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。     

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。     

挖掘机铲斗结构优化

采用传统的方法对挖掘机反铲工作装置的铲斗进行结构优化存在工作量大、不精确和不直观等缺点.利用Pro/E三维软件建立WY100C液压挖掘机铲斗实体模型,并应用Pro/Mechanica模块对挖掘机铲斗的设计模型在受最大应力的危险工况下挖掘时进行强度分析和变形分析.在证明了WY100-C挖掘机铲斗的设计满足强度要求前提下,运用参数优化设计的方法对铲斗的结构进行优化,减轻铲斗的重量,改善了铲斗的结构,为挖掘机铲斗的设计改进提供了理论依据,对其它液压挖掘机铲斗的研制开发也有一定的借鉴意义.     

液压挖掘机齿尖挖掘力的间接检测方法（英文）

液压挖掘机的挖掘力是反映挖掘机工作状态的一个重要参数。基于挖掘机工作装置的力学分析,建立了反应连杆机构截面应力与铲斗挖掘力之间关系的数学模型,并提出了一种新的挖掘力测量方法。通过有限元模拟分析,得到了连杆机构截面应力在不同挖掘力的仿真结果,与理论计算的误差约为8%。仿真结果验证了该测量方法的可行性。     

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。     

基于TRIZ理论的液压挖掘机挖掘装置创新设计

针对现有液压挖掘机工作方式中存在大量的无效动作而影响挖掘效率的问题,采用TRIZ理论分析现有液压挖掘机的技术冲突,构建一对冲突特征参数,利用矛盾矩阵,获得对应的发明原理解,运用最优原理解设计了一种复合铲斗机构。通过对创新设计前后工作循环时间的对比分析,从理论层面验证了该创新设计能提高挖掘效率。最后,建立复合铲斗机构的数学模型,在MATLAB进行运动学仿真,验证了复合铲斗在工作过程中不会发生干涉。研究结果表明,基于TRIZ的液压挖掘机挖掘装置创新设计方案具有较高的可行性,提高了液压挖掘机的挖掘效率。     

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。     

反铲挖掘机挖掘阻力动态解析模型研究

为解决在典型工况下,较难预测反铲挖掘机挖掘阻力的问题,基于反铲挖掘机铲斗与物料的作用特性,利用Simulink-Adams联合方法,建立挖掘阻力动态解析模型。通过比较在反铲挖掘机常见工况下,该解析模型与离散元仿真挖掘干土块的挖掘阻力,证明提出的解析模型可快速获得对应的挖掘阻力结果。实验结果表明：利用该挖掘阻力动态解析模型,可大幅提高挖掘阻力预测效率。     

虚拟样机技术在斗杆设计分析中的应用研究

基于SolidWorks插件COSMOSMotion和COSMOSWorks进行联合仿真的基本方法,即从COSMOSMotion输出运动载荷到COSMOSWorks中进行有限元分析,并以挖掘机斗杆为例进行仿真,分析在铲斗挖掘、斗杆挖掘和混合挖掘三种工况下的斗杆应力和位移变形情况。实践证明,这种方法可有效提高设计效率,具有良好的应用前景。     

液压挖掘机工作装置铰点实测载荷特征研究

为了定量分析实际工况下铰点载荷特征,为关键零部件载荷谱整理提供方法和依据,以XE215G中型挖掘机为研究对象,采用两种方法获取铰点载荷:第一种方法采用三维销轴力传感器,直接实测铲斗与斗杆铰点处的正载、侧载和偏载,采用连杆力传感器实测连杆力,利用力学平衡方程计算其余铰点载荷;第二种方法利用实测的动臂、斗杆和铲斗油缸压力和位移数据,通过建立动力学模型间接计算所有铰点载荷。同时测试动臂、斗杆大应力部位的应力-时间历程。两种方法获取的铰点载荷吻合较好,表明测试数据比较可靠。针对方法一所得铰点载荷,计算大应力测点疲劳损伤在考虑和不考虑侧载及偏载时的相对偏差,结果表明,除了损伤明显小的测点外,其余测点损伤相对偏差不超过6.98%,表明侧载和偏载对结构损伤的影响较小。针对方法二所得铰点载荷,利用载荷-应力传递系数获取结构大应力测点的计算应力,并与对应测点实测应力对比,结果表明,各测点两种应力曲线吻合较好,且各测点的计算损伤相对实际损伤的最大偏差为8.33%,表明方法二所得铰点载荷可以较好的复现结构大应力测点的应力及损伤。在正常工作条件下,挖掘机工作装置铰点载荷可以近似不考虑侧载和偏载的影响,而采用简易可行的测量油缸压力和位移的方法获得。     

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。     

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LS-DYNA液压挖掘机铲斗强度仿真研究

为了研究实际工况中液压挖掘机铲斗的强度特征,利用LS-DYNA建立了柔性体铲斗实体模型与非线性显示动力学理论,构建土壤的本构模型;通过对铲斗挖掘土壤过程进行仿真,得到铲斗工作过程中极限应力值及铲斗的应力分布特点;所得结果为提高铲斗工作使用寿命提供了重要的依据,为铲斗的设计和使用提供一种新的手段和方法。     

基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计

挖掘机铲斗是挖掘机工作装置中最为重要的部件之一,其在工作时,与石块、土壤等直接接触,工作条件极为恶劣。其结构设计的合理与否,直接影响到挖掘机铲斗的使用寿命。为解决这一问题,采用SolidWorks Simulation对挖掘机铲斗进行有限元分析,采用实体、壳体混合有限元网格模型,并进行相应的约束及载荷的加载,得到其在极端条件下的应力分布状态。并应用SolidWorks Simulation中结构参数优化功能,对挖掘机铲斗进行优化设计,以此改善挖掘机铲斗在极端工况下的受力,从而提高其使用寿命。     

装载机铲斗强度分析方法研究

传统铲斗强度分析方法仅仅通过有限元法选取铲斗极限工况进行强度计算,其计算结果明显偏大,设计偏于保守,不利于实现铲斗的轻量化设计.针对以上缺陷,借助离散元素法,建立基于物性参数的碎石和铲斗的仿真接触模型,通过动力学仿真定义铲斗运动特性,获取铲斗在散体力作用下所受动载荷,结合有限元方法对其进行强度计算,并通过应力测试试验验证了该理论方法的可靠性,同时与传统的强度计算结果进行对比.对比结果表明,采用离散元-有限元耦合分析铲斗强度更贴近于实际情况,为铲斗和其它工作装置的设计和优化提供新的参考.     

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ANSYS Workbench的某大型反铲液压挖掘机铲斗有限元分析

铲斗是挖掘机的重要工作部件,决定了挖掘机切削、铲装、运输物料的性能。文中采用ANSYS Workbench软件对某大型反铲液压挖掘机铲斗工况进行有限元分析,获得铲斗的结构应力特点和变形情况,找到铲斗的应力和强度的危险点以及重要板件的最大应力及其位置,为避免铲斗结构应力集中、优化板件尺寸、强化结构关键部位等提供了有效的基础数据,为挖掘机设计和安全可靠性提供参考依据。     

挖掘机实际挖掘仿真及动臂结构改进

挖掘机作为重要的工程机械,广泛的应用于各个领域,在土石方工程中起着举足轻重的作用。工作装置是挖掘机的重要组成部分,直接参与挖掘工作,其结构的强度、刚度对挖掘机整体性能有着重要的影响。采用ANSYS软件中APDL语言建立有限元模型,将阻力系向切削刃合成,运用雅克比矩阵法建立挖掘机阻力计算模型,将计算结果施加到有限元模型上模拟实际挖掘过程中载荷,同时与实际应力测试结果对比,验证该方法的正确性,在不同工况下对挖掘机有限元模型进行分析,选出最危险工况,对受力最大部件动臂进行结构改进,改进后整体结构最大应力减少46.9%。     

挖掘机械

正单斗挖掘机GJ20194019挖掘工作装置极限载荷工况数值模拟方法[刊,中]/王晓明…//工程机械. 2019,50(3).-35～38介绍一种挖掘工作装置极限载荷工况数字化建模与分析的方法。利用动力学分析软件ADAMS建立挖掘工作装置动力学模型,在铲斗切削刃施加预载荷,分析动臂液压缸作用力变化曲线,在铲