液压挖掘机铲斗载荷的测试方法

提出了一种用于测量挖掘机铲斗载荷的测试方法,该方法主要包括:在连杆上设置传感器测出连杆受力;设计专门的销轴传感器测出斗杆与铲斗铰接处的销轴受力;根据所测的受力数据和铲斗的工作姿态数据计算得出铲斗受力.该方法可以完整地得出挖掘机铲斗所受的正载、偏载和侧载.     

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.     

挖掘机斗杆轴孔磨损和焊缝开裂修复工艺

正挖掘机工作装置的动臂、斗杆、铲斗在作业过程中,不断承受冲击力及交变载荷的作用,容易产生磨损,其中轴孔磨损及焊缝开裂是最常见的损伤形式。本文讲述挖掘机斗杆轴孔磨损及焊缝开裂2个方面的修复工艺。1.斗杆结构挖掘机斗杆由钢板焊接而成,斗杆上一般设有5个轴孔,即铲斗轴孔(Ⅰ孔)、连杆轴孔(Ⅱ孔)、动臂轴孔(Ⅲ孔)、铲斗缸轴孔(Ⅳ孔)和斗杆缸轴孔(Ⅴ孔),每个轴孔内均镶有轴套,如图1所示。     

挖掘机斗杆模拟加载试验研究

为了研究挖掘机斗杆的动态应力应变特性,设计并制造加工了工装台,利用实际工况下的现场实测油缸的数据导入有限元模型获得斗杆与挖斗铰点处垂直和水平等效载荷历程;利用电液伺服疲劳试验台,对固定在工装台上的斗杆进行工装台模拟加载测试,获得应力应变状态响应历程;分析对比了挖土工况下工装台模拟加载测试、现场实测和有限元仿真3种方法所得数据,说明了工装台模拟加载测试试验方案的可行性和正确性;为后续疲劳分析奠定了试验基础。     

挖掘机斗杆焊接工艺及开裂原因分析

<正>挖掘机斗杆为箱形焊接件,是挖掘机的主要受力件之一,必须具有抗压、抗弯、抗扭等功能,其强度和刚度要求较高。在正常挖掘工况下,斗杆所受应力较小,斗杆不易开裂;但是当斗杆缸和铲斗缸都达到极限应力时,斗杆所承受的力矩将超过其极限力矩,最终会导致斗杆开裂。本文以20t级挖掘机斗杆为例,叙述其斗杆结构和制作工艺,并分析其开裂原因。1.斗杆焊接结构(1)斗杆前端斗杆前端焊接了连接套,该连接套用于连接铲斗。由于铲斗承受挖掘机全部挖掘力,该挖掘力必然作用在连接套及斗杆前端焊缝上,铲斗偏载所产生的扭转力也由该处焊缝来传递。     

基于真实载荷的挖掘机工作装置瞬态动力学分析

用有限元法对挖掘机工作装置进行瞬态动力学分析,以6 t小型挖掘机工作装置为研究对象,针对斗杆液压缸驱动铲斗撞击地面工况,用压力传感器、位移传感器测试出撞击过程各液压缸工作腔压力和位移变化曲线,以所获各液压缸位移变化曲线和最大理论撞击力为驱动,用动力学仿真软件ADMAs对挖掘机撞击过程进行仿真,得出各铰销点在撞击过程中所承受载荷的变化曲线,采用测试所得各液压缸的驱动力验证仿真结果的准确程度.进一步将各铰销点受力的仿真结果作为工作装置的负载,对工作装置进行瞬态动力学分析,对比仿真计算与应力测试结果表明,对应测点的应力变化趋势基本一致,误差在10%以内,可为结构优化设计提供依据.     

液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估

为了分析转台疲劳强度对液压挖掘机使用寿命的影响,根据某型号液压挖掘机结构形式,利用Ansys分析软件建立了整机有限元分析模型。工作装置中的转台、动臂、斗杆和铲斗铰接处销轴均采用非线性接触实体单元进行分析,较为真实地模拟力的传递。对偏载和侧载两种工况进行结构仿真分析,确定工作装置的应力分布,并通过对转台的静力分析和疲劳强度评估,确定危险部位,分析确定其静强度不足部位以及疲劳失效原因,为挖掘机转台结构轻量化设计提供了理论依据。     

液压挖掘机工作装置复合动作时动力学仿真分析

复合动作是液压挖掘机常用的挖掘方式。文中用Pro-E对液压挖掘机进行了三维建模,建立了挖掘机工作装置的虚拟样机。通过对工作装置在复合工作时的动力学分析,得到了挖掘机的动臂、斗杆、铲斗等主要铰接点力的特性曲线,揭示了挖掘机挖掘工作过程中各构件的动力学特性规律,为进一步分析挖掘机的结构特性和应力分布提供了结构件的载荷分布情况,从而为挖掘机的设计提供理论依据。     

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。     

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。     

GA-PSO混合算法的工作臂铰点优化设计

现有施工装置中离不开挖掘机工作臂,但在工作过程中因承载和振动,造成铰接点销轴破裂。为了提高工作的可靠性,通过SolidWorks软件建立模型,分析由铲斗、斗杆、动臂及其油缸构成平面连杆机构工作原理;建立动臂动力学模型,借助齐次矩阵方法分析各部件的铰点位置参数,得到各铰点受到外力和力矩;以动臂各铰点受力为优化目标,以各铰点坐标参数作为设计变量,以动臂油缸所做功为约束条件,实现目标函数模型建立。借助GA-PSO混合算法,进行选择、变异和交叉操作,提高工作臂的优化设计参数精确度;结合ADAMS软件,得到优化后和优化前铰点受力曲线,实现了优化后铰点受力小于优化前。同时,为相关农业机械的研究提供理论研究基础。     

液压挖掘机关键部件疲劳寿命分析

论文在对某型号液压挖掘机进行典型工况作业试验获取挖掘机工作装置实际作业载荷历程的基础上,利用有限元ANSYS Workbench与疲劳分析软件nCode DesignLife相结合的方法得出挖掘机斗杆的疲劳分析结果。首先利用SolidWorks建模导入Workbench中施加载荷步进行斗杆静力学分析,然后根据斗杆材料的特性得到S-N曲线,并利用合理方法对S-N曲线进行修正,最后结合试验所得斗杆铰点载荷时间历程,选用S-N疲劳分析引擎分析得出斗杆寿命云图。确定疲劳失效易发生的部位,为挖掘机工作装置的疲劳设计提供依据。     

履带式挖掘机工作装置刚柔耦合仿真分析

为在设计阶段准确地预测挖掘机工作装置力学性能的好坏,采用了刚柔耦合动力学分析方法,在ADAMS中建立了以动臂为柔性体的工作装置刚柔耦合分析模型,给出了在铲斗油缸挖掘时动臂某时刻的应力分布图及斗杆油缸支座处节点动应力时间历程曲线.     

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。     

液压挖掘机工作机构尺寸对挖掘力发挥的影响

提出一种改变工作机构尺寸对液压挖掘机挖掘力发挥影响的研究方法。针对挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘工况,选取机重相近的挖掘机的工作机构尺寸进行动臂、斗杆和铲斗影响下的挖掘力分析,应用仿真软件获得各液压缸挖掘力并绘制相应的挖掘力曲线。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作机构各尺寸对于挖掘力发挥的影响规律。研究结果表明:建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10%;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达12%。此分析方法对于工作机构的设计具有重要意义。     

挖掘机工作装置台架疲劳试验载荷等效方法研究

以挖掘机工作装置为研究对象,提出了一种考虑分段载荷均值特性的挖掘机工作装置台架疲劳试验方法,确定了疲劳试验姿态、试验等效载荷及试验载荷加载方式。首先,选取粘土、重粘土、密实硬土三类典型介质进行载荷采集试验,根据挖掘机实际载荷特性,分别对挖掘、提升回转、卸载、返回四个实际工况进行了平稳性检验。其次,选取挖掘阶段溢流阀打开时刻对应的实测油缸位移均值作为台架疲劳试验的加载姿态,通过调整斗尖当量载荷方向使各大应力点当量应力与实测应力误差最小的方法确定加载方向。最后,由力与应力之间的关系计算得斗尖等效载荷,并通过各测点等效应力与实测应力对比验证了该方法的合理性。这种台架试验载荷等效方法为挖掘机工作装置载荷谱疲劳可靠性试验及疲劳寿命预测提供参考。     

基于工作装置主尺寸变化条件下的反铲挖掘机综合挖掘性能分析

为了实现对液压挖掘机综合挖掘性能的评价,提出一种基于工作装置尺寸变化因素的研究方法。以挖掘范围和挖掘力为研究对象,分别考虑挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘,选取机重相近的挖掘机的工作装置尺寸并进行动臂、斗杆和铲斗因素下的综合挖掘性能分析,应用仿真软件绘制包络图,并获得挖掘工作尺寸及各液压缸挖掘力。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作装置各尺寸对于挖掘性能的影响规律。研究结果表明,运用坐标系变换法建立杆件坐标系并计算挖掘包络图,各组仿真的工作尺寸变化趋势与理论相符。建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10.3%;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达11.8%。综合挖掘性能分析方法针对工作装置的设计方面具有重要意义。     

装载机工作装置销轴载荷测试方法与试验研究

在分析装载机工作装置铲斗受力模型的基础上,针对动臂与铲斗销轴处的动态载荷测试问题,提出一种考虑装载机工作装置侧向力的销轴动态载荷测试方法,采用该测试方法可以准确获取动臂与铲斗铰接点处的销轴水平、竖直和侧向三个方向的动态载荷。在不改变工作装置受力特点的基础上,通过销轴传感器的设计与铲斗的结构改装建立了装载机工作装置销轴力动态测试系统,选取含有颗粒状铁矿石的原生土作为铲装作业工况,进行铲装试验测试,获得了动臂与铲斗铰接点处销轴三个方向的动态载荷变化。对实测数据进行了分析,结果表明:建立的销轴力动态测试系统能够准确地获得铰接点处销轴三个方向动态载荷;装载机工作装置动臂与铲斗销轴传感器测得的三个方向的动态载荷与铲装作业过程有密切的关系;首次获得了侧向力随铲装作业过程变化的动态载荷。这对于研究装载机工作装置的受力特性、载荷谱和疲劳性能具有重要的指导作用。     

挖掘机平地轨迹研究及改进

针对如何评价挖掘机平地作业的问题,提出了一种通过研究挖掘机铲斗齿尖运动轨迹来评价其平地作业的方法。按照该方法对现有某挖掘机进行了平地试验,利用Proe软件与试验相结合对该挖掘机进行了虚拟平地仿真,针对过程中出现的挖掘机平地轨迹不够平稳问题,对其液压系统进行了改进,增加了斗杆调速阀,使液压泵流向斗杆油缸和动臂油缸的流量比值为4∶3,此时挖掘机铲斗齿尖运动轨迹较为平缓,挖掘机平地性能得到改善,为挖掘机平地作业的研究和改进提供了参考。