ZL30B型装载机前车架结构分析与优化

发布时间：2017-10-11 23:16

  本文关键词：ZL30B型装载机前车架结构分析与优化

  更多相关文章： 前车架结构 载荷计算 静力学分析 尺寸优化 固有振动特性

【摘要】：装载机作为在工程机械领域保有量最大的产品,其广泛应用于矿石开采、道路桥梁修建以及水利水电建设等场所,在国民经济建设中发挥着重要的作用。装载机一般使用在恶劣环境中作业,并且经常超载荷作业以及频繁受到外界冲击载荷。而装载机前车架是连接工作装置与后车架的桥梁,其设计性能好坏将直接影响装载机使用稳定性。因此分析前车架结构在作业过程受力情况,提高前车架结构设计水平成为了装载机发展中的一个关键技术问题。本文以某厂ZL30B型装载机前车架结构为研究对象,通过有限元方法和现代优化方法对前车架结构进行了分析与优化,最终达到厂方所提出对前车架结构重量降低8%要求。本文首先介绍前车架结构与工作装置之间力学关系,运用结构简图法在X、Y、Z方向上分别对工作装置各工况作业进行载荷计算,为后期前车架结构静力学分析提供数据支撑。其次运用Solid Works软件对前车架结构进行实体建模,并导入有限元平台对前车架结构做静力学分析,得出在各工况下应力与位移变化云图。然后通过分析云图特点,在对前车架局部结构强度加强改进后,运用ANSYS Workbench平台优化模块中实验设计(Design of Experiments)对其进行尺寸优化设计,并从大量设计点中分析提取出最佳数据组尺寸,构成轻量化前车架结构,以达到降低前车架结构重量8%的目标。最后通过对轻量化前车架结构做固有振动特性和静力学分析,以验证轻量化前车架结构是否满足设计要求。本文主要通过采用有限元分析手段对ZL30B型前车架结构进行初步分析与优化探索,缩短了对前车架结构改进设计周期,并为后期装载机整体结构改进提供参考数据与设计思路。
【关键词】：前车架结构 载荷计算 静力学分析 尺寸优化 固有振动特性
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 引言8-9
• 1.2 工程机械国内外研究现状9-10
• 1.2.1 国外装载机发展状况9
• 1.2.2 国内装载机发展状况9-10
• 1.3 有限元分析法基本思想10-11
• 1.4 有限元分析法弹性力学理论11-14
• 1.5 本课题研究的内容14
• 1.6 各章节主要内容14-16
• 2 装载机前车架受力计算16-24
• 2.1 前车架结构受力与工作装置关系16-17
• 2.2 前车架受力计算方法17-21
• 2.2.1 工作装置正载荷作业计算18-19
• 2.2.2 工作装置偏载荷作业计算19-21
• 2.3 前车架受力计算结果21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 前车架结构轻量化设计24-47
• 3.1 基于前车架结构轻量化建模24-25
• 3.2 车架有限元分析处理25-28
• 3.2.1 车架载荷的受力确定与约束25
• 3.2.2 对前车桥与铰接销处理方法25-27
• 3.2.3 材料定义与网格划分方法尺寸选取27-28
• 3.3 前车架局部结构改进28-38
• 3.3.1 前车架有限元静力学分析29-37
• 3.3.2 前车架结构改进37-38
• 3.4 基于ANSYS Workbench前车架轻量化38-46
• 3.4.1 结构优化设计理论方法38-39
• 3.4.2 ANSYS Workbench优化基本方法39-41
• 3.4.3 设计变量选择41-42
• 3.4.4 约束条件确定42-43
• 3.4.5 目标函数确定43
• 3.4.6 对前车架轻量化及选择最优解43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 轻量化前车架模态分析与静力学分析验证47-61
• 4.1 模态分析47-48
• 4.1.1 模态分析方法47-48
• 4.1.2 模态分析基本流程48
• 4.2 前车架轻量化后模态分析模型建立48
• 4.3 前车架轻量化后模态结果分析48-52
• 4.4 轻量化前车架静力学分析与对比52-60
• 4.4.1 工况1-1倾覆掘起正载52
• 4.4.2 工况1-2倾覆掘起偏载52-53
• 4.4.3 工况2-1水平插入正载53-54
• 4.4.4 工况2-2水平插入偏载54
• 4.4.5 工况3-1最大掘起力正载54-55
• 4.4.6 工况3-2最大掘起力偏载55-56
• 4.4.7 工况4-1最大掘起力与剩余牵引力正载56
• 4.4.8 工况4-2最大掘起力与剩余牵引力偏载56-57
• 4.4.9 工况5-1动臂最大掘起力正载57-58
• 4.4.10 工况5-2动臂最大掘起力偏载58
• 4.4.11 工况6-1刮砂石正载58-59
• 4.4.12 工况6-2刮砂石偏载59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 结论与展望61-63
• 5.1 结论61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 附录A 工况受力与约束描述表66-69
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果69-70
• 致谢70-71

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本文编号：1015320