液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析

1、浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析姓名：任友良申請學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：邱清盈20100101浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析摘要液壓挖掘機(jī)的工作環(huán)境惡劣，工作裝置作為主要的受載部件，其結(jié)構(gòu)性能對(duì)挖掘機(jī)的整機(jī)性能、工作可靠性和安全性有重要的影響我國的挖掘機(jī)制造業(yè)起步較晚、起點(diǎn)低、設(shè)計(jì)方法落后，挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常出現(xiàn)動(dòng)臂和斗桿裂紋失效、挖掘區(qū)域不合理和振動(dòng)劇烈等問題，使得國內(nèi)挖掘機(jī)缺乏競爭力，市場占有率低，嚴(yán)重制約著我國挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展。為此，結(jié)合企業(yè)的科研攻關(guān)項(xiàng)目和實(shí)際要求，本文對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了深入研究，

2、開展了液壓油缸對(duì)工作裝置動(dòng)態(tài)性能影響分析與考慮銷軸接觸影響分析的工作裝置整體結(jié)構(gòu)性能分析等研究工作。全文共分六章。第章闡明了課題研究背景及其意義，系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外在液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能方面的研究工作，總結(jié)了結(jié)構(gòu)性能分析的幾種建模方法，確定了本文的主要研究內(nèi)容；第章對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)過程、工作裝置的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了論述，在挖掘機(jī)工作裝置受力分析基礎(chǔ)上，確定了進(jìn)行工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析的七種典型工況；第章分析了液壓油缸的不同建模策略對(duì)工作裝置模態(tài)性能的影響，并進(jìn)行了典型工況下的模態(tài)性能分析；第章對(duì)工作裝置的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等關(guān)鍵部件單獨(dú)進(jìn)行了典型工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析；第章建立了考慮銷軸接觸影響

3、的工作裝置整體結(jié)構(gòu)分析模型，進(jìn)行了典型工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，并與單個(gè)部件的分析結(jié)果進(jìn)行了比較，分析了兩種分析方式的優(yōu)缺點(diǎn)，另外考慮到挖掘機(jī)實(shí)際工作時(shí)，可能受到偏載和側(cè)向載荷等情況，對(duì)工作裝置整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了典型工況下的偏載和側(cè)向載荷下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析；第章作為本文的結(jié)尾，對(duì)整篇文章進(jìn)行了總結(jié)，并提出了對(duì)下一步研究工作的展望。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能有限元分析浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析，；，；，；，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析，；，；，：，浙江大學(xué)研究生學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。

4、除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得浙逛太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意學(xué)位論文作者鮐萎簽字日期。年弓月鄉(xiāng)日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解浙婆太堂有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交本論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借闋。本人授權(quán)浙塑太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位黻儲(chǔ)張王良簽字日期：年月鄉(xiāng)日曠互峰泰胗河

5、衫溺吼各，蝴參陽稚字浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析致謝值此論文完稿之際，首先要向我的導(dǎo)師邱清盈副教授致以最誠摯的謝意。在我攻讀碩士學(xué)位期間，導(dǎo)師在思想、學(xué)業(yè)、科研和生活等諸多方面都給予了悉心的指導(dǎo)和熱情的幫助，論文的每一個(gè)字句都凝聚著導(dǎo)師的心血和教誨。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、科學(xué)的研究方法和誨人不倦的品德讓我受益匪淺，值得我永遠(yuǎn)欽佩和學(xué)習(xí)。在此謹(jǐn)以最真摯的祝福祝邱老師及其家人身體健康，幸福美滿！深深感謝馮培恩教授、李玉良副教授、武建偉老師、管成老師和高宇老師等在這兩年多來對(duì)我的無私幫助和熱心指點(diǎn)，從他們身上學(xué)到了許多寶貴的知識(shí)和方法深深感謝我的父母在精神和物質(zhì)上給我

6、的全力支持。在我的成長和學(xué)習(xí)道路上，你們無私的愛和樸實(shí)的言語感動(dòng)教誨著我，讓我健康成長、學(xué)有所成。感謝張惠、薛池、來曉靚、曾令斌、徐振、庹福幸、王向煒、張敏杰、馮繼文、李志萍、張偉謙、劉靖偉、毛曉輝、王鋼飚、潘丁丁等同學(xué)的關(guān)心幫助。最后感謝所有關(guān)心幫助我的親人和朋友，向你們致以我最誠摯的謝意和祝福。任友良年月于求是園新大學(xué)學(xué)女挖“帆镕目緒論結(jié)構(gòu)的性能分析，特別是其動(dòng)靜態(tài)強(qiáng)度和剛度性能的分析是關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要因素。隨著液壓挖掘機(jī)向高速，重載和輕量化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜態(tài)性能分析與優(yōu)化對(duì)提高液壓挖掘機(jī)的工作性能，降低其成本、提高其工作的可靠性和安全性以及縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期起著越來越重要的作

7、用。如何利用技術(shù)和軟件快速地開發(fā)和設(shè)計(jì)產(chǎn)品己成為提高企業(yè)競爭力的關(guān)鍵性因素。課題背景及研究意義液壓挖掘機(jī)具有多種工作裝置，通過更換不同的工作裝置，可以實(shí)現(xiàn)清淤、鉆孔和起重等功能，同時(shí)其還具有工作效率高、便于操作的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于建筑施工、能菲工程、礦山采掘，城市道路以及現(xiàn)代化的軍事工程等機(jī)械化施工領(lǐng)域，是工程機(jī)械中最重要的品種之一。液壓挖掘機(jī)在進(jìn)行土石方工程的工作時(shí)，利用其工作裝置對(duì)土石方進(jìn)行挖掘，因此高性能和高可靠性的工作裝置是挖掘機(jī)整機(jī)先進(jìn)性的重要體現(xiàn)。田為施工中的液壓挖掘機(jī)。囤正在施工的液壓挖掘機(jī)液壓挖掘機(jī)的工作裝置主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和相應(yīng)的三組油缸以及連桿機(jī)構(gòu)組成的一種多桿機(jī)構(gòu)

8、，通過控制三組油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)各種位置的挖掘液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作過程中，工作裝置的運(yùn)動(dòng)和受力情況均較復(fù)雜，主要表現(xiàn)在：）工作對(duì)象的多樣性，挖掘機(jī)是通過鏟斗與土壤問的相互作用實(shí)現(xiàn)挖掘的，在各種施工場地工作時(shí)，土質(zhì)條件較復(fù)雜，受力情況難以確定；）工作過程是通過驅(qū)動(dòng)三組油缸的復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)動(dòng)作要由兩個(gè)以上的部件參與實(shí)現(xiàn)；浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析）在挖掘過程中，工作裝置姿態(tài)不斷變化，使得挖掘力也隨之變化，實(shí)際的挖掘力難以確定，工作裝置承受著拉壓、扭轉(zhuǎn)、振動(dòng)和慣性沖擊等多種載荷的復(fù)合作用為提高現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化水平，加快建設(shè)步伐，減輕勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，挖掘機(jī)的市場需求巨大

9、，各國正大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，就如何提高整機(jī)工作性能進(jìn)行了相關(guān)的理論和試驗(yàn)研究。我國液壓挖掘機(jī)制造業(yè)起步較晚，且設(shè)計(jì)和制造水平相對(duì)較低，工程實(shí)踐中常出現(xiàn)各種失效問題，如動(dòng)臂和斗桿在規(guī)定壽命范圍內(nèi)開裂、工作裝置的鉸點(diǎn)連接處銷軸的過早斷裂、挖掘區(qū)域不合理和機(jī)體干涉等，這些因素嚴(yán)重制約著我國挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展，因而市場占有率低、競爭力弱。針對(duì)某型液壓挖掘機(jī)工作裝置中動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等出現(xiàn)裂紋失效問題，本課題結(jié)合與企業(yè)的合作項(xiàng)目，通過對(duì)工作裝置和各關(guān)鍵部件進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)性能分析，揭示其失效機(jī)理和設(shè)計(jì)中各部件上強(qiáng)度應(yīng)加強(qiáng)的關(guān)鍵部位，為挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和改進(jìn)措施，這對(duì)提高我國挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)

10、市場競爭力，推動(dòng)我國挖掘機(jī)行業(yè)快速向前發(fā)展起著重要的作用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀液壓挖掘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)主要由工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走機(jī)構(gòu)等三部分組成，其中工作裝置是直接參與工作的部分，承受的載荷巨大且變化頻繁，其結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性備受關(guān)注。目前，國內(nèi)外研究人員對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的性能分析主要研究工作集中在運(yùn)動(dòng)學(xué)、鏟斗軌跡規(guī)劃與控制、動(dòng)力學(xué)、工作裝置的結(jié)構(gòu)分析、靈敏度、振動(dòng)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與相關(guān)的試驗(yàn)研究方面。（）工作裝置運(yùn)動(dòng)方程與挖掘區(qū)域?qū)σ簤和诰驒C(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方面進(jìn)行研究，可以確定挖掘區(qū)域，通過研究其運(yùn)動(dòng)方程，從而可以對(duì)挖掘過程進(jìn)行規(guī)劃和控制等。相關(guān)研究工作如浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研

11、究所的劉靜運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)理論，推導(dǎo)了挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程，并在開發(fā)了挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型【；長安大學(xué)的劉本學(xué)利用法建立了工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并在環(huán)境下得到了鏟斗齒尖浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析的運(yùn)動(dòng)軌跡【；吉林大學(xué)的杜文靖、姬鵬、孫志廣等人對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)則做了比較全面的研究，并編制了專用的運(yùn)動(dòng)性能分析軟件【，；文獻(xiàn)【】對(duì)挖掘機(jī)在給定軌跡和土壤參數(shù)時(shí)的自動(dòng)挖掘過程進(jìn)行了分析，分析了挖掘力和工作裝置仰角間的關(guān)系，并對(duì)鏟斗進(jìn)行了挖掘軌跡優(yōu)化；韓國的等人對(duì)配有旋轉(zhuǎn)裝置的挖掘機(jī)推導(dǎo)了其運(yùn)動(dòng)方程并對(duì)靜態(tài)控制進(jìn)行了研型刀；而臺(tái)灣學(xué)者等人為用于教育設(shè)計(jì)了一

12、款氣動(dòng)挖掘機(jī)，并對(duì)工作裝置挖掘區(qū)域、動(dòng)臂的靜態(tài)分析和遠(yuǎn)程控制進(jìn)行了研究【】（）鏟斗軌跡規(guī)劃與控制對(duì)鏟斗的軌跡進(jìn)行規(guī)劃和控制能提高挖掘效率，并且有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)挖掘，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。季炳偉對(duì)挖掘機(jī)的鏟斗軌跡進(jìn)行控制和優(yōu)化研究，建立了數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，采用遺傳算法尋優(yōu)，通過對(duì)多種規(guī)劃策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明該規(guī)劃方法極大降低了液壓系統(tǒng)的振動(dòng)沖擊，提高了挖掘機(jī)操縱平穩(wěn)性【；中南大學(xué)智能機(jī)械研究所的相關(guān)人員對(duì)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)和相關(guān)的試驗(yàn)進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)】、【】、【對(duì)鏟斗軌跡跟蹤控制進(jìn)行了研究，同時(shí)建立了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合相關(guān)的試驗(yàn)對(duì)鏟斗的軌跡跟蹤控制進(jìn)行了研究。日本學(xué)者通過對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的挖掘機(jī)操作

13、人員操作挖掘機(jī)整個(gè)過程進(jìn)行分析，而后進(jìn)行利用控制技術(shù)來模擬這種經(jīng)驗(yàn)操作人員駕駛技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高效挖掘的研究【，；文獻(xiàn)】對(duì)大型挖掘機(jī)鏟斗的軌跡進(jìn)行了跟蹤研究；文獻(xiàn)針對(duì)不同的施工環(huán)境對(duì)反鏟液壓挖掘機(jī)鏟斗的軌跡進(jìn)行了優(yōu)化；文獻(xiàn)【】使用延時(shí)控制方法對(duì)如何使挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)直線挖掘進(jìn)行了研究。隨著工作要求的提高，挖掘機(jī)已逐步開始由人工操作向遠(yuǎn)程控制自動(dòng)操作方向發(fā)展，文獻(xiàn)【】利用全球定位系統(tǒng)（）對(duì)一個(gè)具有六自由度的液壓挖掘機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)控制，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)后用和軟件的仿真說明了其方法的可行性（）動(dòng)力學(xué)對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究可以確定其動(dòng)態(tài)特性，也是進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。于國飛等人運(yùn)用機(jī)械手的原理，將液

14、壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)器人化，運(yùn)用拉格朗日功能平衡法推導(dǎo)了工作裝置的動(dòng)力學(xué)方程，為研究自動(dòng)控制和動(dòng)力學(xué)仿真奠定了基礎(chǔ)【；黎業(yè)飛等人建立了挖掘機(jī)的剛?cè)峄旌夏Ｐ?，?duì)具有浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析時(shí)交固頻特性的工作裝置進(jìn)行了整個(gè)作業(yè)循環(huán)的動(dòng)力學(xué)分析，得到了工作裝置受力最大處的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布情況【；文獻(xiàn)【】對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，并將其結(jié)果應(yīng)用于挖掘機(jī)工作過程的控制中；文獻(xiàn)】使用迭代的建立了挖掘機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，得出了一些有益的結(jié)論；文獻(xiàn)中利用牛頓法對(duì)斗桿進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析研究；文獻(xiàn)【】對(duì)露天采礦的挖掘機(jī)的鏟斗進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析；文獻(xiàn)】對(duì)在

15、可變形土壤上進(jìn)行挖掘的單斗液壓挖掘機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究。（）結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)構(gòu)的有限元分析是優(yōu)化的基礎(chǔ)，優(yōu)化是提高產(chǎn)品性能、降低生產(chǎn)成本、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的重要手段，其最終目的是為產(chǎn)品服務(wù)【。錢仲焱和薛彩軍等人對(duì)挖掘機(jī)工作裝置中的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行了單件的分析，運(yùn)用彈簧、梁和板等單元建立了簡化的工作裝置的整體有限元模型，并進(jìn)行了模態(tài)分析，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化【，；文獻(xiàn)【，利用桿和實(shí)體單元對(duì)工作裝置整體進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析；其他一些學(xué)者則對(duì)工作裝置鏟斗、斗桿和動(dòng)臂單件進(jìn)行了有限元靜力學(xué)分析究，；文獻(xiàn)【】應(yīng)用無網(wǎng)格有限元法對(duì)鏟斗在整個(gè)挖掘過程中的受力進(jìn)行了研究，并指出網(wǎng)格有限元法由于大變形和網(wǎng)格的

16、扭曲不能模擬該過程，并分別用離散元法（）和物點(diǎn)法（建模，并對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果說明物點(diǎn)法能更準(zhǔn)確地估算出鏟斗的受力。（）靈敏度分析對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈敏度分析有利于明確優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向。文獻(xiàn)【】在工作裝置模態(tài)測試的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了質(zhì)量和剛度對(duì)固有頻率影響的試驗(yàn)靈敏度研究，得出了質(zhì)量和剛度對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的主要影響部位；文獻(xiàn)對(duì)動(dòng)臂的靜強(qiáng)度進(jìn)行了靈敏度分析（）振動(dòng)分析多數(shù)結(jié)構(gòu)是在受到外部激勵(lì)或自身動(dòng)力的作用下運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)往往主要部分甚至全部都是振動(dòng)，振動(dòng)分析在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)中具有重要地位，并隨著對(duì)動(dòng)態(tài)特性要求的提高愈顯得突出】文獻(xiàn)】利用軟件對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的自激振動(dòng)控制進(jìn)行了研究，并通過數(shù)字仿真證明了其降低機(jī)械

17、振動(dòng)方法的浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析有效性；美國專利【】通過對(duì)鏟斗結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)明一種阻尼減振器，減輕了結(jié)構(gòu)的機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)；波蘭的利用在軟件的環(huán)境中基于框圖法編寫的程序?qū)ν诰驒C(jī)模型通過施加動(dòng)靜態(tài)激勵(lì)進(jìn)行了振動(dòng)分析【（）結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化和降低加工成本的必要手段薛彩軍在其博士學(xué)位論文中利用結(jié)構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化方法對(duì)工作裝置的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了其質(zhì)量提高了其使用性能（；文獻(xiàn)【】應(yīng)用靈敏度歸一化的處理方法對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了其應(yīng)力，提高了局部剛度。（）試驗(yàn)研究液壓挖掘機(jī)的研制需要進(jìn)行各方面性能和可靠性試驗(yàn)，包括強(qiáng)度、操縱、耐久性等，在經(jīng)過

18、嚴(yán)格的科學(xué)試驗(yàn)和用戶評(píng)價(jià)之后，才能定型生產(chǎn)。試驗(yàn)研究是判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣最原始也是最可靠的方法。波蘭的等人通過試驗(yàn)研究了在挖掘過程中，挖掘機(jī)鏟斗不同形狀對(duì)挖掘效率的影響【；文獻(xiàn)【】通過實(shí)驗(yàn)并利用色彩、飽和值和顏色值空間對(duì)液壓挖掘機(jī)在挖掘過程非工作時(shí)間進(jìn)行了研究，從而通過控制設(shè)備的非工作時(shí)間提高了設(shè)備的使用效率；文獻(xiàn)【】為控制安裝在駁船上液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂的疲勞裂紋所帶來的危險(xiǎn)，在結(jié)構(gòu)上安裝測量儀表，通過檢測決定結(jié)構(gòu)應(yīng)變特性的靜動(dòng)態(tài)載荷，開發(fā)了一個(gè)液壓挖掘機(jī)的疲勞檢測系統(tǒng)從以上研究情況來看，國內(nèi)外對(duì)工作裝置的研究主要是對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，包括相關(guān)的軌跡控制，挖掘區(qū)域的圖形顯示等方面，這些方面的研究較為

19、成熟，相關(guān)研究人員都編制了專用計(jì)算機(jī)程序；另外對(duì)工作裝置的動(dòng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析研究，現(xiàn)在正逐步從單件的研究向提高整機(jī)性能的方向發(fā)展，隨著軟硬件條件的發(fā)展，結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行研究正被越來越多的研究人員所采用。結(jié)構(gòu)性能分析的建模方法研究對(duì)事物的研究往往是一個(gè)從抽象到具體的過程，結(jié)構(gòu)的性能分析也不例外。結(jié)構(gòu)的性能分析以往常常是根據(jù)力學(xué)知識(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施簡化，然后應(yīng)用桿或者梁的浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析理論對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。隨著有限元等數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的交叉應(yīng)用與發(fā)展，應(yīng)用有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算相比以往的連續(xù)體的理論簡化模型有了很大的進(jìn)步。由于對(duì)結(jié)構(gòu)整體甚至整機(jī)

20、進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析相當(dāng)耗時(shí)，以往用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，主要對(duì)單個(gè)重要部件進(jìn)行分析。隨著對(duì)產(chǎn)品整體性能要求的提高，對(duì)單個(gè)部件進(jìn)行分析已不能滿足要求，從而演變?yōu)閷?duì)整體中的主要關(guān)心的部件進(jìn)行精細(xì)建模和次要部件進(jìn)行理論簡化建模的混合建模方法，并將逐步向真實(shí)的整體模型逼近的方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)分析有如下幾種典型的建模方法：（）單個(gè)結(jié)構(gòu)的分析模型對(duì)單件結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析，可以比較詳細(xì)地了解各個(gè)結(jié)構(gòu)的單獨(dú)力學(xué)性能和便于進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如愛爾蘭的等人在軟件平臺(tái)上對(duì)聯(lián)合收割機(jī)的前橋進(jìn)行了靜力分析，得出了安全系數(shù)較低和型前橋不適合被安裝在改進(jìn)后的聯(lián)合收割機(jī)上的結(jié)論；波蘭的等人對(duì)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承的載荷分布進(jìn)行了力學(xué)分析【；而

21、塞爾維亞的§等人對(duì)斗輪挖掘機(jī)的拉桿失效問題進(jìn)行了力學(xué)分析【；長春裝甲兵技術(shù)學(xué)院的等人對(duì)挖掘機(jī)駕駛室頂蓋進(jìn)行了分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等【。對(duì)單件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析仍將是結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的重要方面，因?yàn)閷?duì)單個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)有建模簡單、耗時(shí)少和便于優(yōu)化等特點(diǎn)，且在大多數(shù)情況下，我們主要關(guān)心某個(gè)結(jié)構(gòu)的性能，而非所有結(jié)構(gòu)的性能。（）結(jié)構(gòu)整體的簡化模型分析通過建立結(jié)構(gòu)總體的簡化模型，并進(jìn)行研究有利于了解總體的動(dòng)態(tài)特性，如整個(gè)結(jié)構(gòu)的自然頻率和振型等。如浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所的錢仲焱在其博士學(xué)位論文中利用梁、板、質(zhì)量和彈簧單元對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行了模態(tài)分析【刀；而羅馬尼亞的】等人通過直接建立起重機(jī)的有限元節(jié)點(diǎn)模型，對(duì)

22、起重機(jī)整機(jī)進(jìn)行了模態(tài)分析。通過建立整體的簡化模型能了解整機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，但這種方法精度相對(duì)較低。（）整體結(jié)構(gòu)的部分簡化模型分析對(duì)整機(jī)或者多個(gè)部件組成的整體進(jìn)行分析時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)將關(guān)心的部件采用浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析詳細(xì)模型而其他結(jié)構(gòu)采用簡化模型的方法進(jìn)行建模，這種方法可以減小計(jì)算的規(guī)模，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，容易得到所關(guān)心的結(jié)構(gòu)整體相關(guān)性能，是目前比較普遍的整體性能分析建模方法。如文獻(xiàn)【】中對(duì)輪武裝載機(jī)工作裝置采用了梁桿單元和實(shí)體單元混合建立了整體模型并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度分析和優(yōu)化本課題的主要研究內(nèi)容本課題結(jié)合與企業(yè)的合作項(xiàng)目，針對(duì)企業(yè)的實(shí)際要求，從工程應(yīng)用的實(shí)際出發(fā)，對(duì)液壓挖掘

23、機(jī)工作裝置的動(dòng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析研究，主要研究內(nèi)容如下：（）分析液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和工作裝置的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)工作裝置進(jìn)行挖掘阻力和挖掘力等受力分析，通過對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)工況進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)性能分析的典型工況；（）根據(jù)模態(tài)分析技術(shù)，研究整體分析中的銷軸聯(lián)接和液壓缸的處理問題，并用幾種液壓缸的處理方法建立工作裝置的整體模型，并對(duì)模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，驗(yàn)證考慮液壓油特性的固液耦合建模方法的有效性，建立工作裝置整體的分析模型，對(duì)工作裝置進(jìn)行整體的模態(tài)分析；（）對(duì)工作裝置中的關(guān)鍵部件的鉸點(diǎn)力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)其中的動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行靜態(tài)有限元強(qiáng)度分析，通過對(duì)結(jié)果的分析，指出其設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部位和應(yīng)注意的

24、問題；（）通過將工作裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行集成，利用有限元軟件中接觸等非線性方法來模擬銷軸聯(lián)結(jié)，結(jié)合均載、偏載和側(cè)向載荷三種受力情況，對(duì)其進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)靜態(tài)性能分析。本課題的組織結(jié)構(gòu)本課題的組織結(jié)構(gòu)如下：第章首先闡述了課題的研究背景及其意義，然后系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外學(xué)者在工作裝置性能分析上所進(jìn)行的工作和研究情況，總結(jié)在結(jié)構(gòu)性能分析中常用浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析的幾種分析模型，最后給出本文的主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)；第章分析液壓挖掘機(jī)的工作情況和工作裝置的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)工作裝置進(jìn)行受力分析，通過對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)情況的分析，確定進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)性能結(jié)構(gòu)分析時(shí)的典型工況；第章建立工作裝置的

25、三維實(shí)體模型，結(jié)合模態(tài)分析的相關(guān)理論對(duì)整個(gè)工作裝置的三維實(shí)體模型進(jìn)行處理，以便于模態(tài)分析的結(jié)果更符合實(shí)際情況，并進(jìn)行典型工況下的模態(tài)分析，提取各種工況下工作裝置的前階模態(tài)頻率和前階模態(tài)的振型圖，分析各共振頻率下的振動(dòng)情況；第章對(duì)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等關(guān)鍵部件進(jìn)行靜態(tài)有限元強(qiáng)度分析，指出設(shè)計(jì)這些部件時(shí)應(yīng)加強(qiáng)的部位和改善其強(qiáng)度的措施；第章對(duì)接觸問題進(jìn)行論述，通過設(shè)置各部分結(jié)合處的接觸關(guān)系定義相關(guān)接觸，對(duì)液壓挖掘機(jī)的整個(gè)工作裝置進(jìn)行非線性有限元靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能分析，并將其分析結(jié)果與第章的單個(gè)部件的分析結(jié)果進(jìn)行比較，分析了集成和非集成對(duì)工作裝置分析的特點(diǎn)，并對(duì)工作裝置受偏載和側(cè)向載荷兩種特殊受力情況進(jìn)行靜態(tài)結(jié)

26、構(gòu)強(qiáng)度分析，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)；第章對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)下一步要進(jìn)行的工作進(jìn)行展望。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析液壓挖掘機(jī)工作裝置的受力與工況分析首先分析液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而對(duì)挖掘力的計(jì)算進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)作業(yè)工況進(jìn)行分析，確定了要進(jìn)行后續(xù)分析的七種典型工況。液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程液壓挖掘機(jī)的功能運(yùn)動(dòng)主要包括整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸和其他輔助動(dòng)作，如圖所示。圖液壓挖掘機(jī)的功能運(yùn)動(dòng)整機(jī)行走；轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)；。動(dòng)臂升降；斗桿收放；鏟斗裝卸液壓挖掘機(jī)的整個(gè)工作過程【】包括以下幾個(gè)方面：）挖掘：液壓挖掘機(jī)的挖掘主要通過三種方式實(shí)現(xiàn)

27、：斗桿挖掘、鏟斗挖掘以及鏟斗和斗桿聯(lián)合挖掘，該過程主要通過斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作完成，必要時(shí)配以動(dòng)臂動(dòng)作。）滿斗舉升回轉(zhuǎn)：挖掘結(jié)束，動(dòng)臂帶動(dòng)鏟斗滿斗提升，同時(shí)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)使回轉(zhuǎn)平臺(tái)至卸載位置，該過程主要是回轉(zhuǎn)平臺(tái)和動(dòng)臂的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。）卸載：驅(qū)動(dòng)斗桿油缸和鏟斗油缸使鏟斗完成卸載，為達(dá)到合適的卸載位置，還要配以動(dòng)臂油缸動(dòng)作。此過程須通過鏟斗、斗桿和動(dòng)臂的復(fù)合運(yùn)動(dòng)來完成。）空斗返回：卸載完成后，回轉(zhuǎn)平臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，配以動(dòng)臂和斗桿的運(yùn)動(dòng)使鏟斗放在新的挖掘位置。此過程是回轉(zhuǎn)平臺(tái)、動(dòng)臂和斗桿的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。）整機(jī)移動(dòng)：整機(jī)運(yùn)動(dòng)到新的工作位置。）姿態(tài)調(diào)整與保持：即滿足運(yùn)輸、停放和檢修等要求的姿態(tài)，如圖所浙江大學(xué)碩士學(xué)

28、位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析）其他輔助作業(yè)工況圖姿態(tài)調(diào)整與保持工況下的挖掘機(jī)姿態(tài)液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)原則在進(jìn)行任何事情時(shí)，都要涉及到方法論同樣，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有著一定的原則和要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則【】包括明確、簡單和安全三個(gè)方面，即：滿足所需的技術(shù)功能；經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)；對(duì)人和環(huán)境均安全。）注意到明確性的要求，有利于預(yù)先確定其作用和性能，在多數(shù)情況下能節(jié)省研究時(shí)間和費(fèi)用；）簡單性原則保證在正常情況下可獲得一個(gè)經(jīng)濟(jì)的解決方案。同時(shí)由于使用簡單的結(jié)構(gòu)形式和較少的零件能較快和較好地完成產(chǎn)品的加工；）安全性要求促使人們堅(jiān)持耐用、環(huán)保、可靠和消除事故等原則去處理問題。以上的三點(diǎn)原則是

29、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總原則，三者之間既相互區(qū)別又相互聯(lián)系，是辯證統(tǒng)一體。工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一。常用的液壓挖掘機(jī)工作裝置有正鏟裝置（包括裝載裝置）、反鏟裝置、起重裝置和抓斗裝置，其中反鏟裝置是中小型液壓挖掘機(jī)最常用的工作裝置矧。由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，外載荷變化大，工作條件惡劣，經(jīng)常承受著振動(dòng)和沖擊，因此對(duì)工作裝置有較高的設(shè)計(jì)要求。工作裝置的設(shè)計(jì)原則如下：（一）使用方面的要求（）作業(yè)范圍和運(yùn)輸要求液壓挖掘機(jī)的作業(yè)范圍和挖掘區(qū)域的主要參數(shù)如圖所示。設(shè)計(jì)工作裝置時(shí)，幾何尺寸除要便于運(yùn)輸外，滿足合理的挖掘力的分布特性，應(yīng)使挖掘機(jī)在釜浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)

30、性能分析主要挖掘區(qū)域內(nèi)能實(shí)現(xiàn)以最大挖掘力挖掘。在主要挖掘區(qū)域內(nèi)，挖掘機(jī)是以挖掘地面以下，自下而上，向機(jī)身運(yùn)動(dòng)的方式挖掘，這種方式下，裝載效率高，循環(huán)時(shí)間短，便于卸載，司機(jī)視野好，生產(chǎn)率高且安全圖液壓挖掘機(jī)作業(yè)范圍和挖掘區(qū)域主要參數(shù)囹：最大挖掘半徑；：最大挖掘深度；：最大挖掘高度；：最大卸載高度；：履帶板的長度；：停機(jī)面最大挖掘半徑（）整機(jī)穩(wěn)定性整機(jī)的穩(wěn)定性與工作裝置的設(shè)計(jì)有著密切的聯(lián)系，應(yīng)使設(shè)計(jì)的工作裝置滿足挖掘機(jī)在工作和停放時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)傾翻等情況。（）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求是設(shè)計(jì)工作裝置時(shí)，應(yīng)使工作裝置在各種受力情況下，工作裝置的應(yīng)服從各部分結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和變形規(guī)律，保證設(shè)計(jì)的工作裝置應(yīng)具有

31、足夠的強(qiáng)度。（二）經(jīng)濟(jì)方面的要求設(shè)計(jì)工作裝置在滿足使用要求的同時(shí)應(yīng)避免因單純追求技術(shù)性能而忽視了經(jīng)濟(jì)成本，在努力提高挖掘機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下應(yīng)注意節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本。在工作裝置的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的參數(shù)和零部件，從而節(jié)省設(shè)計(jì)和制造成本，降低維修工作量，保證產(chǎn)品質(zhì)量。工作裝置的受力分析對(duì)工作裝置進(jìn)行受力分析包括挖掘阻力和挖掘力分析兩方面。挖掘力受各浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析種因素的影響，比較難以確定，有學(xué)者從鏟斗油缸和斗桿油缸復(fù)合挖掘?qū)ν诰蛄M(jìn)行了研究¨，而另一些學(xué)者則從挖掘姿態(tài)上研究了整機(jī)的最大挖掘力問題【，本文參考了文獻(xiàn)【】中的論

32、述對(duì)挖掘的受力進(jìn)行分析，為便于敘述，先介紹挖掘機(jī)的參數(shù)和坐標(biāo)系設(shè)定，然后分別分析反鏟工作裝置的受力情況。參數(shù)設(shè)定和坐標(biāo)設(shè)定圖液壓挖掘機(jī)總體坐標(biāo)和參數(shù)液壓挖掘機(jī)的總體坐標(biāo)設(shè)定如圖所示，圖中的各參數(shù)的含義說明如下：表示動(dòng)臂油缸與回轉(zhuǎn)平臺(tái)的鉸點(diǎn)；表示動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)；表示動(dòng)臂與回轉(zhuǎn)平臺(tái)的鉸點(diǎn)；表示斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)；表示斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)；表示動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)；表示鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)；表示鏟斗油缸與連桿機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)；表示連桿機(jī)構(gòu)與斗桿的鉸點(diǎn)；表示斗桿與鏟斗的鉸點(diǎn)；表示連桿機(jī)構(gòu)與鏟斗的鉸點(diǎn)；表示鏟斗的齒尖。所建立的總體坐標(biāo)系的軸是停機(jī)水平面，軸通過回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心并垂直于軸，點(diǎn)為總體坐標(biāo)系的

33、原點(diǎn)也即軸與軸的交點(diǎn)。挖掘阻力分析反鏟裝置有鏟斗油缸挖掘（鏟斗挖掘）、斗桿油缸挖掘（斗桿挖掘）、或兩缸同時(shí)復(fù)合挖掘三種方式。通常在土質(zhì)松軟或者斗容量小于時(shí)以鏟斗挖掘?yàn)橹?，反之則以斗桿挖掘?yàn)橹鳌＃ǎ╃P斗挖掘阻力計(jì)算浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析鏟斗挖掘時(shí)，土壤切削阻力隨挖掘深度變化，鏟斗挖掘阻力計(jì)算簡圖圖如圖所示。鏟斗的切削阻力的切向分力如下式所示：州睨汁禹）。，各個(gè)參數(shù)的含義說明如下：切削角變化影響系數(shù)，；：切削刃寬度影響系數(shù)，其中為鏟斗平均寬度，單位為；：土壤硬度系數(shù)，對(duì)級(jí)土取，級(jí)取，級(jí)取；：斗側(cè)壁厚影響系數(shù)，其中為側(cè)壁厚度，單位為，初步設(shè)計(jì)時(shí)可?。唬憾俘X系數(shù)，（無斗齒時(shí)

34、，取）；：鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑；：鏟斗的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角；戤：挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半；：切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容大小，在范圍內(nèi)選取。斗容量時(shí)，應(yīng)小于。鏟斗挖掘裝土阻力的切向分力為（）其中：丫：密實(shí)狀態(tài)下土壤容重，單位為；：水平線挖掘起點(diǎn)和終點(diǎn)連線方向的夾角；：鋼與土壤之間的摩擦系數(shù)。浙江大學(xué)碩：學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析彤一】）卜”（）乒衰南，卜唿肚而麗挖掘力分析 反鏟工作裝置的挖掘力包括工作油缸的理論挖掘力和整機(jī)的理論挖掘力。（）工作油缸的理論挖掘力在不考慮工作裝置自重、土重、工作油缸的背壓、連桿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能

35、分析效率等情況下，工作油缸的理論挖掘力定義為：工作油缸外伸時(shí)，由油缸的理論推力所能提供的斗齒的切向挖掘力。如圖所示，鏟斗挖掘時(shí)鏟斗油缸的理論挖掘力為：昂。：×玉蘭生：×（）（），天，其中，為鏟斗油缸的理論推力，×，為液壓系統(tǒng)的工作壓力，為鏟斗油缸大腔的作用面積，、為力臂值，為連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比對(duì)給定工作裝置其鏟斗油缸的理論挖掘力為油缸瞬時(shí)長度的函數(shù)?？梢钥闯鰝鲃?dòng)比取最大值時(shí)，鏟斗油缸的理論挖掘力最大。仇圖鏟斗油缸理論挖掘力計(jì)算簡圖如圖所示，斗桿油缸的理論挖掘力為：昂（，厶）（），其中：為斗桿油缸的理論推力，×，為斗桿油缸大腔作用面積，、為力臂值。對(duì)于確定的

36、工作裝置，、分別是、的函數(shù)，也即是和的二元函數(shù)。當(dāng)取即，且為最大值時(shí)，取得最大值，但此時(shí)斗壁會(huì)先于斗齒同土壤接觸，故此時(shí)斗桿油缸挖掘力沒有實(shí)際意義。在實(shí)際計(jì)算中，是以取最大，即，而取有意義的最小值時(shí)所得的挖掘力作為最大值。當(dāng)、三點(diǎn)共線時(shí)，為最大值，若取最小值，即得的最小值。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析圖斗桿油缸理論挖掘力計(jì)算簡圖（）整機(jī)的理論挖掘力在確定工作裝置的情況下，整機(jī)的理論挖掘力隨挖掘方式不同受限因素弱有差異，下面是鏟斗挖掘時(shí)的受限因素（括號(hào)內(nèi)為斗桿挖掘時(shí)的受限因素）；鏟斗油缸（斗桿油缸）主動(dòng)挖掘力；斗桿油缸（鏟斗油缸）閉鎖能力；動(dòng)臂油缸閉鎖能力；整機(jī)的穩(wěn)定性；整

37、機(jī)對(duì)地面的前后滑移。鏟斗挖掘時(shí)，整機(jī)的理論挖掘力計(jì)算如下：鏟斗油缸主動(dòng)挖掘力受限假定挖掘力的方向與斗齒運(yùn)動(dòng)軌跡相切，鏟斗油缸主動(dòng)挖掘力為，方向垂直于線，大小參考式（）并考慮斗土和連桿機(jī)構(gòu)的重量來確定。在圖所示工況下整機(jī)的挖掘力為：，：一昂，：一（旦璺）（）其中餳，餳。為鏟斗土重和連桿機(jī)構(gòu)重量對(duì)點(diǎn)的力矩。應(yīng)與能克服的最大挖掘力等大反向。圖鏟斗油缸主動(dòng)力受限時(shí)的整機(jī)挖掘力計(jì)算簡圖斗桿油缸閉鎖能力受限浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析斗桿油缸的抗壓能力有賴于其大腔，假定：為斗桿缸限壓閥調(diào)定壓力，為斗桿缸大腔作用面積，則或島如計(jì)算簡圖所示，取斗桿和鏟斗機(jī)構(gòu)部分單獨(dú)考慮，對(duì)點(diǎn)列出力矩平衡

38、方程，得到斗桿缸閉鎖條件下的挖掘阻力為：（）各參數(shù)含義如下：，新為對(duì)點(diǎn)的作用力臂，；吃為斗桿油缸對(duì)點(diǎn)的作用力臂，：；為對(duì)點(diǎn)的作用力臂，。當(dāng)時(shí)，斗桿缸可鎖住，否則將被壓縮。動(dòng)臂油缸閉鎖能力受限動(dòng)臂油缸在被動(dòng)狀態(tài)下的抗拉能力由其小腔閉鎖力咒決定，令。為動(dòng)臂油缸限壓閥調(diào)定壓力，。為動(dòng)臂油缸?。ù螅┣蛔饔妹娣e，則×。計(jì)算簡圖如圖所示，取整個(gè)工作裝置為隔離體，動(dòng)臂缸不被拉長時(shí)所限定的挖掘力為，對(duì)點(diǎn)的力矩平衡方程為：××（）其中各參數(shù)的含義如下：為動(dòng)臂油缸對(duì)點(diǎn)的作用力臂，即點(diǎn)到直線的距離；至分別為動(dòng)臂、斗桿、帶土鏟斗、斗桿油缸、鏟斗油缸、連桿和搖桿的重量；島分別為的中心到點(diǎn)的

39、水平距離，即它們的作用力臂，如一（扛，）；為對(duì)點(diǎn)的作用力臂，七礦礦。由上式有：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析（×”矧，）（）餳當(dāng)時(shí)，動(dòng)臂油缸被鎖住，否則動(dòng)臂油缸將被拉長。圖斗桿缸閉鎖力限制時(shí)的整機(jī)挖掘力計(jì)算簡圖圖動(dòng)臂油缸閉鎖力限制時(shí)的整機(jī)力計(jì)算簡圖整機(jī)穩(wěn)定性受限如圖所示，取整機(jī)為隔離體，可求得整機(jī)在繞點(diǎn)向后傾翻趨勢下的挖掘力，各力對(duì)傾翻支點(diǎn)的力矩平衡方程為：魚址生芷盟（）哳式中為對(duì)點(diǎn)的力臂；為工作裝置總重；為對(duì)點(diǎn)的力臂；為行走裝置重量，為對(duì)的力臂；為機(jī)體重量；為對(duì)點(diǎn)的力臂。如圖所示，整機(jī)繞點(diǎn)前傾時(shí)整機(jī)的挖掘力可由各力對(duì)支點(diǎn)的力矩平衡方程求得為：，：魚芷魚也（）浙江

40、大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析式中為對(duì)點(diǎn)的力臂；為工作裝置總重；為對(duì)點(diǎn)的力臂；為機(jī)體重量；為行走裝置重量，咆為對(duì)的力臂；為對(duì)點(diǎn)的如睛整機(jī)對(duì)地面的前后滑移受限整機(jī)對(duì)地面的前后滑移條件限制的挖掘力可通過整機(jī)受力的坐標(biāo)投影平衡方程求出：生（）“其中為整機(jī)重量；為行走裝置與地面的附著系數(shù)；曉為挖掘阻力的水平傾角，設(shè)直線的傾角是，則。圖整機(jī)后傾限制下整機(jī)的挖掘力計(jì)算簡囹圖整機(jī)前傾傾限制下整機(jī)的挖掘力計(jì)算簡圖綜上所述，整機(jī)的理論挖掘力為，），也即整機(jī)的理論挖掘機(jī)取上述各種限制條件下挖掘力的最小值。斗桿挖掘時(shí)，整機(jī)的理論挖掘力在動(dòng)臂油缸的閉鎖力、整機(jī)穩(wěn)定性和整機(jī)對(duì)地面的前后滑移等受限因素與鏟

41、斗挖掘時(shí)計(jì)算相同，只是整機(jī)的挖掘力方向均變化為垂直于直線，因此下面僅對(duì)其他限制因素下整機(jī)的挖掘力進(jìn)行計(jì)算。斗桿油缸主動(dòng)挖掘力限制浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析斗桿油缸主動(dòng)作用所產(chǎn)生的挖掘力為，其方向垂直于的連線，大小參考式（）并考慮斗桿和鏟斗機(jī)構(gòu)的自重，整機(jī)的挖掘力計(jì)算公式如下：礦：一（斗墜墨亟等逝）（）其中為斗桿油缸挖掘時(shí)斗桿油缸的理論挖掘力；，其余參數(shù)的含義同公式（）。鏟斗油缸閉鎖力限制鏟斗油缸的抗壓能力取決于其大腔的閉鎖力，設(shè)為鏟斗油缸限壓閥的調(diào)定壓力，為鏟斗油缸大腔的作用面積，則。取鏟斗和連桿機(jī)構(gòu)為隔離體，列出對(duì)點(diǎn)的力矩平衡方程，求得鏟斗油缸閉鎖條件所限制的挖掘阻力

42、為：，一（）式中為兩個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，其余參數(shù)的含義同公式（）。綜上所述，斗桿油缸挖掘時(shí)，整機(jī)的理論挖掘力為，），即整機(jī)的理論挖掘機(jī)取上述各種限制條件下挖掘力的最小值。工作裝置的典型工況分析典型工況的選擇是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析的基礎(chǔ)。典型工況是確定關(guān)鍵參數(shù)，計(jì)算載荷的基礎(chǔ)，是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的重要依據(jù)。本課題典型工況是依據(jù)文獻(xiàn)【】和】進(jìn)行確定的。典型工況的具體分析說明如下：工況動(dòng)臂油缸、斗桿油缸作用力臂最大，、和三點(diǎn)共線位置該位置是動(dòng)臂油缸和斗桿油缸作用力臂最大，鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)共線時(shí)的姿態(tài)，如圖所示。浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)一：作裝置結(jié)構(gòu)性能分析一固動(dòng)臂缸和斗

43、桿缸力臂最大，、三點(diǎn)共線姿態(tài)動(dòng)臂缸和斗桿缸力臂最大，鏟斗當(dāng)量力臂最大姿態(tài)勺動(dòng)臂和斗桿受力最大時(shí)的姿態(tài)最高卸載姿態(tài)停機(jī)面最大挖掘半徑姿態(tài)最深挖掘位置處的姿態(tài)圖前六種典型工況姿態(tài)工況動(dòng)臂油缸和斗桿油缸作用力臂最大，鏟斗油缸以最大當(dāng)量力臂工作該位置是動(dòng)臂油缸和斗桿油缸的作用力臂最大，鏟斗油缸的當(dāng)量力臂最大時(shí)的工作姿態(tài)，如圖所示。工況動(dòng)臂和斗桿受力最大時(shí)的姿態(tài)該位置出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮，鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)和斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)共線，斗桿油缸作用力臂最大處，如圖所示。該位置動(dòng)臂和斗桿將受到最大的力矩作用，是動(dòng)臂和斗桿出現(xiàn)失效的危險(xiǎn)工況。挖掘力相同時(shí)，動(dòng)臂和斗桿承受的作用力最大對(duì)該位置進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)強(qiáng)度

44、分析是檢驗(yàn)動(dòng)臂和斗桿最大變形和受力的最佳位置，從而可以得出其失效原因。工況最高卸載姿態(tài)液壓挖掘機(jī)處于該位置時(shí)，斗桿油缸和動(dòng)臂油缸全縮，鏟斗處于垂直工作地平面向下位置，如圖所示該姿態(tài)工作裝置先滿斗上升，到卸載位置時(shí)卸載，目的是使裝載車能裝載盡可能多的物料。該姿態(tài)是檢驗(yàn)工裝受到?jīng)_擊時(shí)響應(yīng)，計(jì)算和檢驗(yàn)工裝動(dòng)強(qiáng)度和應(yīng)力的較好姿態(tài)，也是檢驗(yàn)挖掘機(jī)是否發(fā)生共振的一個(gè)重要姿態(tài)。工況停機(jī)面最大挖掘半徑姿態(tài)浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘作裝置結(jié)構(gòu)性能分析最大挖掘半徑是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)挖掘能力評(píng)價(jià)主要指標(biāo)之一，它決定挖掘機(jī)的挖掘范圍。挖掘機(jī)處于該姿態(tài)時(shí)，斗桿油缸全縮，斗桿與斗桿油缸鉸接點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)以及鏟斗

45、齒尖處于共線位置，且通過調(diào)整動(dòng)臂油缸使鏟斗齒尖為于地面上，如圖所示。液壓挖掘機(jī)處于該姿態(tài)，工作裝置下落將使挖掘機(jī)產(chǎn)生較大的沖擊力，挖掘時(shí)將受到較大的土壤阻力。工況最深挖掘位置處的姿態(tài)最深挖掘位置處姿態(tài)出現(xiàn)在動(dòng)臂油缸全縮，斗桿與鏟斗鉸接點(diǎn)、斗桿與斗桿油缸鉸點(diǎn)和鏟斗齒尖共線并垂直于挖掘平面時(shí)，如圖所示。挖掘機(jī)處于該姿態(tài)時(shí)，鏟斗中物料較多，挖掘阻力較大，鏟斗、斗桿和動(dòng)臂都承受著較大的力作用。工況油缸全縮時(shí)的姿態(tài)油缸全縮時(shí)的姿態(tài)即鏟斗油缸、斗桿油缸和動(dòng)臂油缸全縮時(shí)液壓挖掘機(jī)所處的姿態(tài)，如圖所示。該姿態(tài)是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中用于檢驗(yàn)在不同挖掘角下，挖掘阻力對(duì)工作裝置的作用效果的典型位置。圖油缸全縮時(shí)的姿態(tài)浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)性能分析液壓挖掘機(jī)工作裝置的模態(tài)分析隨著對(duì)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能要求的不斷提高