液压挖掘机工作装置联合仿真研究

工作装置是液压挖掘机的主要执行机构,其性能好坏直接决定液压挖掘机的挖掘效率。建立液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型进行动力学仿真分析,得到工作装置在复合挖掘工况下的位移动态曲线以及各杆件主要铰接点的受力情况,选取各铰接点最大受力姿态和受力值对动臂进行强度分析和校核,为液压挖掘机工作装置的设计及优化提供依据。     

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。     

大型液压挖掘机工作装置设计方法研究

为大型正铲液压挖掘机工作装置的设计与研发,建立了工作装置多刚体运动模型、工作装置刚柔耦合动力学模型、矿石模型,分析了工作装置的运动性能、装置的动态强度、挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力,研究了工作装置的工作范围,工作装置在工作范围内挖掘、举升、平推运动情况;模拟了斗杆挖掘工况;基于离散元技术和多体动力学技术,提出了大型液压挖掘机铲斗挖掘阻力计算方法,为挖掘机结构件强度分析和工作装置液压系统设计提供了关键的数据。研究结果表明:液压挖掘机工作装置运动和力学性能达到预定目标,挖掘阻力的计算为工作装置乃至液压系统的设计提供了理论依据。     

基于ADAMS的液压挖掘机工作装置动力学仿真分析

液压挖掘机工作装置的挖掘力是衡量液压挖掘机挖掘性能的重要指标之一,也是挖掘机用户购买挖掘机时考虑的重要因素之一。基于虚拟样机技术的液压挖掘机仿真分析能够真实地模拟该挖掘机工作装置的挖掘力。以某型液压挖掘机(20t级)为研究对象,应用仿真分析软件ADAMS对其工作装置进行动力学仿真分析。通过动力学仿真分析,得到各铰接点处和液压缸的受力情况及相关曲线,从而为铲斗、斗杆和动臂等结构的强度分析提供依据。     

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。     

液压挖掘机工作装置机液仿真研究

以某型号液压挖掘机的工作装置为研究对象,在AMESim环境下,根据实际液压元件的特性和工作装置的尺寸参数,对挖掘机工作装置的液压系统和机械系统进行了建模,实现了其液压系统动态仿真和机械系统的动力学仿真,这种建模方法提高了系统仿真的效率。对典型工况下,工作装置机械系统的运动特性和液压系统的工作特性仿真结果进行了分析,仿真结果与实际相符,该模型可实现机液耦合系统的综合仿真,这种建模研究方法为挖掘机机械系统结构设计和液压系统的优化设计提供了一种有效的手段。     

液压挖掘机工作装置弹性动力学特性分析

以某型液压挖掘机工作装置为研究对象,将铲斗和地面看作固定连接,建立闭链机构模型,利用变截面压杆稳定性计算的等效刚度法将动臂油缸等效成等截面杆,根据机构弹性动力学对挖掘瞬间的挖掘机工作装置进行动力学建模,用MATLAB编写程序分析其弹性动力学特性,为挖掘机的冲击响应分析和结构优化设计奠定力学基础。     

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。     

基于TRIZ理论的液压挖掘机挖掘装置创新设计

针对现有液压挖掘机工作方式中存在大量的无效动作而影响挖掘效率的问题,采用TRIZ理论分析现有液压挖掘机的技术冲突,构建一对冲突特征参数,利用矛盾矩阵,获得对应的发明原理解,运用最优原理解设计了一种复合铲斗机构。通过对创新设计前后工作循环时间的对比分析,从理论层面验证了该创新设计能提高挖掘效率。最后,建立复合铲斗机构的数学模型,在MATLAB进行运动学仿真,验证了复合铲斗在工作过程中不会发生干涉。研究结果表明,基于TRIZ的液压挖掘机挖掘装置创新设计方案具有较高的可行性,提高了液压挖掘机的挖掘效率。     

基于虚拟样机的液压挖掘机工作装置最大挖掘力分析

针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力.在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响.研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据.     

液压挖掘机工作装置的动态强度仿真分析

针对在大型正铲液压挖掘机工作过程中工作装置的运动以及零件的应力分布问题,在多体动力学软件MSC.ADAMS中建立了刚-柔、机-液耦合的虚拟样机,其中动臂、斗杆是柔性体,其模态中性文件在ANSYS中生成,其余为刚性体,液压系统在ADAMS/Hydraulics中建立;对整机理论最大挖掘力开展了分析,进行了最大挖掘力普查,得到了工作装置在不同位置产生的最大挖掘力;在ADAMS中对其进行了运动学及动力学仿真,分析了其在相应约束以及负载状态下以最大挖掘力挖掘和以一定效率挖掘,举升工况时部件的应力应变.研究结果表明,该仿真模型比典型的工况方法更全面地反映了工作装置的运动状况和部件的强度状况,提高了计算精度和效率,可以为挖掘机结构设计优化提供较为可信的参考.     

大型正铲液压挖掘机工作装置性能的优化仿真

针对大型正铲液压挖掘机工作装置工作范围和挖掘力的性能优化问题,首先采用ADAMSMew开发了液压挖掘机工作装置的运动学仿真模型,通过对其进行运动学仿真得出了挖掘包络图与工作范围性能指标,并通过调整铰接点位置的优化方法对工作范围的性能进行了优化;然后利用ADAMS/Hydraulics开发了正铲液压挖掘机工作装置液压模型,集成于工作装置运动学模型,从而建立了工作装置动力学模型,对其进行了挖掘力性能仿真研究,通过调整铰接点位置的优化方法对最大挖掘力进行了优化.研究结果表明,通过采用该仿真优化方法,提升了工作装置的工作范围与挖掘力的性能,筛选出的最终优化方案,将作为研发大型液压挖掘机的设计依据.     

一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析,验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论,建立该机构的运动学分析流程图,并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例,通过运动学正解和反解分析结果的对比,验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析,将驱动力等效为关节转矩,推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸,给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数,基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究,结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

考虑作业动态特性的挖掘机工装结构强度分析

为更准确地分析挖掘机工作装置结构动态强度,对挖掘过程中由结构变形、转动惯性、复合动作挖掘等产生的作业动态特性进行了分析,建立了综合考虑这些动态特性的工作装置刚柔耦合多体动力学模型.利用ADAMS和ANSYS对动臂和斗杆进行了结构强度的瞬态分析,应力分析结果与利用应变花进行实际测试,应力值之间的误差小于10%.说明综合考虑作业动态特性的瞬态分析结果,能够反映实际挖掘过程中的应力变化情况,从而为工作装置的结构设计和优化提供有效的参考依据.     

基于有限元分析的液压挖掘机回转装置系统动力学研究

首先分析了基于有限元模态分析和冲击载荷作用动力学响应的动力学理论基础。以液压挖掘机回转装置系统为研究对象,利用动力学理论和有限元分析相结合的方法对液压挖掘机回转装置进行动力学分析。建立了液压挖掘机回转装置系统动力学模型,利用有限元装配和单元连接技术建立回转装置转台-回转支撑-回转机构耦合的有限元模型,对有限元模型进行模态分析,对回转装置系统的抗冲击动力学性能进行评定,采用模态加速度法对回转装置有限元模型进行冲击载荷作用动力学响应分析。研究结果为液压挖掘机回转装置系统结构动力学及抗冲击性能研究提供依据。     

基于拓扑优化方法的大型液压挖掘机斗杆新型结构

以斗杆结构强度为基准,采用结构优化的方法,设计了大型液压挖掘机正铲工作装置斗杆新结构。采用离散元方法,构建矿山岩石模型,获得铲斗挖掘阻力;采用多体动力学方法,搭建大型液压挖掘机正铲工作装置刚柔耦合动力学模型,获得挖掘机斗杆挖掘工况斗杆动态载荷,并对斗杆进行动态结构强度分析;采用SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法,在有限元中对斗杆结构进行拓扑优化设计,获得大型液压挖掘机正铲工作装置新型斗杆结构;对新型斗杆结构进行动态结构强度分析,斗杆结构强度保持原有水平。研究结果表明,通过拓扑优化后得到的新型斗杆,结构强度与类比设计一致,但质量减小。     

基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究

根据液压挖掘机工作装置机械臂运动和受力特点,对其进行动力学分析。采用基于集中质量和惯量的等效有限元法建立液压挖掘机机械臂的动力学微分方程,运用龙格-库塔(Runge-Kutta)数值求解法对运动微分方程进行推导和数值求解,对各臂杆的动力学特性进行了分析。采用动力学仿真软件ADAMS建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,选取与数值求解相同工况的参数进行仿真分析。通过对比仿真结果和数值求解两种方法得到的动力学特性曲线,结果基本一致,表明机械臂动力学建模方法的正确性。     

8吨挖掘机工作装置的有限元分析与优化设计

为减少某型号8吨反铲液压挖掘机工作装置的制造成本,在综合考虑多种典型工况、理论挖掘力、静态强度的基础上对反铲液压挖掘机工作装置进行了轻量化设计.分析与计算了挖掘机工作装置在五种典型工况下的挖掘力,并通过有限元分析软件ANSYS中对工作装置进行了静力学强度分析.采用ANSYS、MATLAB与导重法相结合的方法对挖掘机工作...     

基于多学科仿真的大型正铲液压挖掘机工作装置动态强度研究

针对大型正铲液压挖掘机工作装置结构强度的评估问题,对大型正铲液压挖掘机工作装置的结构强度进行了研究。采用离散元技术对铲斗挖掘力进行了研究,得出了工作装置斗杆挖掘等挖掘工况的动态挖掘阻力。基于MSC.Adams建立了工作装置刚体模型和刚柔耦合模型,运用刚体模型进行了工作装置最大挖掘力普查研究。最后在工作装置刚柔耦合模型中,通过施加动态挖掘阻力,进行斗杆挖掘,分析了工作装置的结构强度;同时在工作装置刚柔耦合模型中,通过施加静态的最大挖掘力,分析了工作装置的结构强度。研究结果表明,工作装置的静态仿真存在着局限性,不能全面地反映工作装置的结构强度情况,并证明了动态仿真研究的重要性,初步探究了挖掘姿态、工作负载与结构强度三者之间的关系,为大型液压挖掘机工作装置的设计提供了具有价值的参考。     

大型矿用液压挖掘机行走装置仿真分析

介绍了大型矿用液压挖掘机挖掘行走装置仿真分析,对矿用液压挖掘机行走装置进行力学分析,利用ADAMS软件作出四种典型工况下行走装置的动力学仿真。重点选取各工况下的支轮的载荷变化规律进行了分析。研究内容对于大型液压挖掘机行走装置的结构优化和改进具有一定的实用价值。