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反铲挖掘机铲斗结构优化

反铲挖掘机铲斗结构优化

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作者：杨书伟吉林大学

学位级别：硕士

反铲挖掘机是基础建设中的核心装备,其综合性能直接决定着整个施工作业的作业效率、安全性和节能性。在反铲挖掘机进行施工作业时,驾驶员通过操作手柄控制铲斗进行装卸物料,由于工作过程铲斗为直接与物料接触的构件,因此挖掘机铲斗的结... 详细信息

反铲挖掘机是基础建设中的核心装备,其综合性能直接决定着整个施工作业的作业效率、安全性和节能性。在反铲挖掘机进行施工作业时,驾驶员通过操作手柄控制铲斗进行装卸物料,由于工作过程铲斗为直接与物料接触的构件,因此挖掘机铲斗的结构性能将直接影响整机作业的作业效率。目前铲斗结构仍存在改进的空间,通过改进铲斗的结构可以减少挖掘作业中铲斗所受的挖掘阻力以及整机的能耗,进而延长铲斗的作业寿命、减少项目的资金消耗。因此对铲斗结构进行优化设计是十分必要的。以往的设计优化方案在对铲斗进行优化分析之后,通过生产样品或者缩比模型对优化后的铲斗进行性能测试,这样无疑增加了费用和研发周期。其次大部分优化方案简化条件过多,很难表征物料颗粒流动性对挖掘作业性能的影响。为了能真实表征物料与铲斗之间的作用关系,本文利用离散元-动力学联合仿真方法,结合挖掘机实际作业的载荷谱数据,建立了能反应挖掘机实际作业状态的联合仿真模型;根据铲斗各组成部分参数建立不同结构的挖掘机铲斗结构表,结合联合仿真模型对反铲挖掘机的铲斗结构进行优化。本文的主要研究工作如下:(1)建立了反铲挖掘机工作装置的运动学模型。通过液压缸大小腔压力推算铲斗受到的挖掘阻力。对某国产型号反铲挖掘机进行了平地、斜坡工况下的多组实验测试,得到了对应工况的载荷谱数据;(2)根据实测数据、工作装置几何参数及物料的颗粒属性,联合RECURDYN、EDEM对铲斗的挖掘工况进行联合仿真。对比多组实验与仿真的油缸推力数据,证实该联合仿真模型的准确性和有效性;(3)将铲斗主要尺寸参数化,对参数进行一定范围的更改,得到不同的铲斗三维模型。利用验证后的联合仿真模型,结合实际挖掘工况拟合后的轨迹,对不同结构的铲斗进行联合仿真分析。通过对比实验结果,得到一种在进行相同挖掘轨迹作业下,挖掘阻力减少约6%、单位质量挖掘能耗降低约8%的铲斗结构。

关键词：反铲挖掘机铲斗挖掘工况实验离散元-动力学联合仿真

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