斗轮挖掘机斗轮体结构有限元分析与改进

斗轮挖掘机是采掘行业中的重要设备,斗轮挖掘机在工作中的受力由铲斗逐步传递到斗轮体,再由斗轮体传递到取料臂。所以说,对斗轮挖掘机中斗轮体的设计至关重要。利用ANSYS有限元软件对某型号的斗轮挖掘机中斗轮体结构进行建模和分析,并提出结构改进意见。     

圆形料场桥式斗轮取料机料堆模型化及取料能力的稳定

从料堆的几何形状分析入手，建立料堆的几何模型，结合对取料过程的描述，推导出一些数学模型，并重点探讨斗轮最大进给量、桥架最大进给转角以及斗轮小车瞬时侧向速度的计算，提出了圆形料场桥式斗轮堆取料机取料能力的稳定方法。     

斗轮堆取料机关键参数离散元仿真研究

为了研究斗轮堆取料机主要参数(料斗个数和斗容)对取料过程的影响,在不同参数下,在离散元软件EDEM中对斗轮堆取料机的挖掘过程进行仿真。分析仿真结果得出:料斗个数和料斗容量对斗轮堆取料机的生产率有明显影响。当DQ10500/6000型斗轮堆取料机斗轮转速为8 r/min,料斗个数为9,料斗容量为1.25m3时,斗轮堆取料机达到最佳经济效应。比较传统理论计算与离散元仿真计算,发现将离散元应用于斗轮堆取料机设计计算具有明显优势。     

臂式斗轮堆取料机取料过程分析

通过对悬臂式斗轮堆取料机取料过程的分析,得出悬臂式斗轮堆取料机挖取散状物料切屑体积的计算方法,为斗轮机构的理论取料能力计算提供了依据。     

离散元仿真中挖掘机铲斗结构表面的单元球表示方法探究

提出了一种基于单元球的铲斗结构表面的多精度几何表示方法。该方法针对铲斗的斗底板、侧腹板、侧刀板、前刀板和斗齿5个部位的几何特征和功能要求,实施基于单元球的多精度几何表示。对比分析不同精度下单元球表达的铲斗结构表面,发现离散元仿真时间会随铲斗结构表面的几何表示精度的提高而增加。因而,铲斗结构表面的单元球表示需综合考虑仿真精准性与仿真时间的需求。对比分析不同精度下单元球与三角面片表示方法,证实了单元球表示方法具备有效表示铲斗结构表面的局部几何细节的能力。相比于三角面片表示方法,单元球表示方法有望在铲斗挖掘过程离散元仿真中花费更少的计算时间。     

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.     

反铲挖掘机铲斗设计及仿真分析研究

在液压挖掘机结构组成中,铲斗是液压挖掘机对物料进行挖掘和装卸的重要工具.在铲斗设计过程中,要保证足够的强度和耐磨性.介绍反铲挖掘机铲斗结构设计原则、铲斗斗形设计、铲斗斗容计算.采取有限元分析仿真优化方法,得到以下结论:在正载有限元分析中,铲斗安全系数要在2.0以上;在底部冲击载荷中,铲斗安全系数在3.0以上,满足设计要...     

基于HyperMesh-EDEM-Patran耦合的铲运机铲斗强度分析

传统铲斗强度分析是将铲斗受力简化为集中力或均布力,这样简化将导致铲斗强度分析结果不精确。以Sandvik 1400e铲运机为例,通过Hyper Mesh对铲斗进行前处理,应用EDEM仿真铲运机工作过程,得知铲斗在工作过程中受载具有复杂多变的特点。通过离散元与有限元耦合的方法,对铲斗进行了精确加载,完成铲斗在载荷工况下的强度分析与磨损量计算,为铲斗结构优化提供理论依据。     

仿真颗粒半径对模拟滚筒截割复杂煤层的影响研究

为研究EDEM离散元软件在螺旋滚筒截割过程仿真时颗粒半径对滚筒载荷特性及落煤情况的影响,利用EDEM仿真软件模拟某型号采煤机滚筒截割复杂煤壁时的动态过程,得到截割过程中滚筒载荷、载荷波动及落煤情况,并与基于MATLAB开发的辅助计算程序所计算出的数值进行对比。结果表明:使用不同半径的离散颗粒进行仿真会对滚筒载荷及落煤情况产生影响,随着颗粒半径增大,滚筒载荷没有过大的变化,螺旋滚筒截落下的颗粒平均初始速度减小,载荷波动系数与装煤率增大。对比理论计算数值,使用半径为12 mm的颗粒建立煤壁,仿真结果更接近理论数值,准确性高,为EDEM离散元仿真软件模拟采煤机截割过程时颗粒半径的选择提供参考。     

大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法:运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。     

液电混合挖掘机液压系统运行特性液电联合仿真分析

利用动力学方法为挖掘机的运行结构建立相应的分析模型,以某20T液压挖掘机的设备参数作为参考依据,建立了整机模型与液压系统运行模型,通过SimulationX仿真软件测试了液压挖掘机铲斗与斗杆结构的运行过程。仿真结果得到:铲斗在初期阶段发生外伸还是被回收到初始所在的位置,到达斗杆内收阶段时发生了速度的明显波动,但幅度较小,当外摆过程快完成时,形成了波动性较大的斗杆液压缸速度。挖掘机运行特性试验,斗杆液压缸从0.8～5 s时间内以一个稳定的速度进行伸出,到达8.5～14.3 s之间时缩回,运行稳定验证了该液压系统设计的可靠。     

D-H坐标系下挖掘机工作装置运动学建模与仿真

应用机器人运动学求解常用的D-H法建立挖掘机工作装置4自由度运动学数学模型,分析了挖掘机工作装置运动过程中铲斗齿尖位移、速度、加速度与空间位置的运动关系。在此基础上采用Pro/E和大型有限元软件ADAMS建立挖掘机工作装置虚拟样机模型。对挖掘机工作装置进行了运动学仿真,得到了铲斗齿尖位移、速度、加速度动态曲线,并对动态曲线进行了分析,验证了运动学模型的正确性。这种方法简化了解析计算,同时求得的解具有使用性和代表性,对挖掘机工作装置的设计具有普遍的适用意义。     

圆柱齿轮滚切多刃断续切削空间成形模型及应用

滚切加工作为当前圆柱齿轮制造应用最为广泛的工艺具有高效但成形过程复杂的特点。基于展成原理,由规则分布在滚刀基本蜗杆螺旋面上的一系列切削刃相继从圆柱齿坯上切除材料,最终包络形成渐开线齿面。研究其成形原理可以为提升该工艺性能提供有效指导。针对齿轮滚切工艺过程多刃切削成形特征,建立圆柱齿轮滚切的空间成形模型。基于滚刀几何结构参数的理论约束关系,建立滚刀切削刃序列的参数方程;根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定滚切过程中滚刀与工件的空间位置和运动关系,并基于空间运动学方法推导求得滚刀刀刃序列形成的空间成形曲面参数模型;采用离散数值方法获得滚切过程中的切屑几何形态及切屑厚度,并根据切屑几何计算各刀刃去除材料时的瞬时主切削力。该模型可以为滚切工艺参数优化、滚刀几何设计等研究提供支撑。     

基于正交试验的枞树型轮槽加工切削参数优化

基于正交试验和数值模拟分析研究枞树型轮槽半精加工过程中切削参数对刀具磨损以及切削性能的影响,提高轮槽表面质量。设计4因素3水平正交实验,采用库伦摩擦模型和Usui磨损模型建立切削加工仿真模型,对不同切削参数下的轮槽半精加工进行仿真。结果采用极差方差相结合的方式进行分析,分析结果与实际切削结果一致。研究表明:半精加工过程中各因素对刀具磨损及切削性能的影响程度不同,切削深度进给速度摩擦因子旋转速度;轮槽半精加工最优组合为旋转速度为110r/min,进给速度为11mm/min,切削深度为0. 8mm,摩擦因子为0. 6。     

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。     

斗轮堆取料机斗轮轴疲劳断裂分析及寿命预测

斗轮轴在取料作业中承受交变载荷作用,达到一定次数后,突然断裂失效,造成巨大的经济损失甚至是伤亡事故。以5 400 t/h悬臂斗轮堆取料机为例,选取铲斗提升阶段工况,应用Solid Works软件建立模型,进行有限元分析,分析结果表明斗轮轴断裂是疲劳失效造成的。对斗轮轴易发生疲劳失效部位进行了改进,提高了斗轮轴使用寿命,可为斗轮轴设计提供参考和理论指导。     

基于NURBS的挖掘机自主控制铲斗轨迹规划方法

针对反铲斗挖掘机机器人化作业特点,提出一种基于非均匀有理B样条(NURBS)的挖掘机自主控制轨迹规划方法.利用该方法可以生成速度、加速度连续的挖掘轨迹.尽量避免了挖掘过程中的挖掘物对于铲斗的冲击.为了进行计算机控制,提出平均等分参数和一阶泰勒近似方法细化获得离散控制点的方法.结合挖掘机机器人化控制结构进行了仿真,结果证明该方法具有光滑的路径,且轨迹规划误差小的特点.     

球头铣刀曲面加工的刀具切触区域解析建模

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种刀具切触区域仿真的通用解析模型。采用微分方法,将曲面加工过程离散为一系列连续的微小斜平面稳态加工。以每一小斜面切削过程为研究对象,建立描述刀具进给方向变化的数学模型,针对不同的进给方向并基于空间坐标系旋转变换,提出一组确定刀具切触边界曲线及各边界交点的解析公式,以精确界定刀具切触区域的封闭几何。通过与Z-Map模型的切触区域仿真对比,验证了本文模型的有效性及其精确高效的特点。     

交流变频调速装置在悬臂式斗轮堆取料机回转速度V_H=V_0/cosφ控制中的应用

实现回转连续调速是提高悬臂式斗轮堆取料机性能指标所不可缺少的重要任务。本文以引进日本东芝技术生产的VT130G型逆变器在悬臂式斗轮堆取料机上的应用为例,阐述了回转速度V_H=V_O/cosφ变频调速的过程与原理。     

基于载荷控制的拐角铣削进给优化*

针对模具型腔拐角铣削过程,提出一种考虑刀具变形及铣削力变化的基于载荷控制的进给量优化方法。根据拐角的铣削中刀具与工件接触情况的不同,将铣削过程分为五个阶段,分别分析拐角铣削时刀具切削刃真实运动轨迹,建立拐角圆弧运动轨迹下瞬时切屑厚度模型,提高切屑厚度模型在拐角加工中的预测精度。修正铣削力预测模型,使其满足拐角加工过程不同阶段的要求。选取刀具变形量为约束条件,计算不同阶段的允许最大载荷,利用二分迭代法得到该载荷下对应的进给量值。考虑到数控机床的运动加速度限制,对得到的优化进给量值进行二次优化,以满足实际加工的要求。仿真结果表明,在进给优化后的拐角铣削过程中,载荷变化趋于平稳,加工时间缩短。进行拐角加工验证试验,数值仿真计算和试验测量结果表明,建立的铣削力模型能够很好地预测拐角铣削过程。所建立的优化模型为模具型腔的高精、高效加工提供理论支持。