计及油缸特性的挖掘机工作装置柔性体动力学与强度研究
发布时间：2021-01-10 08:26
液压挖掘机常用于采矿、建筑、路面施工等恶劣作业环境,挖掘机作业过程零部件承受的动载荷是引起包括工作装置在内的结构件失效的主要原因。工程机械行业“十三五”战略规划也将“提升结构强度、可靠性和耐久性”列入重点发展任务之一。挖掘机作业是通过工作装置实现,工作装置太重会降低生产率、高能耗,太轻又会导致结构强度降低。工作装置的精确设计是决定挖掘机性能品质的关键技术之一。工作装置是多油缸驱动的复杂机械系统,油缸动态特性、结构弹性、铲斗与挖掘对象撞击等因素对挖掘动载荷和动态应力均存在重要影响。为此,本文围绕液压挖掘机工作装置动态设计中存在的基础理论问题,建立了包含油缸动态特性、挖掘对象模型的液压挖掘机工作装置柔性体动力学模型,系统提出了挖掘作业动载荷和结构动态应力的计算方法。主要研究内容如下:（1）油缸动力学模型与刚度研究建立了两种不同工作状态下的油缸模型。系统考虑油缸的压力、流量、位移和速度等状态变量,采用两节点单元建立了驱动油缸动力学模型。采用弹簧阻尼单元模拟闭锁油缸动态特性,综合分析多种因素如油液可压缩性、油液空气含量、缸筒膨胀、活塞杆弹性变形、管路膨胀、油缸密封变形等对油缸刚度影响,在此基础...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
恶劣作业工况与结构失效
图 1-2 结构强度与载荷类型Fig.1-2 Structure strength and load types冲击工况对动载荷的影响见图 1-3 所示。如图 1-3(a)不示为 Fs，而考虑挖掘冲击之后极限载荷峰值为 Fd，静态。如图 1-3(b)所示的疲劳循环载荷，考虑挖掘冲击后不交变应力范围和循环交变载荷的次数。但是很多文献[5挖 掘机结构失效问题时，采用传统的动载系数法估算存在很大的误差。因此，研究实际挖掘动态工况下动力挖掘机产品结构强度、可靠性和耐久性是非常重要的。
图 1-2 结构强度与载荷类型Fig.1-2 Structure strength and load types关于挖掘动冲击工况对动载荷的影响见图 1-3 所示。如图 1-3(a)不考虑挖掘冲击时极限载荷峰值表示为 Fs，而考虑挖掘冲击之后极限载荷峰值为 Fd，静态与动态载荷之间的差异非常明显。如图 1-3(b)所示的疲劳循环载荷，考虑挖掘冲击后不仅改变载荷峰值大小、而且影响交变应力范围和循环交变载荷的次数。但是很多文献[5-10]采用静态或疲劳分析方法解决挖 掘机结构失效问题时，采用传统的动载系数法估算或者忽略挖掘冲击的影响，势必存在很大的误差。因此，研究实际挖掘动态工况下动力学计算和强度问题对于提升液压挖掘机产品结构强度、可靠性和耐久性是非常重要的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全尺寸试验的挖掘机具作用埋地输气管道的多体动力学仿真[J]. 徐涛龙,姚安林,李又绿,蒋宏业,曾祥国. 工程力学. 2017(S1)
[2]大型液压铲上车回转驱动系统及特性研究[J]. 赵斌,权龙,黄家海,程珩,李光,张永明. 机械工程学报. 2017(06)
[3]工程机械行业运行分析和“十三五”规划[J]. 苏子孟. 建筑机械. 2016(08)
[4]液压挖掘机刚柔耦合动力学分析[J]. 谢琴,吴运新. 机械传动. 2016(05)
[5]大型正铲挖掘机工作装置液压系统仿真及试验[J]. 王永进,权龙,杨敬,李光,吕晓林. 中国公路学报. 2016(01)
[6]基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究[J]. 邓艳宁,李发宗,王相兵,程晓民. 机械科学与技术. 2016(01)
[7]基于多学科仿真的大型正铲液压挖掘机工作装置动态强度研究[J]. 周全,李光,吕晓林,李佳林,宁晓斌. 机电工程. 2015(03)
[8]挖掘机机液工作系统的动态特性仿真分析[J]. 严世榕,黄德银. 中国工程机械学报. 2015(01)
[9]船用挖掘机机械臂刚柔耦合动力学及特性研究[J]. 李发宗,童水光,王相兵,程晓民. 振动与冲击. 2014(20)
[10]基于试验和数值模拟确定挖掘机具作用下埋地输气管道的动载荷[J]. 姚安林,徐涛龙,李星,曾祥国. 振动与冲击. 2014(17)
博士论文
[1]大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D]. 郝万军.吉林大学 2014
[2]大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究[D]. 王永进.太原理工大学 2014
[3]工程机械臂系统结构动力学及特性研究[D]. 王相兵.浙江大学 2014
[4]基于多体动力学的大型正铲液压挖掘机工作装置的动载特性研究[D]. 佘翊妮.浙江工业大学 2013
[5]液压挖掘机工作装置运动控制研究[D]. 张大庆.中南大学 2006
[6]挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化[D]. 范文杰.吉林大学 2006
硕士论文
[1]基于多体动力学与颗粒动力学耦合的挖掘机工作仿真分析[D]. 任琛.长安大学 2017
[2]变频电机驱动桥式起重机起升动载系数研究[D]. 薛志勇.大连理工大学 2016
[3]考虑作业动态特性的液压挖掘机工作装置强度研究[D]. 黄冠雅.浙江大学 2016
[4]液压挖掘机工作装置现代化设计与特殊工况下的动载分析[D]. 魏武.华南理工大学 2013
[5]作业过程中的履带式液压挖掘机瞬态动力学特性研究[D]. 魏攀科.重庆大学 2012
[6]液压挖掘机反铲工作装置的有限元分析[D]. 刘本学.长安大学 2003
本文编号：2968397
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
恶劣作业工况与结构失效
图 1-2 结构强度与载荷类型Fig.1-2 Structure strength and load types冲击工况对动载荷的影响见图 1-3 所示。如图 1-3(a)不示为 Fs，而考虑挖掘冲击之后极限载荷峰值为 Fd，静态。如图 1-3(b)所示的疲劳循环载荷，考虑挖掘冲击后不交变应力范围和循环交变载荷的次数。但是很多文献[5挖 掘机结构失效问题时，采用传统的动载系数法估算存在很大的误差。因此，研究实际挖掘动态工况下动力挖掘机产品结构强度、可靠性和耐久性是非常重要的。
图 1-2 结构强度与载荷类型Fig.1-2 Structure strength and load types关于挖掘动冲击工况对动载荷的影响见图 1-3 所示。如图 1-3(a)不考虑挖掘冲击时极限载荷峰值表示为 Fs，而考虑挖掘冲击之后极限载荷峰值为 Fd，静态与动态载荷之间的差异非常明显。如图 1-3(b)所示的疲劳循环载荷，考虑挖掘冲击后不仅改变载荷峰值大小、而且影响交变应力范围和循环交变载荷的次数。但是很多文献[5-10]采用静态或疲劳分析方法解决挖 掘机结构失效问题时，采用传统的动载系数法估算或者忽略挖掘冲击的影响，势必存在很大的误差。因此，研究实际挖掘动态工况下动力学计算和强度问题对于提升液压挖掘机产品结构强度、可靠性和耐久性是非常重要的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全尺寸试验的挖掘机具作用埋地输气管道的多体动力学仿真[J]. 徐涛龙,姚安林,李又绿,蒋宏业,曾祥国. 工程力学. 2017(S1)
[2]大型液压铲上车回转驱动系统及特性研究[J]. 赵斌,权龙,黄家海,程珩,李光,张永明. 机械工程学报. 2017(06)
[3]工程机械行业运行分析和“十三五”规划[J]. 苏子孟. 建筑机械. 2016(08)
[4]液压挖掘机刚柔耦合动力学分析[J]. 谢琴,吴运新. 机械传动. 2016(05)
[5]大型正铲挖掘机工作装置液压系统仿真及试验[J]. 王永进,权龙,杨敬,李光,吕晓林. 中国公路学报. 2016(01)
[6]基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究[J]. 邓艳宁,李发宗,王相兵,程晓民. 机械科学与技术. 2016(01)
[7]基于多学科仿真的大型正铲液压挖掘机工作装置动态强度研究[J]. 周全,李光,吕晓林,李佳林,宁晓斌. 机电工程. 2015(03)
[8]挖掘机机液工作系统的动态特性仿真分析[J]. 严世榕,黄德银. 中国工程机械学报. 2015(01)
[9]船用挖掘机机械臂刚柔耦合动力学及特性研究[J]. 李发宗,童水光,王相兵,程晓民. 振动与冲击. 2014(20)
[10]基于试验和数值模拟确定挖掘机具作用下埋地输气管道的动载荷[J]. 姚安林,徐涛龙,李星,曾祥国. 振动与冲击. 2014(17)
博士论文
[1]大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D]. 郝万军.吉林大学 2014
[2]大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究[D]. 王永进.太原理工大学 2014
[3]工程机械臂系统结构动力学及特性研究[D]. 王相兵.浙江大学 2014
[4]基于多体动力学的大型正铲液压挖掘机工作装置的动载特性研究[D]. 佘翊妮.浙江工业大学 2013
[5]液压挖掘机工作装置运动控制研究[D]. 张大庆.中南大学 2006
[6]挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化[D]. 范文杰.吉林大学 2006
硕士论文
[1]基于多体动力学与颗粒动力学耦合的挖掘机工作仿真分析[D]. 任琛.长安大学 2017
[2]变频电机驱动桥式起重机起升动载系数研究[D]. 薛志勇.大连理工大学 2016
[3]考虑作业动态特性的液压挖掘机工作装置强度研究[D]. 黄冠雅.浙江大学 2016
[4]液压挖掘机工作装置现代化设计与特殊工况下的动载分析[D]. 魏武.华南理工大学 2013
[5]作业过程中的履带式液压挖掘机瞬态动力学特性研究[D]. 魏攀科.重庆大学 2012
[6]液压挖掘机反铲工作装置的有限元分析[D]. 刘本学.长安大学 2003
本文编号：2968397
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