基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命研究

针对实际挖掘过程中液压挖掘机铲斗铰点载荷谱难以获取、导致铲斗疲劳寿命难以分析的问题,提出基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命分析方法。首先根据实际挖掘过程选取常态挖掘轨迹,对常态挖掘轨迹中各分段轨迹的液压缸理论挖掘力进行计算,得到挖掘阻力载荷谱;然后基于挖掘轨迹对工作装置挖掘过程进行仿真,获得铲斗铰点载荷谱;最后建立铲斗有限元模型,结合挖掘阻力和铰点载荷谱对铲斗静力学和疲劳寿命进行协同分析。以21T挖掘机铲斗为例,采用上述方法对其进行疲劳寿命分析,计算得到了J3J4轨迹中铲斗的最低疲劳寿命为3.293 6×107次。铲斗疲劳寿命分析结果验证了该方法的可行性,为挖掘机工作装置的疲劳分析提供了参考。     

基于常态挖掘路径的液压挖掘机轨迹规划方法

针对真实挖掘路径的轨迹规划问题,提出了一种在常态挖掘路径下的轨迹规划方法,以挖掘机3组液压缸长度变化量最小化为优化目标,将铲斗姿态角作为设计变量,在挖掘机几何约束和位置盲角约束条件下,采用粒子群优化算法寻找姿态角的最优值.由经验法、MATLAB优化工具箱和粒子群优化算法计算得到了液压缸长度变化量,又通过试验得到了真实的路径数据,对比了采用2种优化方法和试验得出的液压缸长度变化量,验证了所提出方法的有效性.研究结果表明:使用粒子群优化算法对复合挖掘路径进行轨迹规划,得到的各关节角位移、角速度变化曲线平滑连续,角加速度变化曲线连续,且能够有效减少液压缸长度变化量和变向点数量,降低能耗.     

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。     

流热固耦合下的双螺杆压缩机转子结构特性研究

针对双螺杆压缩机工作过程中转子的结构特性问题,综合考虑压缩机产生的压力场和温度场,对螺杆转子进行流热固耦合研究。通过有限体积法求解压缩机工作过程中产生的压力场和温度场,采用数值插值技术将其加载到转子的结构网格上,建立转子的真实受力模型。进一步求解转子的静平衡方程得到转子的位移场和应力分布,并利用L形大直径掩埋管道对所提出的方法进行验证。研究结果表明:温度场是螺杆转子产生较大变形和应力的主要原因,选择合适的转速可以降低转子的变形和应力。研究结果对压缩机的结构设计和优化有一定的理论意义。