大型矿用挖掘机回转平台的参数化建模和结构优化

发布时间：2019-04-24 15:05

【摘要】：据国土资源部数据,截止2014年末,我国已探明煤炭资源储量达1.53万亿吨,稳居世界第一。煤矿开采的技术水平和机械化程度将直接影响煤炭的开采成本,决定企业在市场中的竞争力。近年来,越来越多的矿山采用了露天开采技术,这一趋势对大型矿用挖掘机的需求与日俱增,也对机械式挖掘机的技术和性能提出了更高的要求。大型矿用挖掘机主要包括动臂、斗杆、铲斗、回转平台、A形架和履带架等部件。回转平台承载着上车的动臂、A形架、配重、司机室和卷筒等部件,对挖掘机的整体性能起着重要的作用。目前,对矿用挖掘机的研究主要集中于动臂、斗杆、铲斗和斗齿等工作部件,对回转平台的研究还比较少,对回转平台的应力、应变分布规律的了解还不够透彻。本文得到了国家高技术研究发展计划(863计划)项目“75立方米大型露天矿用挖掘机研制”(项目编号:2012AA062001)的资助,以太原重型机械集团有限公司自主研发的WK-75型矿用挖掘机回转平台为研究对象。首先,对回转平台的图纸进行了分析,根据其结构特点来确定回转平台的总体控制参数。结合后期回转平台使用者对参数化的功能预期和对回转平台的结构分析,本次开发采用了扁平化的设计方法,基于UG下的WAVE模块和PTS模块建立了WK-75型矿用挖掘机回转平台和A形架的参数化模型及人机交互界面,并输出满足企业要求的工程图,直接指导工厂的生产。其次,将回转平台进行合理的简化,在Workbench软件中进行静力学强度分析和收敛性验证,得到了回转平台的应力云图和位移云图。分析结果表明:回转平台中部应变和应力都较小,与配重连接的后挡板处位移值最大,为3.5627mm;动臂连接支座处的应力值最大,为227.1Mpa,但满足结构的强度要求。对回转平台进行模态分析和谐响应分析,明确了动臂连接支座上表面为共振时位移最大处,论证了回转平台结构设计的合理性。最后,在Workbench中建立了动臂连接支座的参数化模型,对各板厚进行了应力影响因素分析,运用Design Exploration模块对其进行优化。优化完成后,在满足结构强度要求的情况下,较大程度的减小了钢板的厚度,使支座的重量减小了15.76%,节约了材料的使用。本文建立了WK-75型矿用挖掘机回转平台和A形架的参数化模型及人机交互界面,输出了满足企业要求的工程图。通过对回转平台的结构分析,明确了回转平台的薄弱部位,与实际使用中的工作状况进行比较,验证了分析结果的正确性。通过优化设计,达到了在设备全寿命周期内设计、使用和维护成本更低的目标,具有重要的实际意义。
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【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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