80型轮式装载机结构系统多体动力学分析

发布时间：2018-01-14 18:13

  本文关键词：80型轮式装载机结构系统多体动力学分析　出处：《吉林大学》2011年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：轮式装载机行驶过程中,由于工作环境往往比较恶劣、行驶路况较差以及承载重量较大,致使在崎岖不平的路面上行驶时,装载机振动现象较为显著,这不但对整车的结构造成不利影响,还限制了装载机向高速化、高效化方向的发展。随着客户对工程车辆平顺性、安全性、舒适性及高效性等要求的提高,装载机行驶过程中的振动问题也受到了越来越多的关注。装载机的行驶平顺性、发动机及轮胎减振性等研究需要对结构进行动态特性分析,整车结构的模态分析也是以振动为基础的动态分析范畴。为最大限度的降低振动对装载机的影响,提高整车结构可靠性及行驶平顺性,有必要对装载机整车结构系统进行研究,分析整车结构系统在行驶过程中的动态特性。 本文对结构系统的研究得到了国家自然科学基金项目“轮式工程车辆传动系载荷谱关键技术研究”(项目编号：50805065)的资助。论文以80型轮式装载机为研究对象,对行驶过程中的整车结构系统进行多体动力学分析。建立油缸动态特性模型,分析了不同因素对油缸刚度和阻尼特性的影响；根据多体动力学基本理论,建立了装载机整车结构系统动力学模型,对装载机行驶过程中的不同工况进行了结构系统多体动力学分析；建立整车结构有限元模型,对整车结构进行了模态分析；在工作装置液压系统中安装行驶稳定系统,利用建立的整车结构系统动力学模型,对装载机进行动态特性分析,研究了行驶稳定系统对整车结构系统的减振性能。 论文的主要工作和内容如下： (1)阐述了本文的选题背景及意义；通过查阅和分析大量文献资料,综述了工程车辆国内外研究概况；描述了轮式装载机行驶过程中存在的一些问题,并结合国内外工程车辆的发展现状,叙述了本文研究的基本方法和主要工作内容。 (2)对工作装置进行受力分析,推出了行驶工况下油缸作用力公式；分析了装载机工作装置液压系统工作原理,建立了油缸的动态特性模型；分析影响动臂油缸和转斗油缸动态特性的参数,研究了载重量、路面特征、工作装置举升高度、油缸液压油泄漏以及液压油本身特性等因素对油缸动态特性的影响,为整车结构系统建模及多体动力学分析奠定基础。 (3)阐述了装载机轮胎模型的选取方法,确定了轮胎模型的相应参数,建立了轮胎动力学模型；通过分析路面不平度理论,建立了3D等效容积路面模型；论述了油缸力学模型和发动机激励模型的建立方法；研究了建立整车结构系统虚拟样机模型的方法,包括三维实体模型建立,数据文件转换,整车结构系统拓扑约束关系确定,相应运动和约束的设置等；将整车结构系统添加轮胎模型和3D等效容积路面模型,建立了装载机整车结构系统动力学模型。 (4)通过确定整车结构系统相关仿真参数,针对行驶工况下整车的结构特点,建立了装载机整车结构动力学模型；选取行驶过程中的不同工况,重点对装载机满载高速行驶和空载高速行驶工况进行了结构系统多体动力学分析,得到了关键部件的运动学特性和动力学特性,同时分析了各铰接点的动态载荷特性；并对前进行驶举升卸料工况、倒退行驶工作装置下降工况及转向行驶工况进行了动态特性分析；研究了装载机行驶过程中车速、路面特征、工作装置举升高度等因素对装载机整车结构动态特性和行驶性能的影响；针对油缸的支撑特性,分析和比较了弹性油缸和刚性油缸对整车结构系统的动态影响；将整车结构简化模型与虚拟样机模型进行对比分析,研究了随机路面特征和工作装置悬置结构对整车结构系统的动态影响；研究表明,整车结构系统动力学仿真模型可以较好的模拟装载机行驶过程中的动态特性,分析结果更加接近工程实际。 (5)根据有限元单元法建立了装载机整车结构的有限元模型,利用有限元软件对整车结构系统进行模态分析,得到了满载和空载工况下整车结构的固有频率和固有振型；从路面不平度激励、轮胎激励和发动机激励等方面对整车的行驶性能进行了评估和分析,为整车结构系统强度、可靠性及减振性能分析提供了一定的理论依据。 (6)针对装载机行驶工况下存在的问题,在装载机工作装置液压系统中安装行驶稳定系统,分析行驶稳定系统的刚度特性和阻尼特性,并对安装行驶稳定系统的装载机进行了整车结构多体动力学分析。研究行驶稳定系统对整车结构系统的减振性能,通过对计算结果进行对比分析,分析了行驶稳定系统对整车结构的减振效果。行驶稳定系统分析为降低路面不平度对整车结构的振动和冲击,提高整车结构系统的可靠性与行驶稳定性提供了依据。 最后对全文进行了总结,提出了几点进一步开展的研究工作。 本文针对装载机行驶工况特殊性,运用多体动力学、有限元等理论及方法建立了装载机整车结构系统模型,对装载机结构系统进行多体动力学分析,系统描述了行驶过程中的结构系统动态特性,将结果进行了评价与分析,为提高轮式装载机的行驶性能与结构可靠性提供一定的依据。
[Abstract]:Wheel loader driving process, often because the working environment is relatively poor, poor road conditions and driving load is larger, resulting in driving in the rugged road, loader vibration phenomenon is significant, which not only adversely affect the structure of the vehicle, but also limit the loader to high speed, efficient development direction. With customers on engineering vehicle ride comfort, safety, comfort and efficiency improvement, the vibration problem of the loader in the running process has attracted more and more attention. The loader ride, launched the research on machine and tire vibration need to study the dynamic characteristic of structure dynamic analysis, modal category the analysis is based on the vehicle structure vibration based. In order to minimize the effects of vibration on the loader, improve the reliability of the whole structure and ride comfort, it is necessary to loader The whole vehicle structure system is studied, and the dynamic characteristics of the whole vehicle structure system in the course of driving are analyzed.
This paper studies on the structure of the system by National Natural Science Foundation Project "wheel engineering vehicle transmission system research on the key technology of load spectrum" (project number: 50805065) of China. The 80 type wheel loader as the research object, analyze the multi-body dynamics of vehicle structure system in the running process of the establishment of dynamic model of cylinder. And analyzes the influence of different factors on cylinder stiffness and damping characteristics; according to the basic theory of multi-body dynamics, a dynamic vehicle loading machine structure system model of the loader in the running process of different working conditions of structure analysis of multibody system dynamics; the establishment of vehicle structure finite element model of vehicle structure modal analysis; installation of driving stability system in hydraulic system of working device, using the dynamic model of vehicle structure system, the dynamic characteristics of loader The damping performance of the driving stability system to the whole vehicle structure system is studied by the sex analysis.
The main work and content of this paper are as follows:
(1) describes the background and significance of this paper; through the inspection and analysis of a large number of literature, research situation of engineering vehicles at home and abroad were reviewed; describes some problems in the running process of the wheel loader, and combined with the development status of domestic and foreign vehicle engineering, describes the basic method and main content of this paper.
(2) the force analysis of the working device, introduced the driving force of the cylinder formula under the condition of loading; analysis of the working principle of machine working device hydraulic system, established a dynamic model of the cylinder; analysis of the impact of the boom cylinder and cylinder parameters of dynamic characteristics, research the load, road characteristics, height of work the lifting device, the influence of hydraulic oil and hydraulic oil leakage characteristic factors on the dynamic characteristics of the cylinder, the analysis lays the foundation for the modeling of vehicle structure system and multi-body dynamics.
(3) describes the selection method of loader tire model, the corresponding parameters of the tire model is determined, a tire dynamics model; through the analysis of road roughness theory, established the 3D equivalent volume road model; discusses the method to establish the mechanical model of cylinder and engine excitation model; the paper studies the method of building the virtual prototype system of vehicle structure the model, including the establishment of 3D entity model, the data file conversion, determine the vehicle structure system topological constraints and the corresponding motion and constraint set; add the vehicle structure system of tire model and 3D equivalent volume road model, established the structure model of vehicle dynamics loading machine.
(4) by determining the relevant simulation of vehicle structural parameters, according to the structure characteristics of the vehicle driving conditions, a loader vehicle structure dynamics model; selection of different conditions in the running process, analyzes the structure of multibody system dynamics of loader loaded with high speed and high load driving conditions, the kinematics characteristics and the dynamic characteristics of key components, and analyzes the dynamic load characteristics of each joint point; and the forward driving lifting unloading conditions, working conditions and falling back running device for driving steering dynamic characteristics analysis; on the running speed of the loader, road characteristics, factors lifting height on the impact loading the dynamic characteristics of machine structure and vehicle driving performance; according to the characteristic of oil cylinder support, analysis and comparison of the elastic cylinder and the cylinder of the whole rigid The dynamic effect of vehicle structure system; the whole structure simplified model and virtual prototype model analysis, dynamic effects of random surface characteristics and working device mounting structure of vehicle structure system; dynamic characteristic simulation research shows that the dynamic simulation model can be applied to the vehicle structure system of loader in the running process, the results more close to the actual project.
(5) the finite element model of loader vehicle structure is established based on the finite element method, modal analysis of vehicle structure system by using finite element software, the structure of full load and no-load conditions of natural frequency and vibration mode; excitation from road roughness, wheel tire and engine excitations etc. evaluation and analyze the driving performance of vehicle, vehicle system structure strength, provides a theoretical basis for the reliability analysis and damping performance.
(6) according to the running problems of loader, installation of stable driving system in hydraulic loader system, analysis of stiffness characteristics and damping characteristics of stable driving system, and the installation of driving loader stable system analyzed the vehicle structure. Multi body dynamic damping performance of driving system for stability the whole structure of the system, through the comparative analysis of calculation results, analysis of damping effect of the system on the vehicle driving stability structure. Analysis of driving stability system to reduce the vibration and impact of road roughness on the vehicle structure, provides basis for improving the reliability of the whole structure of the system and driving stability.
Finally, the full text is summarized, and some further research work is put forward.
According to the special conditions of driving loaders, the use of multi-body dynamics, finite element theory and method to establish the loader vehicle structure system model of multi body dynamics analysis of the loader system structure, the system describes the dynamic characteristics of structure system in the running process, the results of evaluation and analysis, to provide a basis for as the driving performance and structure to improve the reliability of wheel loader.

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH243

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本文编号：1424725