基于極限挖掘力的反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、液壓挖掘機(jī)主要由主機(jī)和工作裝置兩部分組成，工作裝置主要由動(dòng)臂、斗桿和鏟斗組成，并且工作裝置是液壓挖掘機(jī)各項(xiàng)功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響整機(jī)的工作性能和工作效率。動(dòng)臂是工作裝置中的重要構(gòu)件，在實(shí)際作業(yè)過程中，動(dòng)臂受力情況惡劣，不僅受到斗桿挖掘和鏟斗挖掘時(shí)的交變載荷，而且常常受到?jīng)_擊載荷，同時(shí)還要頻繁的進(jìn)行物料的提升與卸載，容易發(fā)生失效，甚至斷裂。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)大多是根據(jù)理論挖掘力的大小，選取出危險(xiǎn)工況，即所受阻力最大的工

2、況，然后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是，傳統(tǒng)的理論挖掘力是將鏟斗周圍的挖掘阻力平移到斗齒尖上，并分解形成切向力和法向力，但卻忽略了挖掘阻力矩對(duì)工作裝置的影響。因此，本文引用極限理論挖掘力，新理論下的極限挖掘力是指在考慮挖掘阻力矩后整個(gè)工作裝置所能發(fā)揮的最大理論挖掘力，該理論較之傳統(tǒng)理論更符合物理本質(zhì)。另一方面根據(jù)挖掘阻力的大小選擇的危險(xiǎn)工況并不一定是工作裝置受損最嚴(yán)重的工況。因此，研究極限理論挖掘力，選擇最危險(xiǎn)的工況對(duì)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較高的工程價(jià)值

3、和實(shí)際意義。
　　本文以某36.5噸級(jí)的反鏟液壓挖掘機(jī)為研究對(duì)象，利用極限挖掘力對(duì)經(jīng)典危險(xiǎn)工況和測(cè)試危險(xiǎn)工況進(jìn)行鉸點(diǎn)力求解，并以此對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行強(qiáng)度分析，最后選擇出應(yīng)力最大的工況作為最危險(xiǎn)工況并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?、俜治隹偨Y(jié)反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立整機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并區(qū)別于傳統(tǒng)挖掘力理論，根據(jù)極限挖掘力建立力學(xué)數(shù)學(xué)模型，為求解工作裝置的鉸點(diǎn)坐標(biāo)和鉸點(diǎn)力提供理論依據(jù)。
　?、趯?duì)比分析不

4、考慮挖掘阻力矩的傳統(tǒng)理論與考慮挖掘阻力矩的新理論下的工作裝置的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)性能，驗(yàn)證極限挖掘力的準(zhǔn)確性和優(yōu)越性，并根據(jù)強(qiáng)度分析中的應(yīng)力大小選擇出最危險(xiǎn)工況。
　　③在ANSYS中建立動(dòng)臂的參數(shù)化的有限元模型，形成APDL命令流，方便模型的調(diào)用與求解。
　?、芾?MATLAB編譯遺傳算法，在保證強(qiáng)度的前提下，以輕量化設(shè)計(jì)為目的，調(diào)用APDL命令流完成動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到收斂的結(jié)果。對(duì)比分析優(yōu)化前、后的模型，最終證明本文的優(yōu)化方