反铲液压挖掘机挖掘阻力仿真与研究

发布时间：2020-03-20 01:01

【摘要】：液压挖掘机作为工程机械中被应用最广泛的工程设备,在各类工程建设项目中发挥着重要的作用。工作装置作为液压挖掘机的执行装置,直接与挖掘对象作用,因此挖掘机的工作装置也成为了众多学者研究的重点。以挖掘机工作装置为基础,针对其挖掘性能与结构强度的研究一直是挖掘机研究领域的热点,但无论是挖掘性能的分析还是结构强度的研究都必须首先确定作业过程中工作装置的载荷谱,因此可以认为准确获取工作装置载荷谱是对液压挖掘机进行深入研究的基础。针对挖掘过程中工作装置载荷谱难以获取的问题,本文结合对某国产36t反铲液压挖掘机的试验测试提出了一种通过数值模拟仿真来获取工作装置载荷谱的方法,具体研究内容如下:(1)在对反铲液压挖掘机工作装置的结构特点进行分析的基础上,建立了挖掘机工作装置的运动学模型,为后续建立挖掘土壤的挖掘阻力模型奠定了基础。(2)选取了液压挖掘机三种典型挖掘方式对应的三条挖掘轨迹,分别测试记录了对应挖掘方式下工作装置转角及液压缸压力的时间历程曲线。(3)在LS-PREPOST平台中搭建了铲斗挖掘土壤的动力学仿真模型,使铲斗模型尽可能追踪试验过程中的挖掘轨迹,带入LS-DYNA中进行求解,并将仿真结果与实测数据进行了对比,验证了仿真模型的可靠性。(4)以铲斗挖掘土壤动力学仿真模型为基础,进一步研究了铲斗单独挖掘与斗杆单独挖掘方式下铲斗的切入角度与切削速度对挖掘过程中铲斗受到的阻碍作用的影响,进一步计算得到了各种挖掘方式下最优的铲斗切入角度与切削速度。
【图文】：

上各个铰点的受力。在得到工作装置所受载荷的情况下过程中应力分布情况做进一步的分析，而这也是对挖掘设计与疲劳分析的前提。本章通过搭建挖掘机工作装置挖掘过程中随工作装置姿态发生变动的三组相对转角数与小腔的压力变化情况。装置测试平台的搭建的测试对象为一台 36t 反铲液压挖掘机，，其基本参数如表 3.1 所示，测试地点为湖州某试验场，作业对象为三级土 NS-DAC3000 多通道数据采集器，可同时采集多个角位馈的信号。数据采集器当中安装有 DRA-30AD 与DRA-3可对多个通道同步进行数据的采样。本测试平台将使用据采集器对液压挖掘机挖掘过程中工作装置的相对角位时的采集。

安装图,角位移传感器

重庆大学硕士学位论文表 3.1 测试样机基本参数Tab.3.1 Hydraulic excavator basic parameters整机质量动臂总长斗杆总长铲斗容量36.5t 6.47m 2.91m 1.6m33.2.1 角位移测试在挖掘机工作装置上安装角位移传感器主要是为了测量工作装置的三组相对转角。本平台使用的是基于电位计原理的角位移传感器，将角位移传感器的旋转轴与工作装置销轴通过联轴器保持同心固联，传感器的外壳通过安装架与工作装置固联，这样就保证了挖掘机在挖掘过程中传感器的旋转轴随工作装置销轴的旋转而转动，实时向数据采集器反馈测试数据。图 3.2 所示为测试实验中使用的角位移传感器与角位移传感器的安装图，角位移传感器的主要技术参数如表 3.2 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU621

【参考文献】