基于多体动力学与颗粒动力学耦合的挖掘载荷计算与研究

为获得较为精确的挖掘阻力,进一步求出挖掘机所受的动态载荷,建立了多体动力学-颗粒动力学耦合的动态仿真方法.首先,建立挖掘机工作装置三维模型,以实测的动臂、斗杆和铲斗油缸位移变化曲线作为驱动,完成挖掘机工作装置的多体运动学分析,获得铲斗质心处的运动速度、铲斗相对斗杆和连杆在铰点上的角速度.然后,通过离散单元法建立挖掘介质的颗粒模型,利用已求得的铲斗运动参数对其运动进行定义,模拟铲斗在挖掘时的真实工况,求得铲斗在挖掘不同介质时所受的挖掘阻力和阻力矩,最后再通过多体动力学分析求解各铰点处的动态载荷.分析表明,挖掘介质为矿石与干砂时,挖掘阻力和阻力矩波动更为明显且铰点载荷也更大.     

基于极限轨迹的挖掘机工作装置动力学分析

针对液压挖掘机工作装置动态特性研究的问题,提出了一种工作装置铰点力动力学分析方法。采用理论挖掘力计算模型,分别计算得到了沿铲斗挖掘与斗杆挖掘两条极限挖掘轨迹上的理论挖掘力分布;通过对工作装置三维模型的合理简化,建立了其动力学仿真模型;通过对比仿真轨迹中最大挖深点与其实际坐标位置,验证了动力学模型的正确性;分别以铲斗挖掘力和斗杆挖掘力为载荷,进行了两条极限挖掘轨迹的动力学仿真。研究结果表明:工作装置铰点力在挖掘过程中随理论挖掘力而进行动态变化;该研究结果为液压挖掘机工作装置动态特性的研究及动应力分析提供了理论基础。     

基于不同工作载荷的铲斗结构特性分析

针对挖掘机铲斗在未达到理论寿命之前,便发生严重磨损或断裂等破坏现象的问题,研究了复合挖掘方式对铲斗结构特性的影响。基于工作装置应力特性选择了4种挖掘机典型工况,并分别基于挖掘阻力经验公式、单独挖掘理论挖掘力模型和复合挖掘理论挖掘力模型,计算出了某21 T挖掘机铲斗的工作载荷,采用有限元法计算了铲斗在不同载荷作用下的应力变形情况。研究结果表明:在相同工况下,复合挖掘方式对应更大的铲斗外载荷,同时对应更大的应力和变形;该结果验证了复合挖掘是一种造成铲斗破坏的重要因素这一结论,为挖掘机铲斗结构强度分析和优化设计提供了理论依据。     

水下装备挖掘过程的动力学研究

文中用多体动力学方法对海底机器人挖掘过程的动力学进行了研究.基于海底土壤特征建立了挖掘过程中工具-土壤之间相互作用的土动力学模型,利用莫里斯理论建立了铲斗等水阻力学模型,然后,将上述模型融合到整体挖掘动力学模型中,并采用机械动力学模拟软件ADAMS进行了仿真.     

大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法:运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。     

基于LS-DYNA液压挖掘机铲斗强度仿真研究

为了研究实际工况中液压挖掘机铲斗的强度特征,利用LS-DYNA建立了柔性体铲斗实体模型与非线性显示动力学理论,构建土壤的本构模型;通过对铲斗挖掘土壤过程进行仿真,得到铲斗工作过程中极限应力值及铲斗的应力分布特点;所得结果为提高铲斗工作使用寿命提供了重要的依据,为铲斗的设计和使用提供一种新的手段和方法。     

液压挖掘机工作装置的载荷谱测试研究

针对再制造挖掘机载荷数据不足,导致疲劳研究受阻的问题,提出了一种试验与动力学仿真相结合的方法。首先选取某型号的反铲液压挖掘机作为研究对象,依据严格规范的试验过程,测出挖掘机在挖掘过程中各个参数(液压缸位移以及推力大小)的变化情况;然后将计算所得的铲斗齿尖最大挖掘阻力和测试所得的各液压缸位移作为输入,采用ADMAS软件模拟仿真整个挖掘过程,进而得到挖掘机主要铰点的受力变化曲线。最后对仿真与测试结果进行检验,最大误差范围在5%以内,可见该方法有效可靠,研究得出的结果为工作装置进行疲劳寿命研究以及轻量化设计提供有效的载荷谱。     

挖掘机工作装置挖掘力及铰点受力仿真分析

利用三维造型软件Pro/e及动力学仿真软件ADAMS,搭建了某大型挖掘机SH700-5的虚拟样机模型。为获得铲斗以及斗杆最大挖掘力值,依据挖掘力国标测试方法对工作装置挖掘力进行了仿真测试,并与理论计算值进行了对比,结果表明,两种挖掘方式下工作装置自重对挖掘力大小分别有约4%与8%的提升作用。为研究挖掘作业过程中各铰点受力变化情况,分别按照铲斗挖掘以及斗杆挖掘方式驱动工作装置活塞杆动作,在铲斗上加载阻力,对挖掘作业过程进行模拟仿真,得到了关键铰点连续变化的受力曲线,结果表明,动臂与斗杆连接铰点受力最大,其瞬间受力最大值与挖掘阻力最大值之比分别为4.69与7.13。     

装载机铲斗强度分析方法研究

传统铲斗强度分析方法仅仅通过有限元法选取铲斗极限工况进行强度计算,其计算结果明显偏大,设计偏于保守,不利于实现铲斗的轻量化设计.针对以上缺陷,借助离散元素法,建立基于物性参数的碎石和铲斗的仿真接触模型,通过动力学仿真定义铲斗运动特性,获取铲斗在散体力作用下所受动载荷,结合有限元方法对其进行强度计算,并通过应力测试试验验证了该理论方法的可靠性,同时与传统的强度计算结果进行对比.对比结果表明,采用离散元-有限元耦合分析铲斗强度更贴近于实际情况,为铲斗和其它工作装置的设计和优化提供新的参考.     

实测数据与理论模型驱动的Adams-EDEM耦合仿真挖掘阻力研究

面向矿山机械智能化环境下设备性能优化的需求，建立了具有广泛适用性的挖掘机挖掘阻力求解模型，使其同时具备高效性和准确性。基于达朗贝尔原理建立挖掘阻力理论方程并求解，利用动力学仿真验证其准确性。以理论结果标定出精确土壤参数，通过Adams-EDEM耦合驱动构建仿真模型，得到挖掘阻力精确解，并用实测应力数据验证该方法的精度。此外，还分析了不同土壤参数对仿真挖掘阻力的影响。结果表明，与传统的理论方程相比，建立的求解模型在精度和计算效率方面具有优势；以理论模型输出的挖掘阻力作为标准修正仿真土壤模型，修正后仿真模型输出的应力与实测应力吻合，验证了所提出方法的准确性；为复杂土壤的参数标定及精确土壤模型的建立提供了重要依据。     

基于ALE法疏浚抓斗挖掘过程的仿真分析

建立疏浚抓斗和土体的二维仿真模型。以南海疏浚土壤为研究对象,选择了较为合适的Mohr-Coulomb模型进行分析。采用ALE法对主要区域进行网格划分,解决了网格畸变的问题。在抓斗运动轨迹上预设一条1 mm的细缝,通过设置抓斗和土体之间的接触关系,模拟仿真过程中两者之间的挤压和摩擦作用。仿真得到的挖掘阻力曲线在一定程度上反映了挖掘过程阻力变化的情况。     

应用虚拟样机技术的液压挖掘机仿真分析

利用空间机构学中D-H法和ADAMS软件建立了挖掘机工作装置坐标系及机械仿真模型.通过ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机系统的仿真分析,得到了空载挖掘下动臂、铲斗和斗杆之间的速度、加速度关系,并得到液压挖掘机的一些特殊工作尺寸.根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真,得到了各铰接点处的受力情况,为零件的强度分析提供了依据.     

基于散体力学的斗轮堆取料机挖掘阻力研究

应用离散单元法,建立斗轮堆取料机挖掘时的EDEM软件仿真模型,计算在物料坍塌过程中铲斗在不同深埋情况下的挖掘阻力,进而得到危害工况系数曲线公式,为斗轮堆取料机的大冲击疲劳损伤分析提供数据基础。     

挖掘机工作装置载荷分析及控制载荷的方法

正1.载荷分类挖掘机作业时,铲斗、斗杆、动臂及机架承受挖掘载荷、制动载荷、附加载荷(操作不当和违章操作载荷)。(1)挖掘载荷斗齿尖沿着弧线运动,对土壤进行剥离、剪切、挤压,其切线方向力为挖掘力F,其承受的阻力F_Z与挖掘力F方向相反,挖掘力F与切削角和切削速度成正比,如图1所示。这种挖掘载荷通过铲斗、斗杆、动臂传递至回转平台、回转支承至机架,只要进行挖掘作业就必然产生挖掘载荷,传递路线如图2所示。挖掘载荷会     

反铲挖掘机铲斗设计及仿真分析研究

在液压挖掘机结构组成中,铲斗是液压挖掘机对物料进行挖掘和装卸的重要工具.在铲斗设计过程中,要保证足够的强度和耐磨性.介绍反铲挖掘机铲斗结构设计原则、铲斗斗形设计、铲斗斗容计算.采取有限元分析仿真优化方法,得到以下结论:在正载有限元分析中,铲斗安全系数要在2.0以上;在底部冲击载荷中,铲斗安全系数在3.0以上,满足设计要...     

挖掘机铲斗与松散岩石挖掘阻力研究

针对大型液压挖掘机铲斗与松散岩石之间非线性挖掘阻力计算与无法直接测量的问题,以及非线性挖掘阻力大小与松散岩石形状、尺寸之间的关系问题,对实际松散岩石的尺寸分布和形状分布进行了研究。利用筛分法对松散岩石颗粒的尺寸分布进行了测量,利用随机法对松散岩石的形状分布进行了测量,建立了与实际吻合的松散岩石的离散元模型;对挖掘机工作装置机械机构与松散岩石耦合作用力相互传递进行了研究,提出了挖掘机工作装置多体动力学模型与松散岩石离散元模型的耦合方法,对工作装置的斗杆油缸压力和铲斗油缸压力与实际测量进行了对比分析。研究结果表明:挖掘机工作装置多体动力学模型与松散岩石离散元耦合模型能够计算挖掘机铲斗的挖掘阻力,松散岩石大块岩石和片状岩石的比例增加,铲斗挖掘阻力增大。     

300t液压挖掘机虚拟样机动力学仿真研究

以300t大型反铲液压挖掘机为研究对象,通过ADAMS仿真分析了各液压缸以及4个主要铰接点在循环工况中的受力情况,为循环工况下铲斗、斗杆和动臂等的强度分析作准备。仿真结果表明:动臂液压缸、动臂与斗杆铰接点所受载荷的变化最为剧烈;各液压缸、铰接点所受载荷跟随挖掘阻力的变化而变化,其峰值与阻力的峰值几乎出现在同一时刻。     

刚柔耦合的钻装机扒斗机构动力学分析

运用ADAMS与ANSYS软件联合仿真建立了钻装机扒斗机构的刚柔耦合模型;获取了扒斗机构的运动包络图,明确了扒斗机构的运动范围;基于扒斗机构挖掘阻力通过仿真得到了扒斗机构各铰点及动臂油缸、斗杆油缸、扒斗油缸的受力情况,对工作装置结构强度分析提供重要载荷参考;以斗杆为例进行了强度分析,获取了斗杆在复合挖掘工况下的应力分布及变形情况,验算了工作装置的安全系数;通过ADAMS与ANSYS联合仿真,实现了复杂载荷的自动加载,考虑了构件的柔性,增强了仿真的准确性;对扒斗机构及钻装机的设计具有一定的指导意义。     

某型工程车路面载荷谱虚拟仿真方法研究

建立了某型工程车的整车多体动力学模型。根据路面谱的表达公式,获得了路面谱的时域历程曲线;将时间历程曲线输入整车多体模型中进行计算仿真,成功地获取了工程车路面载荷谱数据。此载荷谱真实可靠,表明此种路面载荷谱的虚拟仿真分析方法可行。     

基于行驶仿真试验的齿轮疲劳寿命分析

利用虚拟样机模型,通过行驶仿真试验获取了传动箱齿轮在各任务剖面的动态载荷谱。通过三维接触应力分析,得到了齿轮危险点的应力-时间历程,用插值法对恒转矩下获得的仿真载荷进行了修正,分析了载荷的分布规律,采用权系数法确定了多工况的二维联合概率分布函数,建立了传动箱齿轮在全寿命里程的疲劳设计谱。采用二维概率Miner准则计算了零件的疲劳寿命,并分析了相关参数对齿轮寿命的影响。