反铲液压挖掘机工作装置刚柔耦合仿真与优化

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1、分类号：TH1210710-2013225009专业硕士学位论文反铲液压挖掘机工作装置刚柔耦合仿真与优化吴金林导师姓名职称吕彭民教授专业学位类别申请学位级别硕士机械工程及领域名称论文提交日期2015年5月6日论文答辩日期2015年6月10日学位授予单位长安大学Rigid-FlexibleCoupledSimulationandOptimizationofBackhoeHydraulicExcavator’sWorkingMechanismADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:WuJinLinSupervisor:Pro

2、f.LvPengminChang’anUniversity,Xi’an,China摘要挖掘机作为工程机械主要类型之一，是土石方开挖的主要机械设备，挖掘机种类较多，可根据工作装置的不同进行分类。挖掘机工作装置作为挖掘机的重要组成部分，它的工作环境异常恶劣，结构设计的合理性，安全可靠性等备受人们的关注。因此，对挖掘机工作装置展开深入的研究和分析是十分迫切和必要的。长期以来，我国对挖掘机的设计都采用传统的设计方法，根据以前的经验公式列出一系列可行的方案，然后在这些方案中挑选出比较理想的设计方案进行设计生产。然而这种方法存在诸多缺点，工作量大，设计开发周期长，所需的成本较高，对产品的潜在问题

3、也无法进行有效的预测，最终导致设计的产品质量较低。为了适应现代化市场的需求，缩短产品周期，降低成本，并且设计出较优的产品，运用现代设计方法对挖掘机进行设计研究很有必要。而虚拟样机技术就是一种确实可行的方法，能满足以上要求。本文针对某型号的反铲液压挖掘机，建立工作装置三维几何模型，然后进行动力学仿真和结构优化，主要研究内容如下：1)首先了解液压挖掘机的基本组成、工作原理以及在挖掘过程中的几个重要参数，并进行了挖掘阻力的计算分析。利用Pro/E三维软件创建液压挖掘机各零件模型，再它们装配成挖掘机整机。2)将挖掘机三维模型导入ADAMS中，把在Pro/E中建立的动臂和斗杆零件模型分别导入到

4、有限元分析软件ANSYS中，对它们进行网格划分，节点刚性化，输出动臂和斗杆MNF中性文件。3)再将MNF中性文件替换掉ADAMS中的动臂和斗杆，生成刚柔耦合模型并进行运动学和动力学仿真。4)运用ADAMS软件对铲斗连杆机构进行优化设计。关键词：液压挖掘机；反铲工作装置；刚柔耦合；运动及动力学仿真；优化设计iAbstractAsoneofthemaintypesofconstructionmachinery,excavatoristhemainmechanicalequipmentwhichisusedinearth-rockprojects.Thereareallkindsofexc

5、avators,whichareusuallyclassifiedbytheirworkingmember.Asanimportantpartofexcavator,theworkingmemberisalwaysintheverybadworkingcondition.Sotherationalityandreliabilityofitsstructuraldesignhavereceivedconsiderableattentions,whichresultsinthenecessityofcarryingoutfurtherresearch.Thetraditionaldesi

6、gnmethodofexcavatorhasbeenadoptedinChinaforalongtime.Aseriesoffeasibleschemecanbelistedonthebasisofpreviousempiricalformula.Thentheidealdesigncanbeselectedtoguidethedesignandproduction.However,thistraditionalmethodhasmanydisadvantages,suchasheavyworkload,longdesigncycle,highcosts.Tomeettherequi

7、rementofmodernmarket,shortentheproductcycle,reducethecostsanddesignthebetterproduct,itisnecessarytousethemoderndesignmethodindesigningandresearchingexcavator.Thevirtualprototypetechnologyisthepracticalandfeasibleoptionwhichcanmeet