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大型矿用挖掘机提升机构含裂纹轴齿轮接触有限元分析

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大型矿用挖掘机提升机构含裂纹轴齿轮接触有限元分析

作者：胡全吉林大学

学位级别：硕士

机械式矿用挖掘机的提升机构是其工作装置的重要组成部分,而轴齿轮是提升机构的关键零件,在实际工作过程中经常发生故障。轴齿轮在周期性、随机性的载荷作用下工作,轮齿容易产生疲劳裂纹,疲劳裂纹的存在对挖掘机系统的安全正常运行构成... 详细信息

机械式矿用挖掘机的提升机构是其工作装置的重要组成部分,而轴齿轮是提升机构的关键零件,在实际工作过程中经常发生故障。轴齿轮在周期性、随机性的载荷作用下工作,轮齿容易产生疲劳裂纹,疲劳裂纹的存在对挖掘机系统的安全正常运行构成巨大的潜在威胁。由轴齿轮裂纹扩展导致的提升机构故障将直接影响挖掘机的可靠运行,降低生产效率,甚至产生断齿、断轴事故,给工业生产和社会造成巨大损失。本文以某型号矿用挖掘机提升机构轴齿轮为研究对象,针对轴齿轮最易出现的齿根裂纹,基于有限元分析方法,对轴齿轮有无裂纹情况分别进行静态接触分析和动态接触分析,比较了轴齿轮发生裂纹前后的接触应力和齿根应力的变化规律,对采取力学分析方法去识别检测裂纹进行了初步尝试。本文主要工作如下:首先,介绍了提升机构轴齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力分析的意义、齿轮裂纹分析的国内外研究现状、接触问题的有限元解法,以及齿轮接触分析已取得的成果。其次,对挖掘机的提升机构进行三维数字化建模,采用Pro/E参数化特征建模方法对其中斜齿轮进行了参数化建模,省去了重复建模的过程,提高了工作效率;第三,利用有限元分析软件ANSYS非线性接触分析功能,对单对轮齿啮合和多对轮齿啮合在有无裂纹两种情况下分别进行静态接触分析,比较了有无裂纹情况下齿轮弯曲应力和接触应力。第四,在静态接触分析的基础上,建立齿轮副动态分析有限元模型,对轴齿轮有无裂纹情况时分别进行动态接触分析,比较了有无齿根裂纹时齿轮齿根应力的差异。

关键词：轴齿轮参数化裂纹非线性接触分析

VTC10080d立式双刀架数控车床设计与动静态特性分析

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VTC10080d立式双刀架数控车床设计与动静态特性分析

作者：卢金丽吉林大学

学位级别：硕士

本课题主要研究内容主要是VTC10080d数控立式双刀架车床的整机设计过程,以及对整机进行数字化动静态特性分析,从而得出实际可行的机床设计方案。 VTC10080d数控立式双刀架车床主要用来满足常见大规格盘类及壳体类零件的加工,经过市场调... 详细信息

本课题主要研究内容主要是VTC10080d数控立式双刀架车床的整机设计过程,以及对整机进行数字化动静态特性分析,从而得出实际可行的机床设计方案。 VTC10080d数控立式双刀架车床主要用来满足常见大规格盘类及壳体类零件的加工,经过市场调研分析,其设计参数确定为最大切削直径1000mm,最大回转直径1200mm,最大切削高度800mm。机床结构为左右立柱,配两个8工位卧式刀架,每个刀架一次进刀最大切深ap=10mm,进给f=1mm/r,双刀架可同时进行切削。本文介绍该机床设计过程中主要研究解决的问题是: (1)机床主传动系统实现大功率、大转矩传动的结构设计;(2)在大切深、大进给条件下保证主轴刚性;(3)解决钢件卷曲状铁屑排屑不畅的问题;(4)重载情况下整机的刚性和动态特性分析。 VTC10080d数控立式双刀架车床的结构特点,可以将其划分为主轴、底座、左右立柱、进给、防护、管路和冷却等几个部件。应用三维软件设计,模拟装配样机,通过有限元分析软件ANSYS对模型进行动静态特性分析,优化重要零件的设计结构,使机床满足最初设定的参数使用要求。

关键词：双刀架数控立车高速高效有限元动静态特性

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牙轮钻机送杆机构动力学仿真研究

牙轮钻机送杆机构动力学仿真研究

作者：唐鸿贮吉林大学

学位级别：硕士

牙轮钻机是露天采矿设备的重要成员,其钻孔效率直接影响采矿产量。送杆机构作为牙轮钻机钻架的组成部分,主要用于送取接卸钻杆,保障钻机的正常作业。送杆机构的工作贯穿牙轮钻机钻孔开始前、钻孔过程中、钻孔结束后的整个过程,因此,针... 详细信息

牙轮钻机是露天采矿设备的重要成员,其钻孔效率直接影响采矿产量。送杆机构作为牙轮钻机钻架的组成部分,主要用于送取接卸钻杆,保障钻机的正常作业。送杆机构的工作贯穿牙轮钻机钻孔开始前、钻孔过程中、钻孔结束后的整个过程,因此,针对不同型号的牙轮钻机选取不同形式的送杆机构,并确保送杆机构主要受力部件具有足够的强度和刚度,对于提高牙轮钻机整体的工作效率意义深远。本文结合课题要求,对送杆机构的主要受力部件上、下送杆臂进行了研究,本文的主要内容如下:1.对牙轮钻机的主要组成部分,以及常用送杆机构的工作原理进行了对比分析,并根据所研究机型,结合不同送杆机构的优劣势和适用范围,选取合理的送杆机构作为研究对象。2.根据牙轮钻机钻架的结构要求,在钻架内对所选送杆机构进行关键参数设计以及空间布置,并建立三维模型。其中主要包括:钻架的结构改进、钻杆架体有效长度的确定、上与下送杆臂长度参数的确定以及液压油缸的选取等。3.利用ADAMS软件创建送杆机构多刚体动力学模型并进行仿真,对仿真结果进行分析,提取上、下送杆臂最大受力时刻数据。使用有限元软件rkbencho WANSYS对上、下送杆臂进行强度与刚度的计算分析,并校核计算结果。4.利用ANSYS软件与ADAMS软件建立送杆机构的刚柔耦合动力学仿真模型。首先,采用有限元软件ANSYS创建上、下送杆臂的有限元模型,导出模态中性文件(mnf.文件);然后,将模态中性文件导进ADAMS软件中进行刚柔耦合仿真分析,并导出仿真后的载荷文件(.lod文件);最后,将载荷文件导入到ANSYS软件中,查看上、下送杆臂最大应力和变形随时间的变化情况,并根据分析结果提出改进措施。

关键词：牙轮钻机送杆机构送杆臂强度变形

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大型牙轮钻机履带架结构优化设计研究

大型牙轮钻机履带架结构优化设计研究

作者：王冬雪吉林大学

学位级别：硕士

履带行走装置不仅承载能力大、接地比压小,而且对土壤有较强附着能力,被广泛应用在工程机械领域。履带架作为履带行走装置的关键部件,同时起着支承与连接作用,关系着整机的行走性能,而且其重量及制造成本所占比重较大,因此,有必要对履... 详细信息

履带行走装置不仅承载能力大、接地比压小,而且对土壤有较强附着能力,被广泛应用在工程机械领域。履带架作为履带行走装置的关键部件,同时起着支承与连接作用,关系着整机的行走性能,而且其重量及制造成本所占比重较大,因此,有必要对履带架结构进行优化。目前对于履带架的设计方法主要是以同类产品为蓝本进行初步设计,再通过有限元法对结构性能进行校核,根据有限元计算结果对不满足性能要求的地方进行改进直到满足要求,按这种思路设计出来的履带架其结构形式基本固定,设计过程需要不断进行繁杂的重复性工作,而且未必能够找到最优的履带架结构。本文结合拓扑优化及尺寸优化方法优化履带架结构。首先基于履带架结构的性能要求找到履带架设计域内材料的最佳分布形式,获得最优的载荷传递路径,并在此基础上对拓扑优化后的履带架结构进行尺寸优化,最大限度地提高材料利用率,在保证结构性能的前提下获得更加合理、轻量化的履带架结构。论文主要研究内容如下:(1)介绍牙轮钻机履带行走装置结构特点,在多体系统仿真软件Recur Dyn中建立履带行走装置的虚拟样机模型,并进行动力学仿真,分析履带装置的行走性能,基于动力学仿真结果,分析水平匀速直线行驶、单侧制动转向及爬坡三种典型工况下履带架的受力情况,为后续履带架结构优化做准备。(2)针对牙轮钻机履带架的结构特点,确定拓扑优化方案,在优化软件Opti Struct中建立履带架拓扑优化的有限元模型,以设计域的单元相对密度为设计变量,以总体应变能最小为目标,完成单工况下履带架拓扑优化。(3)基于单工况优化参数的设置,求解履带架多工况优化模型,得到履带架设计域的最优材料分布形式,并基于拓扑优化结果重新建立履带架模型,为后续履带架结构的尺寸优化提供合理的初始条件。(4)以基于拓扑优化结果建立的履带架结构为研究对象,以履带架关键部件板厚为设计变量,以履带架体积最小化为目标进行尺寸优化,综合3种工况下的优化结果确定板厚值。(5)基于拓扑优化及尺寸优化的最终结果,建立优化后履带架模型,并通过静力学分析与模态分析来研究优化前后履带架结构的力学性能及动态特性。

关键词：履带架动力学仿真拓扑优化方法尺寸优化静力学分析

挖掘机履带行走机构与地面相互作用机理的数值模拟研究

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挖掘机履带行走机构与地面相互作用机理的数值模拟研究

作者：王宏菲吉林大学

学位级别：硕士

履带行驶机构的运动性能以及履带板的力学性能与土壤的参数有着很大关系，分析履带行驶机构与土壤之间的相互作用关系对履带的机构设计以及优化有着重大的意义。本文通过对地面力学的基本理论以及赫兹接触理论的深入研究，将其与多体动... 详细信息

履带行驶机构的运动性能以及履带板的力学性能与土壤的参数有着很大关系，分析履带行驶机构与土壤之间的相互作用关系对履带的机构设计以及优化有着重大的意义。本文通过对地面力学的基本理论以及赫兹接触理论的深入研究，将其与多体动力学分析以及有限元分析相结合，对履带—土壤模型进行了多工况的数值模拟分析。本文的主要工作总结如下：1)根据地面力学基本理论，对本文所要研究的履带行驶机构的接地压力以及行驶阻力进行分析计算，得到理论接地压力公式以及行驶阻力公式。为下一步对履带—土壤模型的仿真分析提供了理论依据。2)根据挖掘机的履带行走机构的基本理论，在已知履带行走机构的主要参数以及土壤的主要参数的基础上，通过计算得到履带在两种工况下行驶的外阻力。3)基于多体动力学理论以及之前对于履带行驶机构的理论计算，在ADAMS软件中建立履带的虚拟样机模型，对其进行两种工况下的动力学仿真分析。通过仿真结果的分析得出履带板在运动过程中受到来自于地面、支重轮以及相邻履带板的力曲线，在对曲线进行一系列研究的基础上得到履带行驶机构整体以及单个履带板的受力规律，这位下一步对履带板—土壤模型的有限元分析提供了依据。4)在赫兹接触理论以及有限元理论的基础上，在ANSYS软件中建立履带板—地面的有限元模型。在建模过程中，需要选取合适的单元类型、确定履带板以及土壤的材料参数、创建履带板与土壤之间的接触关系、在合适的位置施加约束以及外载荷、选取合适的求解器等。5)选取履带行驶机构稳定行驶的一段时间，在ANSYS软件中，对履带板—土壤模型进行这一段时间内在两种工况下的瞬态分析。通过分析得到在这一段时间内，履带板的应力分布规律、土壤的应变分布规律、履带行驶机构整体的受力规律、履带下方土壤整体的应变规律，证明了之前的理论分析结果。然后通过对比履带板的应力响应曲线和土壤的应变响应曲线，得到履带与土壤的相互作用关系。

关键词：矿用挖掘机履带行走机构地面力学动力学仿真有限元

基于离散元方法的大型旋回破碎机破碎特性研究

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基于离散元方法的大型旋回破碎机破碎特性研究

作者：王帅吉林大学

学位级别：硕士

本文采用先进的离散单元法对大型旋回破碎机的工作过程进行了仿真研究，通过对大型旋回破碎机在不同的排料口尺寸和不同的物料强度时的多组工况的分析，重点在生产能力、产品粒度、破碎功率等方面对旋回破碎机的破碎特性展开研究。本... 详细信息

本文采用先进的离散单元法对大型旋回破碎机的工作过程进行了仿真研究，通过对大型旋回破碎机在不同的排料口尺寸和不同的物料强度时的多组工况的分析，重点在生产能力、产品粒度、破碎功率等方面对旋回破碎机的破碎特性展开研究。本文的主要内容如下： 1.建立了旋回破碎机的横梁、动锥衬套和定锥衬板等主要工作部件模型和175mm，215mm和250mm三种排料口的装配模型;建立了用以保证给料物料流准确性的矿车自卸车车厢和导流斜坡等辅助模型。 2.建立了给料粒度分布模型，对物料粒度在250200mm范围内的物料建立了可破碎的岩石模型，可破碎的岩石模型采用颗粒粘接模型来计算。对250mm以下的小粒度物料建立了简化的不可破碎模型。将物料抗压强度按照100MPa，200MPa和300MPa分为低、中、高三级，并通过模拟单轴压缩试验对颗粒粘接模型的参数进行标定。 3.根据排料口尺寸和物料强度的不同，进行了9组工况的仿真。通过对仿真结果的分析，对大型旋回破碎机的平均生产能力、瞬时生产率、物料破碎程度和动锥破碎功率等方面进行探究，总结得出大型旋回破碎机的破碎特性：排料口尺寸增大时，平均生产能力、产出稳定程度均提高，对物料破碎的程度和动锥的破碎功率降低;物料强度增大时，平均生产能力、产出稳定程度、对物料的破碎程度均降低，动锥破碎功率增大。 4.通过对某大型旋回破碎机仿真数据与实际数据的对比，验证了本文研究方法的可靠性;通过建立新设计腔型与参照腔型的对比仿真，对新设计腔型的破碎特性分析评价，为旋回破碎机的开发设计提供参考依据。

关键词：离散元方法大型旋回破碎机破碎特性仿真岩石破碎

基于功率识别的静液传动工程车辆节能控制策略研究

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基于功率识别的静液传动工程车辆节能控制策略研究

作者：袁昊昱吉林大学

学位级别：硕士

静液传动技术（Hydrostatic Transmission,HST）因其所具有的高功率密度、能够实现无极调速等技术特点,近年来在军事车辆、公共交通及工程机械等领域得到了广泛的应用。本文针对行驶系统及工作系统均采用流量耦合闭式液压系统的静液传... 详细信息

静液传动技术（Hydrostatic Transmission,HST）因其所具有的高功率密度、能够实现无极调速等技术特点,近年来在军事车辆、公共交通及工程机械等领域得到了广泛的应用。本文针对行驶系统及工作系统均采用流量耦合闭式液压系统的静液传动工程车辆在行驶及作业时的节能控制问题,以行驶及工作液压系统流量作为控制目标变量,通过对发动机转速与液压泵排量的协调控制,实现液压马达输出转速与发动机转速间的解耦,并在此基础上参考混合动力技术中的功率跟随式能量管理控制策略,提出了一种基于功率识别的流量耦合静液传动系统节能控制方法,通过对行驶液压系统及工作液压系统作业时的需求功率进行识别,完成对包括发动机及液压系统在内的工程车辆整体的节能控制,能够实现对发动机输出功率的“按需分配”。本文依托吉林省科技发展计划资助项目（No.20160101285JC）,主要研究内容如下:（1）构建了用于实现基于功率识别的静液传动系统节能控制方法的分层式控制系统架构。基于静液传动工程车辆自身结构特点及控制需求,开展了对控制系统控制架构的研究;采用分层式控制系统设计方法构建了控制系统的分层式总体架构,同时构建了静液传动系统需求功率识别控制策略、发动机工作点规划及协调控制策略、液压系统协调控制及辅助控制策略三个子控制策略的控制架构;并对实现控制功能所必须的关键技术进行了规划。（2）对静液传动工程车辆控制系统中所涉及的各项策略进行了研究。基于对驾驶员意图的综合分析及对液压系统压力信号的实时采集,制定了静液传动系统整体需求功率的识别策略;在综合考虑发动机作业工况对静液传动工程车辆作业动力性能及经济性能的影响的前提下,提出了适用于静液传动工程车辆的发动机工作点规划方法;制定了发动机及行驶/工作变量泵排量协调控制策略,能够实现行驶/工作变量泵流量与发动机转速间的解耦;针对静液传动工程车辆在坡道工况及大功率需求等特殊工况下的节能控制需求,制定了相应静液传动系统辅助控制策略,完善了控制系统在多样化作业环境下的适应能力。（3）以实车实验采集得到的压力数据作为载荷输入,通过MATLAB/Simulink-AMESim联合仿真对各项控制策略的控制效果进行了仿真验证。为保证仿真模型的真实性,提高仿真结果的可信度,搭建数据采集实验平台对静液传动工程车辆在行驶/作业联合工况下的载荷数据进行了采集,作为联合仿真模型的载荷输入;使用MATLAB/Simulink及LMS *** AMESim软件建立静液传动工程车辆传动系统联合仿真模型;基于联合仿真模型得出的仿真结果,对本文制定的各项控制策略的控制效果进行了综合分析验证。本文提出的控制方法及相应研究结果可为现有应用流量耦合一次调节（变量泵-定量马达）或一、二次联合调节（变量泵-变量马达）闭式液压系统静液传动技术的工程机械或公路车辆控制系统开发提供参考。

关键词：静液传动工程车辆流量耦合功率识别节能控制