基于雨流频次外推的液压挖掘机斗杆程序载荷谱编制

针对液压挖掘机实际的两种典型作业工况下斗杆台架试验加载谱的编制方法研究,统计了斗杆台架试验加载点所受载荷的时间历程,并根据作业段特点对载荷进行分段拼接。利用雨流计数法对各段载荷信息进行统计生成"FromTo"形式的雨流矩阵,在此基础上进行基于核函数的非参数雨流矩阵频次外推。以此为据建立挖掘机斗杆挖掘阶段的8级程序载荷谱,并完成了全作业阶段的程序加载谱编制,为挖掘机斗杆台架疲劳试验提供了数据支撑。     

挖掘机工作装置疲劳寿命分析

针对挖掘机工作装置的疲劳破坏问题,进行了基于实测载荷历程的疲劳寿命估算,为其在服役期间的安全检查和维修决策提供依据.通过应变测量得到该工作装置薄弱部位的载荷历程,对其进行雨流计数统计,推导并确定出结构的S-N曲线,结合名义应力法理论估算出该工作装置各测点的疲劳寿命,实现了对结构进行疲劳预测分析的目的,该方法可为同类机械的疲劳寿命预测提供一定的参考依据.     

大型挖掘机销轴力传感器结构有限元仿真分析

大型挖掘机在挖掘作业时,工作装置的姿态时刻变化着,连接铲斗和斗杆的销轴会受到各个方向的载荷影响。在自主设计的用于直接测量铲斗和斗杆连接处销轴载荷-时间历程的销轴力传感器基础上,计算挖掘机三种典型工况下的切向挖掘阻力,并用Workbench软件对销轴力传感器进行有限元分析。分析结果表明,在三种典型工况的最大挖掘阻力影响下,销轴力传感器的应力均不超过本身材料属性,满足设计要求,可直接替代原销轴进行销轴力的测量,为销轴力传感器实际加工生产和测试应用提供技术基础。     

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。     

液压挖掘机斗杆的设计

参考各种类型挖掘机的尺寸参数,对斗容为1.7 m~3的挖掘机斗杆进行了设计,确定斗杆的各项尺寸参数。选择斗杆可能承受的最大载荷,即最危险工况作为计算工况,利用理论公式计算出斗杆每个铰接点的受力情况,然后在Solid Works软件中对挖掘机斗杆进行三维建模,并利用Workbench软件进行有限元强度分析,得到斗杆的应力和应变云图,验证了设计的斗杆能满足静强度要求。     

WK-10型挖掘机斗杆有限元强度分析

WK—10型挖掘机斗杆是挖掘机工作装置的主要构件之一,其所受载荷复杂,极易发生断裂失效。结合挖掘机的实际生产工况,对WK-10型挖掘机斗杆在各种不利工况下进行了三维有限元分析,得出了其应力分布,结果表明斗杆最大应力出现在斗杆的变截面处的内侧,此处即斗杆最容易开裂的部位,这一结论与斗杆在矿山使用时的实际情况相吻合。所得的结论对斗杆失效分析、寿命评估及结构优化设计具有一定的参考价值。     

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。     

游乐飞碟驱动半轴的疲劳寿命预测与试验研究

对游乐飞碟驱动半轴进行了疲劳寿命预测。运用ANSYS Workbench得到驱动半轴危险点的位置及该处的应力集中系数,设计相应的扭转试样,进行拉伸试验与扭转疲劳试验,得出材料的抗拉强度并修正材料的S-N曲线,进一步修正得出构件的S-N曲线,导入到NCODE软件中,结合设备满载与偏载载荷时间谱,通过小试样试验来实现对大型结构件的寿命预测。通过进行不同存活率P下疲劳寿命预测,得到在99%的存活率下,驱动半轴的疲劳寿命大概为2.9年。此数值可以作为游乐飞碟驱动半轴检修与更换的依据。     

基于热点应力法的液压挖掘机斗杆疲劳寿命评估

由于挖掘机的工作载荷复杂多变,易造成斗杆疲劳破坏,以某中型液压挖掘机斗杆为研究对象,采用热点应力法对斗杆进行疲劳寿命评估。通过有限元仿真结果,确定了斗杆上翼板油缸座焊趾处为危险部位,并对油缸座焊趾处进行了疲劳强度分析,发现各热点位置处的等效时间从中间到两边逐渐增大且焊趾处最外侧2个热点位置处的等效工作时间分别为8250小时和8190小时。通过斗杆疲劳台架试验可知,疲劳破坏位置与分析位置相一致,斗杆油缸座焊趾处两侧出现可见裂纹的等效工作时间为9870小时,两者时间基本一致。因此,热点应力法适用于斗杆疲劳寿命评估,且精度较高。     

挖掘机斗杆各铰点力计算及有限元分析

建立挖掘机斗杆各铰点在任意姿态下的受力数学模型.在Pro/E软件的草绘模块中绘制挖掘机工作装置的二维模型,并利用其尺寸驱动功能模拟工作装置各个铰点任意姿态下的位置关系.通过测量、计算得出斗杆在指定工况下各铰点受力情况.利用这一方法对詹阳动力重工有限公司某型挖掘机斗杆进行了有限元分析.     

抓斗装卸桥主梁疲劳寿命的估算

利用常幅疲劳 S-N 曲线和 Miner 线性累积损伤理论,在对实测抓斗装卸桥时间应力历程所进行的雨流计数结果和八级载荷谱分析的基础上,得出其符合威希尔分布的结论,并提出了计算主梁结构疲劳寿命的简易方法。     

实测载荷驱动下挖掘机动臂的疲劳寿命研究

针对挖掘机工作装置疲劳分析中由于复杂载荷难以模拟而导致结果误差大的问题,提出一种完全由真实载荷驱动的工作装置疲劳寿命研究方法,为工作装置结构设计提供了依据.以20t挖掘机为研究对象,采用D-H(Denavi-Hartenberg)法建立挖掘机工作装置动力学模型,并根据传感器记录的挖掘过程中各液压缸压力和位移的变化曲线结合力平衡方程得到动臂各铰点的真实工作载荷,再应用疲劳分析软件对动臂进行疲劳分析,获得寿命云图.研究结果为挖掘机工作装置的结构设计提供了参考依据.     

修井机作业平台的疲劳寿命研究

修井机作为油田机械中的重要设备,人们在享受其带来方便的同时,也要重视作业平台的疲劳寿命。在了解了作业平台工作的原理与流程后,用soildworks对作业平台进行建模,使用workbench软件对作业平台进行静力分析,并借助分析云图找出应力薄弱环节与易疲劳位置,再利用ncode推测材料的S-N曲线,最后根据分析特点给出应力疲劳计算中的损伤计算、应力组合、平均应力修正、存活率的概念及计算方法。在理论分析的基础上,利用ncode对作业平台在正弦载荷谱和白噪声载荷谱下进行应力疲劳分析,得出了损伤云图和寿命云图,发现其损伤及寿命满足设计要求,可以安全使用,并为平台优化提供了有效支持。     

液压挖掘机斗杆的动态仿真和实验研究

针对液压挖掘机斗杆在工作过程中容易出现开裂、断裂等失效情况,利用Ansys与ADAMS模拟实际工况进行联合动态仿真,获得斗杆在挖掘作业过程中的动态应力变化曲线以及危险点的应力-时间历程,并通过应力测试实验进行验证。由仿真结果可知,斗杆最大应力出现在挖掘深度最大的时刻,危险点位于斗杆液压缸杆与斗杆铰接处的耳板与箱板焊接处。实验表明,仿真结果具有一定的可靠性。研究将为疲劳寿命、可靠性等问题的深入探讨提供数据基础,也可为工程机械关键构件的优化设计提供参考。     

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.     

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.     

液压挖掘机工作装置优化研究

挖掘机是土石方工程的主要施工机械,由于其作业对象、载荷、操作等的不确定性,挖掘机工作装置的受力情况较为复杂。液压挖掘机的工作装置主要由铲斗、斗杆和动臂构成,基于不同优化部位、不同优化目标和不同优化算法,其优化设计具有多样性和复杂性。详细介绍了关于液压挖掘机工作装置的优化方法,分别就局部与整体优化、新型结构设计与应用和现代优化架构三方面进行展开,总结了液压挖掘机工作装置的优化方式和未来发展趋势,为液压挖掘机工作装置的优化设计提供参考。     

最大主应力预测点焊疲劳寿命研究

采用基于最大主应力的点焊疲劳寿命预测方法对拉剪受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟。使用壳单元、CWELD点焊连接单元建立点焊有限元模型,利用商业有限元软件Nastran进行线弹性分析。通过对比分析线弹性有限元分析结果、焊接接头疲劳试验数据,拟合出基于最大主应力的点焊疲劳寿命S-N曲线,并依据拟合的S-N曲线和有限元分析取得的最大主应力预测不同载荷水平下的点焊疲劳寿命。疲劳寿命预测结果与疲劳实验结果对比表明,不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与实验寿命有良好的一致性。