WK-75礦用挖掘機前端工作機構剛柔耦合性能研究及優(yōu)化.pdf

1、機械式挖掘機在露天煤礦開采生產活動中發(fā)揮著不可替代的作用,具有高產、高效、高耗等特點。西部地區(qū)近年不斷有大型煤礦投入生產，其中不乏大型露天煤礦，機械式挖掘機需求連年增長。優(yōu)異的挖掘機性能不僅能提高挖掘效率，提高機器使用壽命，也反映了國家重型機械制造的實力。在挖掘過程中，挖掘機的前端工作機構的性能優(yōu)劣對整機的工作效果有著直接影響，因此有必要對前端工作機構的性能進行深入研究。
　　課題獲得國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）項目“75

2、m3大型露天礦用挖掘機研制”(NO.2012AA062001)的資助。本文以太原重工自主研發(fā)的WK-75系列大型礦用挖掘機前端工作機構為研究對象，主要研究內容如下：
　　首先深入探討機械式挖掘機挖掘軌跡數(shù)學模型，分析了對數(shù)螺旋線軌跡的理論推導過程不完善之處，并采用機構運動學方法對斗桿的運動進行分解與合成，進而推導出隨推壓提升速度變化的挖掘軌跡數(shù)學模型。
　　其次，依托機構運動學挖掘軌跡，構建了挖掘后角、提升鋼絲繩與斗桿中心線

3、夾角、挖掘體積、初始投放角、出料角、最大切削厚度、挖掘阻力等數(shù)學模型，并采用ADAMS/Cable模塊建立鋼絲繩，進而完成挖掘機數(shù)字化樣機。仿真后，測量推壓軸中心到鏟斗與提梁鉸孔間距離等各參數(shù)，分析了切削后角和提升鋼絲繩與斗桿中心線夾角在挖掘過程的變化規(guī)律。對比研究了虛擬樣機仿真、機構運動學、對數(shù)螺旋線三組的挖掘軌跡。
　　再次，在Patran中生成起重臂和斗桿的模態(tài)中性文件，并導入ADAMS中的挖掘機多剛體模型。采用這種剛柔耦合

4、方法，建立了WK-75剛-柔耦合虛擬樣機模型。仿真分析對比了多剛體系統(tǒng)和剛柔耦合系統(tǒng)中運動參數(shù)的差異。對起重臂和斗桿在挖掘過程中的三種工況下的應力變化情況進行了深入研究，獲得了挖掘過程中的應力變化規(guī)律，可以為后續(xù)疲勞分析提供合理動態(tài)應力譜。
　　最后，選取提升速度、推壓速度、挖掘位置參數(shù)為設計變量，結構尺寸和挖掘體積為約束，選取挖掘后角變化最小、提升鋼絲繩與斗桿中心線夾角最大和挖掘體積最大為目標函數(shù)，采用非線性二次規(guī)劃Pointe