòng)臂由輔助連桿或液壓缸或螺栓鏈接而成?？梢愿鶕?jù)作業(yè)條件隨意調(diào)整作業(yè)尺寸，且調(diào)整時(shí)間短，此外，它的互換工作裝置多，可以滿足各種作業(yè)的需要。裝車運(yùn)輸方便。所以本文選用組合式彎動(dòng)臂。</p><p>　　組合式動(dòng)臂由整承架、中間板、前臂組成。對(duì)其分別建模并裝配可得動(dòng)臂部件。</p><p>　　2.2.1整承架的建模</p>

43、<p>　　整承架由支撐架與后置板組成，支撐架由連接管、前置板、加厚板組成建模， 如圖2.1連接管的建模，圖2.2前置板的建模，圖2.3加厚板的建模，圖2.4后置板的建模圖2.5支撐架的裝配，圖2.5整承架的裝配。</p><p>　　圖2.1連接管的建模 圖2.2前置板的建模 圖2.3加厚板的建模</p><p>　　圖2.4后

44、置板的建模 圖2.5支撐架的裝配</p><p>　　圖2.5整承架的裝配</p><p>　　2.2.2 中間板的建模</p><p>　　中間板由支撐板、耳板、中間板組成。如圖2.6耳板的建模，圖2.7連接管的建模，圖2.8支撐板的建模，圖2.9中間板的建模，圖2.10中間板的裝配。</p>

45、<p>　　圖2.6耳板的建模 圖2.7連接管的建模</p><p>　　圖2.8支撐板的建模 圖2.9中間板的建模</p><p>　　圖2.10中間板的裝配</p><p>　　2.2.3前臂的建模</p><p>

46、;　　前臂對(duì)動(dòng)臂是用于力的傳遞功能，主要由前板和前支架組成。而前支架是由兩前支架的前板和前支架組成的，如圖2.11前板的建模，圖2.12前板1的建模，圖2.13前板2的建模，圖2.14前支架的建模，圖2.15前支架的裝配，圖2.16前臂的裝配。</p><p>　　圖2.11前板的建模</p><p>　　圖2.12前板1的建模 圖2.13前板2的建模&l

47、t;/p><p>　　圖2.14前支架的建模 圖2.15前支架的裝配</p><p>　　圖2.16前臂的裝配</p><p>　　2.2.4 動(dòng)臂的裝配體 </p><p>　　將整承架、中間板、前臂裝配組成動(dòng)臂部件，如圖2.17動(dòng)臂部件。</p><p>　　圖2.17 動(dòng)臂部件裝配&l

48、t;/p><p>　　2. 3斗桿三維模型的建立</p><p>　　斗桿部件一般用箱形斷面的變直梁結(jié)構(gòu)，能夠承受較大的側(cè)向彎矩。它主要由前板、前支架、前加強(qiáng)板、下頂蓋、加強(qiáng)板、后板和耳板組成。分別對(duì)其建模并裝配組成斗桿部件如圖2.18斗桿部件。</p><p><b>　　圖2.18斗桿部件</b></p><p>　　2

49、.4其他零部件三維模型的建立</p><p>　　液壓固定式破碎機(jī)除了操作室、固定裝置、動(dòng)臂和斗桿以外，還有其他很重要的組成部分，主要包括底座、液壓缸、液壓油桿、連桿、安裝板、破碎錘等。其中底座部分可以根據(jù)實(shí)際情況的需要選擇是掛式還是坐式；液壓油桿是主要的動(dòng)力傳輸裝置；連接部分是用來(lái)連接斗桿與液壓破碎錘的；而破碎錘是直接與被破碎物相接觸的零件，根據(jù)錘型進(jìn)行建模。</p><p>　　2.4

50、.1液壓缸等其他部件的建模 </p><p>　　根據(jù)PC系列挖掘機(jī)油缸中性能參數(shù)及連接形式，與GT6O破碎錘等部件參數(shù)進(jìn)行三維建模，如圖2.19液壓缸建模、圖2.20底座的建模、圖2.21破碎錘的建模、圖2.22連桿機(jī)構(gòu)的建模。</p><p>　　圖2.19 液壓缸的建模</p><p>　　圖2.20底座的簡(jiǎn)化模型</p><p>　　

51、圖2.21 GT60破碎錘的建模 圖2.22 連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　2.5整機(jī)裝配與運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　將以上各個(gè)部件裝配組成液壓破碎機(jī)，在各部件的鉸接點(diǎn)處匹配裝配，各部件裝配體如圖2.23所示液壓破碎機(jī)總裝配體。</p><p>　　圖2.23 液壓破碎機(jī)總裝配體</p>&l

52、t;p>　　進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境，新建運(yùn)動(dòng)仿真。選擇類型為動(dòng)力學(xué)，單擊確定。選擇底座為固定連桿LOO1，其他部件依次設(shè)置成不固定連桿。對(duì)于本文參考約束關(guān)系，采用旋轉(zhuǎn)副、滑動(dòng)副、固定副，施加在各部件之間的約束情況如表2-1所示</p><p>　　表2-1約束使用情況表</p><p>　　添加了符合實(shí)際情況的運(yùn)動(dòng)副可以對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析了，液壓破碎機(jī)的動(dòng)力來(lái)自動(dòng)臂油缸、斗杠油缸和轉(zhuǎn)錘油

53、缸產(chǎn)生的液壓驅(qū)動(dòng)力提供的，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓缸來(lái)控制液壓破碎機(jī)的工作。UG中將實(shí)際運(yùn)動(dòng)函數(shù)模型轉(zhuǎn)換為UG運(yùn)動(dòng)仿真中的階躍STEP運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)，從而控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　STEP函數(shù)格式如下：</p><p>　　STEP (x, x0, h0, x1, h1) 其中，x ―自變量，可以是時(shí)間或時(shí)間的任一函數(shù) x0 ―自變量的STEP函數(shù)開始值，可以是常數(shù)或函數(shù)表

54、達(dá)式或設(shè)計(jì)變量； x1 ―自變量的STEP函數(shù)結(jié)束值，可以是常數(shù)、函數(shù)表達(dá)式或設(shè)計(jì)變量 h0 ― STEP函數(shù)的初始值，可以是常數(shù)、設(shè)計(jì)變量或其它函數(shù)表達(dá)式 h1 ― STEP函數(shù)的最終值，可以是常數(shù)、設(shè)計(jì)變量或其它函數(shù)表達(dá)式</p><p>　　因?yàn)橐簤浩扑闄C(jī)工作尺寸只涉及到平面，不考慮液壓破碎機(jī)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，依據(jù)各油缸的理論行程、仿真過(guò)程避免發(fā)生干涉及獲得工作范圍原則將三個(gè)液

55、壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　動(dòng)臂油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP(time,5,0,10,-200)+STEP(time,20,0,30,850)+STEP(time,40,0,50,-850)+STEP(time,55,0, 60,200)</p><p>　　斗桿油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>

56、　　STEP(time,5,0,10,800)+STEP(time,30,0,35,-550)+STEP(time,35,0,40,550)+STEP(time,55,0, 60,-800)</p><p>　　轉(zhuǎn)錘油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP(time,5,0,10,250)+STEP(time,55,0,60,-250)</p><p>

57、　　將STEP函數(shù)分別添加到油缸的滑動(dòng)副驅(qū)動(dòng)中，分別設(shè)置好動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和轉(zhuǎn)錘油缸的STEP函數(shù)，STEP函數(shù)曲線圖如圖2.24、圖2.25、圖2.26所示。</p><p>　　圖2.24動(dòng)臂油缸STEP曲線圖</p><p>　　圖2.25斗桿油缸STEP曲線圖</p><p>　　圖2.26轉(zhuǎn)錘油缸STEP曲線圖</p><p>　

58、　由圖2.24、圖2.25、圖2.26可知，首先調(diào)整動(dòng)臂油缸全伸，斗桿油缸與轉(zhuǎn)錘油缸全縮，使破碎錘達(dá)到最高點(diǎn)，接著調(diào)整動(dòng)臂油缸全縮，斗桿油缸伸至使破碎錘達(dá)到最低點(diǎn)。最后調(diào)整動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、轉(zhuǎn)錘油缸使液壓破碎機(jī)回到原位。</p><p>　　在UG的運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)其進(jìn)行求解運(yùn)算。仿真結(jié)束后，可在動(dòng)畫中觀看仿真結(jié)果。利用UG仿真模塊中的作圖功能選取破碎錘為對(duì)象，定義Y軸為破碎錘Y方向的位移，定義X軸為破碎錘X方向

59、的位移。生成圖2.27為液壓破碎機(jī)在XY平面內(nèi)工作范圍軌跡。</p><p>　　圖2.27 XY平面最大工作范圍運(yùn)動(dòng)仿真軌跡圖</p><p>　　根據(jù)液壓破碎機(jī)工作范圍軌跡圖，研究其工作區(qū)域，分析可得到破碎錘最遠(yuǎn)工作位置，破碎錘最低工作位置與最高工作位置等極限工作尺寸，現(xiàn)對(duì)其液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺(tái)最遠(yuǎn)位置并垂直工作下的工況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。為了模擬實(shí)際工作狀態(tài)加入回轉(zhuǎn)動(dòng)作。添加簡(jiǎn)化回轉(zhuǎn)裝

60、置，并將其在UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊中設(shè)置為固定連桿。將底座與回轉(zhuǎn)裝置設(shè)置為旋轉(zhuǎn)副。</p><p>　　根據(jù)其工況將液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　動(dòng)臂油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP(time,5,0,10,300)+STEP(time,15,0,30,-300)</p><p>　　斗桿油缸STEP函數(shù)設(shè)置：&

61、lt;/p><p>　　STEP(time,5,0,9,700)+STEP(time,20,0,30,-700)</p><p>　　轉(zhuǎn)錘油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP( time,5,0,10,-240)+STEP(time,20,0,25,240)</p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置STEP函數(shù)設(shè)置：</p>&

62、lt;p>　　STEP( time,0,0,5,50)+STEP(time,30,0,35,-50)</p><p>　　將STEP函數(shù)分別添加到油缸的滑動(dòng)副驅(qū)動(dòng)中，STEP函數(shù)曲線圖如圖2.28、圖2.29、圖2.30、圖2.31所示。</p><p>　　圖2.28動(dòng)臂油缸STEP函數(shù)曲線圖</p><p>　　圖2.29斗桿油缸STEP函數(shù)曲線圖<

63、/p><p>　　圖2.30轉(zhuǎn)錘油缸STEP函數(shù)曲線圖</p><p>　　圖2.31回轉(zhuǎn)臺(tái)STEP函數(shù)曲線圖</p><p>　　由圖2.28、圖2.29、圖2.30、圖2.31可知，首先使回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，再調(diào)整動(dòng)臂油缸和斗桿油缸且斗桿油缸全縮，使破碎錘達(dá)到最遠(yuǎn)，接著調(diào)整轉(zhuǎn)錘油缸使破碎錘垂直工作，。最后調(diào)整動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、轉(zhuǎn)錘油缸、回到裝置使液壓破碎機(jī)回到原位。將其工

64、況下的STEP函數(shù)和受力輸入滑動(dòng)副中并求解?？稍趧?dòng)畫中觀看仿真結(jié)果了解其工作過(guò)程。經(jīng)過(guò)液壓破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真作鉸點(diǎn)處旋轉(zhuǎn)副受力曲線，動(dòng)臂與斗桿鉸接點(diǎn)處的受力曲線如圖2.32，動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)處受力曲線圖2.33，動(dòng)臂與斗桿油缸鉸點(diǎn)處受力曲線圖2.34。</p><p>　　圖2.32動(dòng)臂與斗桿鉸接點(diǎn)處的受力曲線</p><p>　　圖2.33動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)處的受力曲線</p&g

65、t;<p>　　圖2.34動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)處的受力曲線</p><p>　　由以上幾個(gè)主要鉸點(diǎn)的受力曲線可知，5s到15s這時(shí)間段中，各個(gè)鉸點(diǎn)的受力情況變化顯著，說(shuō)明動(dòng)臂在此時(shí)間段內(nèi)受力逐漸增大之后減小，由受力曲線圖可知，動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)處最大受力為N,動(dòng)臂與斗桿油缸鉸點(diǎn)處最大受力為N，動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)處最大受力為N。該組曲線顯示了液壓破碎機(jī)最遠(yuǎn)工況時(shí)的受力情況，也為之后的有限元分析提供了依據(jù)。

66、</p><p>　　2.6三維模型的建立與運(yùn)動(dòng)仿真小結(jié)</p><p>　　本章利用UG對(duì)液壓破碎機(jī)進(jìn)行三維建模并裝配，通過(guò)UG的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，添加運(yùn)動(dòng)副與驅(qū)動(dòng)建立液壓破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，根據(jù)各個(gè)液壓缸的行程和工作時(shí)間，合理設(shè)置液壓缸的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，研究液壓破碎機(jī)的工作區(qū)域，對(duì)其工作裝置工作范圍的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行仿真繪制，分析可得到破碎錘最遠(yuǎn)工作位置，破碎錘最低工作位置與最高工作位置等極限工作尺寸

67、的仿真值，并按最遠(yuǎn)工況分析其受力情況，展現(xiàn)了液壓破碎機(jī)工作保證其運(yùn)動(dòng)無(wú)干涉，為了接下來(lái)的有限元分析提供了依據(jù)和驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的合理性。</p><p>　　第三章 動(dòng)臂的有限元分析 </p><p>　　3.1 有限元分析的簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1.1 有限元分析的概念</p><p>　　有限元法是一種高效能、常用的計(jì)算方法。有限元法

68、在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，所以它廣泛地應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場(chǎng)中?；舅枷胧怯山饨o定的泊松方程化為求解泛函的極值問(wèn)題。</p><p>　　有限元分析的原理是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來(lái)分片的表示求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值插值函數(shù)來(lái)表達(dá)。從而使一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題變成離散的有限自由度問(wèn)題

69、。</p><p>　　將有限元法引入產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是CAE的重要組成部分。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程與現(xiàn)代設(shè)計(jì)中采用CAE技術(shù)后的設(shè)計(jì)流程對(duì)比可知，從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案對(duì)比、樣機(jī)測(cè)試到加工制造，可以把有限元仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法貫穿整個(gè)產(chǎn)品的全部過(guò)程，把傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法中的從概念設(shè)計(jì)到樣機(jī)測(cè)試，再返回修改的大循環(huán)過(guò)程，演化成平行于每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的精確分析及其優(yōu)化，減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中的缺陷和不足，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，大

70、幅縮減了設(shè)計(jì)時(shí)間.降低了產(chǎn)品研發(fā)成木。</p><p>　　3.1.2 NX Nastran簡(jiǎn)介</p><p>　　Nastran，即NASA 結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，是1966年美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)為了滿足當(dāng)時(shí)航空航天工業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)分析的迫切需求，有多家軟件開發(fā)商參與了結(jié)構(gòu)分析求解器的開發(fā)過(guò)程。 NX Nastran適用于需要完成大量流程化分析計(jì)算的用戶。它的特點(diǎn)是靈活，可靠并能同大量的其

71、他分析軟件協(xié)同運(yùn)作，形成統(tǒng)一高效的分析流程，并在整個(gè)流程中承擔(dān)核心求解功能。它的數(shù)據(jù)格式可以在絕大多數(shù)的CAE軟件中識(shí)別和使用，使得同其他CAE使用者交換數(shù)據(jù)的方式靈活方便，大大減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和共享的工作量。</p><p>　　由于UG自帶NX Nastran，使用UG建?？刹恍柁D(zhuǎn)換無(wú)縫連接減少模型導(dǎo)入信息丟失,本文選用NX Nastran進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　3.2 動(dòng)

72、臂的靜態(tài)分析</p><p><b>　　3.21工況選擇</b></p><p>　　液壓破碎機(jī)作業(yè)時(shí)，通過(guò)鉸接處的轉(zhuǎn)動(dòng)和液壓缸的舉升相互配合進(jìn)行不同工況的作業(yè)，為了更好分析，本文通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真選取三種典型工況進(jìn)行比較。</p><p><b>　　工況一</b></p><p>　　如圖3.1所示

73、動(dòng)臂位于動(dòng)臂缸作用力臂最大處，斗桿位于斗桿缸作用力臂最大處。</p><p><b>　　圖3.1工況一</b></p><p><b>　　工況二</b></p><p>　　如圖3.2所示液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺(tái)最遠(yuǎn)位置。</p><p><b>　　圖3.2工況二</b>

74、</p><p><b>　　工況三</b></p><p>　　如圖3.3所示液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺(tái)最低位置。</p><p><b>　　圖3.3工況三</b></p><p>　　計(jì)算工況一各鉸點(diǎn)受力</p><p>　　圖3.4工況一各鉸點(diǎn)位置</p>

75、<p>　　如圖3.4工況一各鉸點(diǎn)位置通過(guò)對(duì)動(dòng)臂模型的B、D、F鉸點(diǎn)添加力來(lái)表達(dá)動(dòng)臂的受力。B、D、F鉸點(diǎn)受力由液壓破碎錘所產(chǎn)生的最大沖擊力確定。</p><p>　　根據(jù)參考液壓破碎錘型號(hào)驚天GT60參數(shù)為：釬桿直徑100mm，釬桿重量57kg，工作量：736-880/kg，工作流量80-110i/min，工作壓力15-17MPa，沖擊頻率6-11Hz。配套挖機(jī)斗容0.4-0.6m³，機(jī)重

76、11-16t。再由破碎錘活塞上端與液壓油的接觸面積，可求得其液壓破碎錘最大沖擊力</p><p><b>　　F=PS</b></p><p>　　其中， F——破碎錘沖擊力，單位N</p><p>　　P——破碎錘的工作壓力，單位Pa</p><p>　　S——破碎錘活塞上端與液壓油的接觸面積，單位㎡</p>

77、;<p>　　根據(jù)破碎錘型號(hào)參數(shù)破碎錘活塞上端與液壓油的接觸面積為0.0031㎡代入相關(guān)的參數(shù)。</p><p>　　F=0.0031×17×=52612.64N</p><p>　　表3-1國(guó)內(nèi)幾種反鏟裝置的構(gòu)件近似重量</p><p>　　根據(jù)表3-1與驚天液壓破碎錘GT60配套挖機(jī)斗容0.4-0.6m³，機(jī)重11-1

78、6t。用插值法求得各構(gòu)件重量動(dòng)臂G1為7.49KN、斗桿G2為4.35KN、破碎錘G3為7.36KN、斗桿油缸G4為1.27KN、轉(zhuǎn)錘油缸G5為0.84KN、連桿搖桿G6為0.72KN、動(dòng)臂缸G7為1.97KN。</p><p>　　對(duì)F點(diǎn)取矩求鉸點(diǎn)D的受力，測(cè)量力臂如圖3.7所示</p><p>　　DNF=1.31m e1=0.85m R2F=0.32m R3F=1.25m

79、 </p><p>　　R5F=0.89m R6F=0.85m </p><p>　　圖3.7工況一斗杠計(jì)算參數(shù)示意圖</p><p>　　取斗杠為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MF=0</b></p><p><b>　　求得</b&g

80、t;</p><p>　　FD=（FDNF-G2×R2F-G3×R3F-G5×R5F-G6×R6F）/e1</p><p>　　即：FD=75.59KN</p><p>　　對(duì)C點(diǎn)取矩求鉸點(diǎn)B的受力，測(cè)量力臂如圖3.8所示</p><p>　　DNC=6.72m e2=0.76m R1C=2.2

81、3m R2C=5.73m </p><p>　　R3C=6.66m R4C=4.47m R5C=6.29m R6C=6.37m</p><p>　　圖3.8工況一動(dòng)臂計(jì)算參數(shù)示意圖</p><p>　　取動(dòng)臂為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MC=O</b></p&

82、gt;<p><b>　　求得</b></p><p>　　FB=（FDNC-G1×R1C-G2×R2C-G3×R3C-G4×R4C-G5×R5C-G6×R6C）/ e2</p><p>　　即：FB=325.46KN</p><p>　　FB與水平方向的夾角為52.82

83、?</p><p><b>　　鉸點(diǎn)F點(diǎn)受力為</b></p><p>　　FFX=-F+FD×=18.2KN</p><p>　　FFY=F+FD×-=-2.45KN</p><p>　　其中為F與水平方向的夾角為90，為FD與水平方向的夾角為8.23</p><p>　　計(jì)

84、算工況二各鉸點(diǎn)受力</p><p>　　圖3.9工況二斗杠計(jì)算參數(shù)示意圖</p><p>　　對(duì)F點(diǎn)取矩求鉸點(diǎn)D的受力，測(cè)量力臂如圖3.9所示</p><p>　　DNF=3.24m e1=0.62m R2F=0.59m R3F=3.16m </p><p>　　R5F=1.69m R6F=2.59m </p>

85、;<p>　　取斗杠為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)F的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MF=0</b></p><p><b>　　求得</b></p><p>　　FD=（FDNF-G2×R2F-G3×R3F-G5×R5F-G6×R6F）/e1</p>

86、<p>　　即：FD=227.9KN</p><p>　　對(duì)C點(diǎn)取矩求鉸點(diǎn)B的受力，測(cè)量力臂如圖3.10所示</p><p>　　DNC=8.56m e2=0.75m R1C=1.95m R2C=5.91m </p><p>　　R3C=8.48m R4C=3.89m R5C=7m R6C=7.9m</p>

87、<p>　　圖3.10工況二動(dòng)臂計(jì)算參數(shù)示意圖</p><p>　　取動(dòng)臂為隔離體，按對(duì)鉸點(diǎn)C的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MC=0</b></p><p><b>　　求得</b></p><p>　　FB=（FDNC-G1×R1C-G2×R2C-G3

88、×R3C-G4×R4C-G5×R5C-G6×R6C）/ e2</p><p>　　即：FB=441.3KN</p><p>　　FB與水平方向的夾角為60.21?</p><p><b>　　鉸點(diǎn)F點(diǎn)受力為</b></p><p>　　FFX=-F+FD×=174KN&l

89、t;/p><p>　　FFY=F+FD×-=10.55KN</p><p>　　其中為F與水平方向的夾角為90，為FD與水平方向的夾角為6</p><p>　　按照上述方法計(jì)算工況三鉸點(diǎn)受力并與工況一與工況二比較如表3-2所示</p><p>　　表3-2三種工況受力對(duì)比</p><p>　　由表3-2可知工況二

90、斗杠缸全縮，液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺(tái)最遠(yuǎn)位置時(shí)受力最大，與運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)的受力曲線圖進(jìn)行對(duì)比分析可知受力基本符合，選取工況二進(jìn)行靜態(tài)分析。</p><p>　　3.22 動(dòng)臂的靜態(tài)分析</p><p>　　將破碎機(jī)三維模型用UG打開，進(jìn)入高級(jí)仿真環(huán)境，新建FEM和仿真。設(shè)置求解器選用NX NASTRAN，解算方案類型SESTATIC 101-單約束進(jìn)行靜態(tài)分析。如圖3.11所示。</p&

91、gt;<p>　　圖3.11解算方案類型</p><p>　　對(duì)模型定義材料屬性。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，動(dòng)臂構(gòu)件選用Q345低合金鋼，具良好的綜合力學(xué)性能，塑性和焊接性良好，沖擊韌性較好。定義單元類型和網(wǎng)絡(luò)類型劃分網(wǎng)格。</p><p>　　使用3D四面體網(wǎng)絡(luò)，單元大小為45mm進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分結(jié)果如圖3.12所示。其中網(wǎng)格中的單元數(shù)為58512，網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)數(shù)為115288。&l

92、t;/p><p>　　圖3.12動(dòng)臂網(wǎng)格劃分結(jié)果</p><p>　　由液壓破碎機(jī)危險(xiǎn)工況對(duì)動(dòng)臂施加約束，對(duì)于有限元靜力分析，需要限制模型的剛體位移，本文選擇動(dòng)臂與底座的銷孔C點(diǎn)進(jìn)行約束，由于動(dòng)臂的外力對(duì)鉸點(diǎn)C的力矩之和為零，而在鉸點(diǎn)C處限制Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度對(duì)計(jì)算結(jié)果無(wú)影響，考慮其影響大小，約束不同的銷孔分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明除約束點(diǎn)附近的應(yīng)力大小不同．其余部位的應(yīng)力大小和分布相同，表明約束

93、方式是可行。在NX NASTRAN中對(duì)模型底部與底座鉸接的鉸點(diǎn)C點(diǎn)添加對(duì)x、y、z三個(gè)方向的位移自由度，和x、y兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)自由度進(jìn)行約束如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 動(dòng)臂添加約束</p><p>　　NX NASTRAN中軸承載荷的方向總是垂直于圓柱面或者圓形邊緣的，通過(guò)添加軸承載荷來(lái)等效各鉸點(diǎn)受力分布情況，對(duì)動(dòng)臂模型B、D、F鉸點(diǎn)添加軸承載荷來(lái)表達(dá)動(dòng)臂的受力。添

94、加效果如圖3.14所示</p><p>　　圖3.14動(dòng)臂添加軸承載荷</p><p>　　進(jìn)行模型求解，得到動(dòng)臂的位移云圖，如圖3.15所示動(dòng)臂最大位移在動(dòng)臂與斗桿鉸接處節(jié)點(diǎn)編號(hào)為92383上為9mm。</p><p>　　圖3.15動(dòng)臂位移云圖</p><p>　　動(dòng)臂的應(yīng)力云圖，如圖3.17所示動(dòng)臂最大應(yīng)力為177.27MPa。<

95、/p><p>　　圖3.17動(dòng)臂應(yīng)力云圖</p><p>　　根據(jù)動(dòng)臂局部應(yīng)力云圖3.18可知最大應(yīng)力在動(dòng)臂與底座鉸接處單元節(jié)點(diǎn)編號(hào)45909上,最大應(yīng)力為177.27MPa,通過(guò)查工程手冊(cè)，取安全系數(shù)為1.5，所以材料的</p><p>　　許用應(yīng)力為：屈服強(qiáng)度/安全系數(shù)=345/1.5=230MPa＞177.27MPa符合要求。</p><p&g

96、t;　　圖3.18動(dòng)臂局部應(yīng)力云圖</p><p>　　圖3.19動(dòng)臂應(yīng)變?cè)茍D</p><p>　　根據(jù)動(dòng)臂應(yīng)變?cè)茍D3.19可知最大應(yīng)變?yōu)?.0003mm/mm，切最大應(yīng)變?cè)趩卧?jié)點(diǎn)編號(hào)45909上與最大應(yīng)力的單元節(jié)點(diǎn)編號(hào)一樣可知，應(yīng)力最大應(yīng)變也最大。</p><p><b>　　3.3優(yōu)化分析設(shè)計(jì)</b></p><p&g

97、t;　　從以上分析可知最大應(yīng)力在編號(hào)45909單元節(jié)點(diǎn)上，最大應(yīng)力為177.27MPa小于Q345的許用應(yīng)力230MPa，現(xiàn)對(duì)其質(zhì)量最小化進(jìn)行優(yōu)化，所以在同樣的載荷和約束等條件下對(duì)動(dòng)臂進(jìn)一步優(yōu)化。</p><p>　　首先在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，UG軟件菜單欄中的“插入”菜單下單擊“幾何優(yōu)化”來(lái)創(chuàng)建幾何優(yōu)化解算方案如圖3.20所示。</p><p>　　圖3.20創(chuàng)建幾何優(yōu)化解算方案</

98、p><p>　　在圖3.21中的解算方案列表選擇要優(yōu)化的解算方案solution1來(lái)獲得同樣的載荷和約束等條件，點(diǎn)擊確定后，在“幾何優(yōu)化”對(duì)話框進(jìn)行以下設(shè)置:(1)定義目標(biāo)：動(dòng)臂的重量設(shè)定為最小化；（2）定義約束：創(chuàng)建約束，設(shè)定應(yīng)力上限為230MPa；（3）定義設(shè)計(jì)變量：分別對(duì)后置板內(nèi)肋板和前支架內(nèi)肋板的厚度定義為15~20mm。最后最大迭代次數(shù)為10次。</p><p>　　對(duì)幾何優(yōu)化進(jìn)行求

99、解，經(jīng)UG軟件運(yùn)算，優(yōu)化處理結(jié)果如圖3.21所示，第5個(gè)設(shè)計(jì)循環(huán)重量最小。如圖3.22所示后置板內(nèi)肋板厚度為16mm左右。如圖3.23所示前支架內(nèi)肋板厚度為15mm左右。</p><p>　　圖3.21動(dòng)臂重量變化圖</p><p>　　圖3.21后置板內(nèi)肋板厚度變化圖</p><p>　　圖3.22前支架內(nèi)肋板厚度圖</p><p>　　圖

100、3.23優(yōu)化前位移云圖</p><p>　　圖3.24優(yōu)化后位移云圖</p><p>　　圖3.25優(yōu)化前應(yīng)力云圖</p><p>　　圖3.26優(yōu)化后應(yīng)力云圖</p><p>　　由圖3.23~圖3.26可知，優(yōu)化后的位移和應(yīng)力減小，其中優(yōu)化后應(yīng)力為177.13MPa小于Q345的許用應(yīng)力230MPa。說(shuō)明通過(guò)減小后置板和前支架的厚度，可以

101、在小于材料的許用應(yīng)力下減少重量。從而節(jié)約材料，達(dá)到優(yōu)化的目的。</p><p><b>　　3.4靜態(tài)分析小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)運(yùn)用UG軟件建立液壓破碎機(jī)的三維實(shí)體模型，對(duì)其動(dòng)臂部件在UG有限元分析模塊下進(jìn)行靜力學(xué)分析可知最大應(yīng)力主要在動(dòng)臂與底座的鉸接處最大應(yīng)力為177.27MPa，但實(shí)際情況中由于外部有其他載荷，所以應(yīng)該避免應(yīng)力集中，可以修改模型使外

102、形圓弧過(guò)渡，例如使用倒圓，倒角等。加大接觸面積，勻稱結(jié)構(gòu)變形。本文在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量最小化的優(yōu)化分析，結(jié)果表明，減小后置板和前支架的厚度后的動(dòng)臂薄弱部位的應(yīng)力更加合理，質(zhì)量減小從而節(jié)約材料，達(dá)到了優(yōu)化的目的。所以在有限元靜態(tài)分析的仿真結(jié)果為結(jié)構(gòu)分析提供了計(jì)算依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，可以找出設(shè)計(jì)中較弱的部位和不合理的部位，降低設(shè)計(jì)開放成本，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。</p>

103、<p>　　第四章 動(dòng)臂的疲勞分析</p><p>　　4.1動(dòng)臂的疲勞分析</p><p>　　疲勞是產(chǎn)品/零件失效最常見(jiàn)的方式之一。疲勞種類較多.常見(jiàn)的有機(jī)械疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和微動(dòng)疲勞等，其中，機(jī)械疲勞包括應(yīng)力疲勞、應(yīng)變疲勞和接觸疲勞3種方式。引起疲勞失效的機(jī)理和因素比較復(fù)雜，因此，必須遵循客觀規(guī)律和按照嚴(yán)格的分析程序進(jìn)行失效分析和疲勞預(yù)測(cè)。而近年來(lái)發(fā)展的將

104、有限元法和疲勞機(jī)理分析相結(jié)合的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，無(wú)疑為解決實(shí)際中的疲勞問(wèn)題捉供了經(jīng)濟(jì)、有效的分析和評(píng)判工具。</p><p>　　疲勞壽命是材料在疲勞破壞前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)稱為疲勞壽命。結(jié)構(gòu)疲勞分析是一種工具，用于在各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜加載條件(也稱為疲勞載荷循環(huán))中評(píng)估設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度或者耐久性。</p><p>　　NX NASTRAN疲勞分析可在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上修改。編輯靜態(tài)分析的解算方案如

105、圖4.1所示勾選單元迭代求解器。</p><p>　　圖4.1編輯解算方案</p><p>　　進(jìn)行模型求解后，在UG菜單欄的工具欄中點(diǎn)擊“耐久性向?qū)А?。根?jù)對(duì)話框提示進(jìn)行設(shè)置，其中的疲勞強(qiáng)度因子是由疲勞應(yīng)力準(zhǔn)則除以應(yīng)力幅值計(jì)算得到，用來(lái)估算疲勞強(qiáng)度，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的任何部分是否會(huì)由于周期載荷而被破壞取值一般小于1，此處取0.9。通過(guò)耐久性分析對(duì)話框輸入疲勞強(qiáng)度因子0.9求解，疲勞分析解算結(jié)束后

106、，其分析結(jié)果包括疲勞壽命、疲勞安全系數(shù)、強(qiáng)度安全系數(shù)3個(gè)指標(biāo)。</p><p>　　疲勞分析結(jié)果中，如圖4.2動(dòng)臂壽命云圖,可看到動(dòng)臂的低壽命區(qū)域主要集中在動(dòng)臂底部。</p><p>　　圖4.2疲勞壽命云圖</p><p>　　圖4.3局部疲勞壽命云圖</p><p>　　根據(jù)圖4.3局部疲勞壽命云圖，可知最小壽命在單節(jié)點(diǎn)編號(hào)為18074上

107、循環(huán)次數(shù)為次。該型破碎機(jī)沖擊頻率為6-11Hz，若以6Hz的頻率在此工況下，每天工作8小時(shí)。計(jì)算可得該動(dòng)臂的疲勞壽命為1.43年。</p><p>　　疲勞安全系數(shù)云圖如圖4.4，疲勞安全系數(shù)是指結(jié)構(gòu)所能承受的疲勞極限應(yīng)力與NX NASTRAN結(jié)構(gòu)計(jì)算所得應(yīng)力的比值。最小疲勞安全系數(shù)為0.135。疲勞安全系數(shù)大于1的區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)域。</p><p>　　圖4.4疲勞安全系數(shù)云圖</p

108、><p>　　由局部疲勞壽命云圖4.3與局部疲勞安全系數(shù)4.5云圖可知疲勞壽命的低壽命區(qū)域疲勞安全系數(shù)的數(shù)值也較低。最小疲勞安全系數(shù)在單節(jié)點(diǎn)編號(hào)為35749上為0.135。疲勞安全系數(shù)分析結(jié)果反映了疲勞負(fù)載循環(huán)中所定義的的循環(huán)載荷條件相對(duì)應(yīng)的疲勞安全系數(shù)，根據(jù)其最小疲勞安全系數(shù)0.135小于1代表在給定的疲勞載荷周期的反復(fù)作用下最終安全。</p><p>　　圖4.5局部疲勞安全系數(shù)</

109、p><p>　　強(qiáng)度安全系數(shù)是用于衡量零件的總體強(qiáng)度，由應(yīng)力準(zhǔn)則除以某一類型的應(yīng)力值計(jì)算得到，結(jié)果如圖4.6所示。最小強(qiáng)度系數(shù)為1.376。</p><p>　　圖4.6強(qiáng)度安全系數(shù)</p><p>　　圖4.7局部強(qiáng)度安全系數(shù)</p><p>　　根據(jù)局部強(qiáng)度安全系數(shù)圖4.7可知，最小強(qiáng)度安全系數(shù)在單元節(jié)點(diǎn)編號(hào)16732上為1.376。強(qiáng)度安全

110、系數(shù)大于1的區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)域。說(shuō)明結(jié)構(gòu)不會(huì)破壞。</p><p><b>　　4.2疲勞分析小結(jié)</b></p><p>　　利用UG軟件得到動(dòng)臂的疲勞壽命參數(shù)可方便地知道最大應(yīng)力點(diǎn)，知道最小壽命在單節(jié)點(diǎn)編號(hào)為上循環(huán)次數(shù)為次，計(jì)算可得該動(dòng)臂的疲勞壽命為1.43年。此疲勞壽命相對(duì)與一般液壓破碎機(jī)的壽命較低，說(shuō)明在此工況下的作業(yè)不利于延長(zhǎng)動(dòng)臂的壽命。所以在條件允許下，盡量少

111、選此工況作業(yè)。選擇合理的作業(yè)方式能有助于延長(zhǎng)工作裝置的壽命，減少不必要的疲勞破壞。也可以通過(guò)避免動(dòng)臂單元節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中來(lái)提高疲勞壽命，從而延長(zhǎng)液壓破碎機(jī)工作裝置的整體壽命。通過(guò)疲勞分析預(yù)估動(dòng)臂的強(qiáng)度和疲勞壽命，有效地降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　第五章 動(dòng)臂的模態(tài)分析</p><p>　　5.1動(dòng)臂的模態(tài)分析</p><p>

112、;　　結(jié)構(gòu)模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，其實(shí)質(zhì)是求解外載荷為零時(shí)動(dòng)力學(xué)方程的特征值，通過(guò)求解特征值可以得到多階固有頻率和相應(yīng)的振型。模態(tài)階數(shù)和模態(tài)振型數(shù)相對(duì)應(yīng)的，有一個(gè)固有頻率就有一個(gè)模態(tài)振型與之對(duì)應(yīng)。UG模態(tài)分析用于計(jì)算和評(píng)估結(jié)構(gòu)的固有頻率和自然模態(tài)(振型)計(jì)算時(shí)不考慮限尼，和外載荷也不相關(guān)，它提供Tracking Method(跟蹤法)、TransformationMethod(變換法)和Lanezos Method(蘭索士法)3