挖掘机多体系统有限元分析与疲劳寿命预测

以某20 t液压挖掘机为对象,对工作状态下的挖掘机进行应力测试,采集其工作载荷谱。运用SolidWorks建立挖掘机三维实体全装配模型,应用ABAQUS进行多体系统的有限元分析,确定各工况下挖掘机的危险部位,并进一步进行针对性分析,将测试数据与有限元分析结果导入fe-safe进行疲劳寿命预测。研究表明:挖掘机销轴铰接处应力较大,尤其在斗杆与动臂铰接处以及斗杆与铲斗铰接处;零部件不同部位的疲劳寿命存在较大差异,如动臂侧板的疲劳寿命远高于动臂销轴铰接处,表明产品设计存在进一步优化的空间。     

WK-75型挖掘机动臂的裂纹萌生寿命分析

疲劳破坏是WK-75型挖掘机动臂的主要破坏形式。疲劳寿命主要有两部分组成:裂纹萌生寿命,裂纹扩展寿命。工程实际中通常将疲劳寿命等同于裂纹萌生寿命。为研究动臂的裂纹萌生寿命,首先通过有限元法对处于危险工况下的动臂做静力学分析,接着对挖掘机挖掘物料的过程做刚体动力学分析,获得动臂上相应位置的载荷谱。最后,通过疲劳分析软件fe-safe对静力学分析结果与刚体动力学分析结果进行处理,获得使动臂产生裂纹的疲劳载荷谱,最终估算出动臂的裂纹萌生寿命。     

液压挖掘机动臂势能回收系统研究

针对液压挖掘机工作装置下降过程中大量重力势能转化为热能的问题,提出了一种以蓄能器为储能元件完成重力势能回收的新型动臂势能回收系统。分析了能量回收系统的构成及运行机理,然后建立机械装置和液压系统的仿真模型,并对上述模型进行仿真研究。然后将能量回收系统应用于某40 t挖掘机,并进行典型挖掘循环工况下的能量回收试验。对照仿真结果和试验结果可知,新型动臂节能系统运行良好,节能效果显著。     

回转油缸载荷谱的编制

为得到掘进机回转油缸的疲劳载荷谱,利用大容量数据记录仪(黑匣子)对回转油缸工作载荷进行测取,采用幅值门限法去除载荷数据中的异常峰值点,对测取的载荷进行预处理,得到经载荷平稳性和各态历经性检验的回转油缸拉动载荷样本数据。采用雨流计数法对回转油缸载荷样本数据进行统计处理,结合大量统计分析经验,对幅值和均值概率分布分别作威布尔分布和正态分布的假设,并对其幅值与均值的分布规律进行了研究,利用卡方检验,对幅值和均值的独立性进行检验,针对均值提出了三模态正态概率分布模型。结果表明:在检验水平0. 05的条件下,回转油缸拉动载荷的幅值和均值相互独立;幅值服从形状参数为1. 156、尺度参数为3. 345的威布尔分布;提出的三模态正态概率分布模型,真实反映出均值的统计特征,实现回转油缸载荷信息的准确识别。为保留回转油缸全寿命周期内的工作载荷特征以反映工程实际,根据回转油缸推拉工况作业时间比例,将回转油缸样本拉动载荷数据的累积频次扩展到5×105次循环,基于二维概率分布函数,建立了回转油缸拉动载荷数据8×8级幅均值二维载荷谱。根据疲劳累积损伤理论,应用Goodman方法将幅均值二维载荷谱转化为回转油缸拉动载荷数据8级一维载荷谱,可为回转油缸疲劳寿命预测及疲劳寿命试验提供理论基础。     

基于ADAMS的液压挖掘机动臂机构仿真分析与计算

以某型挖掘机为研究对象,利用Solidworks建立三维模型并完成装配,导入ADAMS中,通过添加约束条件建立虚拟样机系统。基于ADAMS进行仿真分析,获得动臂主要铰接点处的载荷受力曲线,提出将三维模型简化为二维,再通过平面坐标系受力分析的方法得出动臂铰链处的受力理论值,并与仿真计算得到的数据进行对比,验证仿真结果的准确性,为液压挖掘机进行有限元分析提供可靠的载荷谱,从而可以更加准确地对挖掘机进行结构设计和优化。     

三节臂轮式液压挖掘机整机理论挖掘力分析

为研究三节臂轮式液压挖掘机在铲斗挖掘方式下动臂辅助液压缸长度与整机理论挖掘力的关系,运用矢量力学方法,考虑主要的限制因素,推导在任意姿态下的最大理论挖掘力计算公式.借助三维建模技术和仿真软件建立三节臂轮式液压挖掘机的虚拟样机模型,并将动臂辅助液压缸长度取不同的值进行仿真.仿真结果表明,随着动臂辅助液压缸长度不断增加,整...     

大型矿用液压挖掘机动臂势能回收与再利用仿真及试验研究

为了提高大型矿用液压挖掘机的能量利用率,基于液压挖掘机三泵系统的设计思路,提出了一种新的动臂势能回收与再利用系统。该系统的蓄能器回收动臂下放时释放的重力势能,用于上车回转的驱动。对该系统主要元件进行建模,并搭建系统的AMESim仿真模型,仿真结果验证了系统的可行性。搭建系统的试验平台,进行试验测试。试验数据表明:在同等条件下,试验样机同传统液压挖掘机相比,发动机输出功率的波动幅度减小了15%,油耗降低了7.5%。     

重载齿轮装置的快速疲劳试验技术研究

本文讨论在试验室内甩模拟现场工况的多级阶梯荷载图(即载荷块),代替单一等幅载荷以考核齿轮传动装置的强度和可靠性的基本问题。用Mioer疲劳线性累积损伤法则说明快速疲劳试验的原理,简述由现场典型工况测得的随机载荷时间历程图和概率原理,编制载荷谱和多级阶梯载荷图的程序和方法,主要参数的选择及当量加载时间的计算等问题。     

一种中型液压挖掘机动臂系统节能技术的研究

针对某中型液压挖掘机工作装置下降阶段重力势能浪费严重的现象,提出一种基于液压变压器和蓄能器为主要元件的油液混合动力动臂势能回收再利用液压系统。从挖掘机液压系统观点出发,分析了该系统原理,建立挖掘机3D模型和液压系统模型,并进行联合仿真。仿真结果表明:该系统一方面可以降低泵的功耗,吸收系统压力波动;另一方面,动臂势能回收率为19.5%,动臂势能回收再利用率为17.8%。该系统节能效果明显,可以有效改善挖掘机液压系统能耗问题。     

大型矿用挖掘机动臂的裂纹扩展寿命预测

根据矿用挖掘机动臂的结构特点,通过ANSYS workbench对挖掘机动臂进行静力学分析,结合实际确定模拟裂纹的初始位置;利用动力学软件ADAMS对整个挖掘机挖掘过程进行刚柔耦合动态仿真分析,输出动臂危险位置节点的应力时间历程,确定最大应力σmax以及最小应力σmin;采用有限元方法在动臂结构表面模拟半椭圆裂纹的裂纹扩展,并获得不同裂纹尺寸的应力强度因子幅,拟合出其与裂纹尺寸的函数关系。依据疲劳裂纹扩展理论的Paris公式,获得挖掘机动臂的裂纹扩展寿命。     

15T挖掘机机械臂的改进设计及强度分析

两节臂挖掘机的挖掘范围有限,难以适应于挖掘范围广的工况。为扩大挖掘机的挖掘范围,提高其作业性能,将15 T挖掘机的动臂拆解成两节式动臂,和铲斗组成三节机械臂。对三节机械臂建立其动力学模型,并进行有限元分析。仿真结果表明,三节臂挖掘机的挖掘范围远大于15 T两节臂挖掘机的挖掘范围,且优化后的机械臂满足强度要求。     

液压挖掘机动臂油缸下沉分析及换向阀泄漏量计算

液压挖掘机在出厂检验时发现了动臂油缸严重下‘沉的质量问题。挖掘机在出厂前必须进行密封性试验，试验工况为连续作业3h、挖斗装载满斗、动臂油缸和铲斗油缸全伸以及斗杆油缸全收的状态（如图1所示），油温60℃时测量动管油缸的下沉量，结果发现动臂油缸下沉严重超标。1动管油缸下沉超标原因分析引起动臂油缸下沉量超标的原因有；（互）动臂油缸密封不严，产生内漏和外漏；（2）系统中过载阀的压力调整过低或密封不严；（3）液压油污染严重．污染物使周杆运动受阻，阀关闭不严，工作油液从缝隙中泄漏；（4）控制动臂油缸换向阀的配合间隙…     

5种工况下AXERA T10型凿岩台车大臂疲劳寿命仿真

凿岩台车大臂在凿岩台车工作过程中受多种交变载荷作用,易造成大臂出现裂纹甚至断裂。以汤姆洛克AXERA T10型凿岩台车为研究对象,建立其钻臂三维模型以及钻臂刚柔耦合模型;在选定的5种极限位置工况下仿真得到大臂薄弱节点;对薄弱节点进行疲劳寿命分析,发现疲劳循环次数最小的节点出现在工况4下大臂支撑推进梁的俯仰液压缸铰孔边缘处,并计算得到疲劳寿命为3 067 h。该仿真分析为同类型凿岩台车的大臂设计提供了参考。     

液压挖掘机动臂回路的节能探讨

本文针对液压挖掘机在动臂下降过程中产生位能损失问题,提出了3种新型节能液压回路。     

自卸车车架载荷谱编制分析研究

分析了车架装置采用光弹贴片法进行的动态实际作业测试,找出了关键部位在各种工况下的应力分布规律,编制出疲劳载荷谱,为该种类型车的疲劳估算提供科学依据。     

液压挖掘机动臂有限元动力学模态分析

为了解决液压挖掘机动臂在作业过程中因复杂的振动变形而影响挖掘机可靠性的问题,以JY630型液压挖掘机为研究对象,基于UGNX7.5建立动臂的三维模型和有限元模型,应用NASTRAN求解器分析动臂的各阶模态,计算出动臂的固有频率、总振幅和主振型,并输出各阶频率位移云图。研究结果为动臂后续的设计和减振分析提供了理论基础。     

疲劳加速试验程序载荷谱编制方法研究

载荷谱是矿山机械结构疲劳强度试验研究和寿命估算的重要依据。应用疲劳统计学的方法，研究了矿山机械程序载荷谱的编谱方法，对机械设备寿命预估方法进行了初探。而且编制了基于“改进雨流循环计数法”原则的一系列微机扩展ＢＡＳＩＣ数据处理程序，可作为各种矿山机械载荷谱编制的参考。     

YT3621型矿用汽车扭转梁后桥两种工况下疲劳寿命分析

矿用汽车扭转梁后桥长期受到复杂载荷作用,很容易产生疲劳失效,需要进行疲劳寿命分析。以YT3621型矿用汽车的扭转梁后桥为研究对象,建立其三维模型,选定在弯曲工况和扭转工况下进行强度分析,采用名义载荷法在两种工况下进行疲劳寿命分析。结果表明:在弯曲工况下扭转梁后桥的疲劳寿命为29.02万次,寿命最小位置在纵臂与衬管连接处;扭转工况下扭转梁后桥的疲劳寿命为51.1万次,寿命最小位置在横梁与纵臂连接处。研究结果对扭转梁后桥的安全分析具有一定的意义。     

机械结构件疲劳监测方法及试验装置设计

在交变及循环载荷作用下,机械结构件会发生疲劳损伤,该疲劳损伤可通过被监测材料的弹性模量变化来反映。为此,设计了以悬臂梁试样为监测对象的疲劳监测试验装置,该装置采用变频调速电动机实现循环载荷的频率可调,设计可调长度的曲柄机构实现载荷的幅值可调,开发了基于光纤光栅传感器的应变测量系统,用以监测结构件的疲劳状态。试验结果表明,该试验装置可有效地对结构件施加循环载荷,并且监测系统对应力、应变的变化进行监测,根据弹性模量随应力循环次数的变化趋势,评估悬臂梁试样的疲劳损伤状态。     

小波分解重构截齿载荷谱的幅值关联性与分形特征

为了研究截齿截割煤岩载荷谱的特性,采用FFT分析载荷谱频谱特性,利用Db4和Sym5两种小波基对载荷谱分解与重构,提取分解与重构后载荷谱各层高、低频幅值均值,基于分形理论计算2种小波基重构载荷谱各层的盒维数。结果表明:载荷谱的幅值存在稳态值,幅值主要集中在0~5Hz;获得了Db4和Sym5两种小波基下重构各层载荷谱幅值均值拟合曲线,其中第4层幅值均值拟合曲线的最大值与原载荷谱的分别相差0.17%和0.12%,在全域范围内,Db4与Sym5各层低频重构载荷谱更趋近于原载荷谱均值变化规律,可作为一种计算载荷均值的有效方法。通过前一层低频与后一层的高频和低频部分的盒维数线性叠加数学关系以及盒维数叠加误差,可判断小波分解重构的精度。