挖掘机回转支承的多体动力学分析

发布时间：2017-09-04 05:10

  本文关键词：挖掘机回转支承的多体动力学分析

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【摘要】：液压挖掘机作为重要的工程机械,在交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设中都有着特别广泛的应用。而对于挖掘机上重要的两个工作部件,回转支承用来承载上部车体的载荷并提供上车体回转运动,工作装置是挖掘机实现各抓取动作的主要执行者,对其进行相关研究是十分必要的。本文以液压挖掘机为背景,基于多体动力学理论、赫兹接触理论、虚拟样机技术等理论方法,建立回转支承装置和挖掘机系统的三维模型和虚拟样机动力学模型,对由回转支承、工作装置等组成的液压挖掘机多体系统模型做了运动学、动力学理论研究及动态仿真分析。主要内容包括：(1)建立单排四点接触球式回转支承动力学模型,进行动力学仿真分析。通过对比传动比与外圈角速度的仿真结果和理论计算结果,发现其相对误差很小,从而验证了模型的正确性。在轴向力单独作用、倾覆力矩单独作用、轴向力与倾覆力矩共同作用三种不同载荷作用下对回转支承进行了静态仿真,将得出的接触力数值与理论值进行了对比,误差都较小。(2)对只受轴向力作用下的齿轮啮合力在不同转速的动态响应进行了对比分析,结果表明随着转速的增大,啮合力的幅值在不断减小,而平均值却在不断增大,这说明转速越大,齿轮的啮合力越大,但振动反而越来越小；对滚动体的四个不同滚道接触力对比研究,发现滚动体在四个接触滚道上的受力成对角线关系；对同一滚道不同滚动体的接触力进行对比,发现滚动体接触力分布很规律,从受接触力最大的滚动体开始向两边扩展,接触力越来越小；通过分析外圈的质心在回转平面的位移变化,验证了受到小齿轮的影响,外圈质心在径向有小的波动,从而造成轴向力作用下滚动体接触力分布不均匀。(3)建立挖掘机虚拟样机模型,对工作装置进行了运动学仿真,通过斗齿尖的位移轨迹得出挖掘机工作时的挖掘范围和极限尺寸,包括最大挖掘高度、最大卸载高度、最大伸展距离、最大挖掘深度；比较复合挖掘与顺序动作挖掘,复合挖掘的挖掘时间更短,提高了挖掘机的工作效率,并充分利用各发动机及油泵的功率。(4)建立了考虑回转支承的挖掘机系统,并进行动力学仿真分析,与未考虑回转支承的工作装置动力学分析进行对比,可以看出回转支承对于工作装置各铰点力的影响是很大的,铰点力的变化曲线出现明显的波动。而工作装置对于回转支承的齿轮啮合力、滚道接触力、外圈的质心变化都有特别重要的影响。因此工作装置与回转支承是一个耦合的系统,不能单独研究其动态特性。
【关键词】：挖掘机 回转支承 工作装置 ADAMS 动力学
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 挖掘机工作装置的国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国内研究现状14
• 1.2.2 国外研究现状14-15
• 1.3 回转支承国内外研究现状15-17
• 1.3.1 回转支承发展状况15-16
• 1.3.2 国内外研究现状16-17
• 1.4 课题研究的内容17-20
• 第二章 液压挖掘机回转支承理论20-34
• 2.1 回转支承分类、结构和工作原理20-21
• 2.1.1 回转支承分类20
• 2.1.2 单排球式回转支承结构及工作原理20-21
• 2.2 单排四点接触球式回转支承结构特征21-25
• 2.2.1 单排四点接触球式回转支承几何结构21-22
• 2.2.2 单排四点接触球式回转支承重要参数22-24
• 2.2.3 结构参数取值24-25
• 2.3 单排四点接触球式回转支承外载荷分布25-28
• 2.3.1 轴向力单独作用25-26
• 2.3.2 倾覆力矩单独作用26-28
• 2.3.3 轴向力与倾覆力矩共同作用28
• 2.4 单排四点接触球式回转支承接触应力与变形28-29
• 2.5 接触刚度计算29-32
• 2.5.1 滚动体与内、外圈接触刚度计算29-30
• 2.5.2 齿轮接触刚度计算30-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 单排四点接触球式回转支承动力学仿真分析34-58
• 3.1 ADAMS动力学分析原理及仿真步骤34-37
• 3.1.1 ADAMS动力学分析原理34-36
• 3.1.2 ADAMS仿真步骤36-37
• 3.1.3 数据转换格式的选择37
• 3.2 回转支承动力学模型建立37-38
• 3.2.1 建立三维模型37-38
• 3.2.2 约束、驱动添加38
• 3.3 接触力参数计算38-41
• 3.4 回转支承动力学仿真分析41-56
• 3.4.1 模型验证41-43
• 3.4.2 回转支承静态仿真43-46
• 3.4.3 回转支承动态仿真46-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第四章 挖掘机系统多体动力学仿真分析58-92
• 4.1 工作装置的结构及工况分析58-61
• 4.1.1 工作装置结构58
• 4.1.2 液压挖掘机工况分析58-61
• 4.2 挖掘机挖掘阻力计算61-63
• 4.2.1 铲斗挖掘阻力计算61-62
• 4.2.2 斗杆挖掘阻力计算62-63
• 4.3 挖掘机虚拟样机模型建立与导入63-65
• 4.4 工作装置运动学仿真分析65-76
• 4.4.1 动臂挖掘67-68
• 4.4.2 斗杆挖掘68-70
• 4.4.3 顺序动作挖掘70-73
• 4.4.4 复合动作挖掘73-76
• 4.5 工作装置动力学仿真分析76-81
• 4.5.1 外载荷作用力计算76-77
• 4.5.2 载荷、驱动添加77-78
• 4.5.3 动力学仿真分析78-81
• 4.6 考虑回转支承的挖掘机系统动力学仿真分析81-90
• 4.6.1 工作装置动态响应82-85
• 4.6.2 回转支承的动态响应85-90
• 4.7 本章小结90-92
• 第五章 总结与展望92-94
• 5.1 研究主要结论92
• 5.2 研究的展望92-94
• 致谢94-96
• 参考文献96-99

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本文编号：789517