XG958装载机前后车架优化设计及动力学分析

发布时间：2017-09-18 21:46

  本文关键词：XG958装载机前后车架优化设计及动力学分析

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【摘要】：装载机是一种使用广泛的工程机械，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口及国防工程中。装载机车架一般包括整体式车架和铰接式车架两类。整体式装载机车架是一个刚性的整体，通常是由钢板经过焊接而成。铰接式装载机车架通常由前车架和后车架组成，而前后车架是通过铰销铰接在一起，，因此在水平面内前后车架是可以相对转动的。装载机车架承载着整台装载机的大部分重量，在作业、行走过程中还会受到各组成系统作用的力和力矩，所以要求装载机车架的强度必须满足需求，而对装载机车架进行强度分析是相当重要的。另外装载机作业或行驶时，经常受到冲击载荷作用，因此还需对装载机车架结构进行动力学研究。 首先根据厂方提供的资料在Pro/e中建立了XG958轮式装载机车架的三维实体模型，并导入到有限元分析软件ANSYS中创建有限元模型，运用ANSYS对其进行典型工况的整体受力分析，得到装载机前后车架在各种工况下的应力分布。 根据应力分布特点，采用重量约束导重准则法对车架进行等强度优化，确定了边界条件和性能约束，选取了20个板结构厚度为设计变量，确定了前后车架的总重量为目标函数，得出了优化结果，并对优化结果进行了各种工况下的有限元分析。 然后对优化后的前后车架分别进行了动力学模态分析，得到了车架的模态频率和振型，得到前后车架的刚度情况，并对前后车架刚度较弱的结构进行了适当的改进，结构改进后的前后车架的刚度得到明显的提高，最后对改进后的前后车架激励频率进行了验证。 本文通过对XG958轮式装载机的前后车架进行结构分析和模态分析，取得了比较理想的优化效果：不仅保证了结构的最大应力满足了220Mpa应力约束，而且使车架结构的重量从原始结构的2471kg下降到2439kg，减轻重量32kg。另外，通过模态分析，保证了车架有足够的刚度，避免了车架在工作中发生共振。
【关键词】：前后车架 有限元模型 有限元分析 导重准则法 模态分析
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本课题的研究内容14-15
• 第二章 有限元法和模态分析理论15-23
• 2.1 有限元法简介15-16
• 2.2 模态分析理论概述16-20
• 2.2.1 模态分析理论的基本假设17
• 2.2.2 固有振动特性17-20
• 2.3 ANSYS 软件简介20-23
• 第三章 车架的等强度优化设计23-32
• 3.1 等强度优化数学模型23
• 3.2 导重准则法23-27
• 3.3 确定约束条件27
• 3.4 设计变量的选取27-29
• 3.5 确定目标函数29
• 3.6 优化结果29-30
• 3.7 本章小结30-32
• 第四章 优化前后装载机车架应力情况分析32-55
• 4.1 前后车架的有限元分析32-36
• 4.1.1 前后车架有限元模型的建立32-34
• 4.1.2 确定车架所受载荷34-36
• 4.2 优化前后装载机车架有限元分析结果比较36-53
• 4.2.1 水平插入正载工况36-38
• 4.2.2 水平插入偏载工况38-39
• 4.2.3 倾覆掘起正载工况39-41
• 4.2.4 倾覆掘起偏载工况41-43
• 4.2.5 最大掘起力正载工况43-44
• 4.2.6 最大掘起力偏载工况44-46
• 4.2.7 动臂最大掘起力正载工况46-48
• 4.2.8 动臂最大掘起力偏载工况48-49
• 4.2.9 最大掘起力与水平插入正载联合工况49-51
• 4.2.10 最大掘起力与水平插入偏载联合工况51-53
• 4.3 本章小结53-55
• 第五章 前后车架的模态分析55-66
• 5.1 模态分析概述55
• 5.2 前后车架模态分析的基本过程55
• 5.3 模态提取方法55-56
• 5.4 建立前后车架的有限元模型56
• 5.5 前车架模态分析结果56-58
• 5.6 后车架模态分析结果58-60
• 5.7 前后车架结构改进60
• 5.8 前车架改进后模态分析结果60-62
• 5.9 后车架改进后模态分析结果62-64
• 5.10 利用模态分析结果对车架模型进行验证64-66
• 第六章 结论66-67
• 参考文献67-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：877696