WK-75型矿用挖掘机铲斗斗杆组件疲劳寿命分析

发布时间：2017-11-19 02:15

  本文关键词：WK-75型矿用挖掘机铲斗斗杆组件疲劳寿命分析

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【摘要】：矿用机械式挖掘机是大型露天矿中关键的机械设备,其疲劳耐久性和可靠性直接影响着大型露天矿的生产效率和经济效益;同时,随着《中国制造2025》这一战略的提出,开发具有节能环保、质量可靠、节省成本和性能良好的产品成为新时期工程机械领域的发展方向。论文结合国家高技术研究发展计划(863计划)项目“75m~3大型露天矿用挖掘机研制(NO.2012AA062001)”,对WK-75型矿用挖掘机铲斗斗杆组件的疲劳寿命进行研究,包括对铲斗斗杆组件的静力学强度分析和校核,挖掘过程的离散元仿真分析和刚体动力学仿真分析,并在此基础上考虑不同物料的物理性能差异,计算铲斗斗杆组件挖掘不同级别物料时的疲劳寿命。在查阅国内外相关文献的基础上,综述了机械式挖掘机的发展历程、目前主要的研究方向及其应用技术。结合多轴疲劳破坏准则,针对目前机械式挖掘机工作装置的疲劳分析中载荷谱难以获取的问题,提出一种新的解决办法来计算铲斗斗杆组件疲劳寿命,并进行了以下工作:首先,在ANSYS Workbench软件中建立了有限元分析计算模型,在铲斗危险工况和斗杆危险工况下分别进行分步仿真计算,校核铲斗斗杆组件的静力学强度。结果显示,铲斗斗杆组件符合静力学强度要求,且在斗杆危险工况下其应力水平较高,因此该工况下的分析结果可作为疲劳寿命计算的基础。其次,基于离散单元法理论,在EDEM软件中进行了挖掘物料过程仿真计算,对挖掘过程中铲斗内物料重力及挖掘阻力的变化规律进行分析,并对仿真得到的载荷时间历程结果进行处理,减弱了计算结果因为颗粒生成的随机性引起的大幅波动。从动力学理论出发,以经过处理的载荷时间历程结果作为输入参数,在ADAMS软件中进行了典型作业过程仿真分析,获得了提升力和推压力的载荷时间历程。最后,基于多轴高周疲劳寿命准则,以斗杆危险工况下的有限元计算结果作为基础文件,结合采用Seeger算法估算得到的铲斗斗杆组件疲劳性能参数,将仿真所得各载荷时间历程与静力学分析中各个载荷步进行关联,在FE-SAFE软件中选择von Mises-Goodman算法计算了铲斗斗杆组件的疲劳寿命。此外,在前述工作的基础上更改载荷比例因子,结合载荷比例因子与物料等级的对应关系,得到了挖掘不同级别物料铲斗斗杆组件的疲劳寿命。本课题的研究为大型矿用机械式挖掘机工作装置的疲劳寿命分析提供了方法指导;为工程中WK-75型挖掘机的检修决策和结构改进提供了依据;对同系列大型矿用挖掘机的有限寿命设计和结构优化设计具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD422.2

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本文编号：1201959