矿用挖掘机履带架螺栓联结特性及强度研究

发布时间：2017-04-13 04:24

  本文关键词：矿用挖掘机履带架螺栓联结特性及强度研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机械式矿用挖掘机广泛应用于露天采矿作业中，是露天矿场的主要挖掘和装载设备。随着社会经济的快速发展，矿山规模的不断扩大，国内市场对机械式矿用挖掘机的需求越来越大，对整机性能的要求也越来越高。为了增强产品的竞争力，开发更高性能的矿用挖掘机已迫在眉睫，然而传统的设计方法已经不能满足现代设计的需求，因此如何应用现代设计方法设计出更好的产品是目前研究的重点。 履带架与底架之间通过螺栓联结，，以传递载荷并保证整机的稳定性；履带架是挖掘机的重要支承部分，它承受底架传递的作用力，然后经支重轮和履带板传递到地面上，因此螺栓联结以及履带架自身性能的可靠性都直接关系着整机的性能。 本文应用现代设计方法中的有限元分析方法（FEA），对12m3机械式矿用挖掘机履带架的螺栓联结特性和强度、刚度进行了研究。以履带架为主分析了履带行走装置的结构形式，建立了适合有限元分析的整体装配模型，并结合不利工况计算得到履带架的外载荷。通过静力学分析，对履带架和底架之间接触情况随预紧力的变化以及履带架自身的强度、刚度、振动特性进行了研究。本文的主要工作内容如下： （1）分析履带行走装置的结构形式并建立履带架模型 分析本文所要研究的机械式矿用挖掘机履带行走装置的结构形式，研究履带架的受力特点；建立完成履带架三维模型以及履带架、底架和联结螺栓的整体装配模型，对整体模型的外载荷进行分析，并对模型进行简化；对装配模型进行了接触、参数设置并划分网格，得到整体结构的有限元模型。 （2）确定履带架外载荷 针对履带架受力分析最不利的三种工况：单边制动转向工况、角挖掘工况、横向挖掘（重载边双轮、单轮支承）工况，分析履带架的受力特点，计算得到两侧履带架受力位置承受的外载荷，其中对横向挖掘工况下的重载边双轮支承和单轮支承两种情况下进行计算。 （3）确定螺栓预紧力 根据履带架与底架之间传递载荷的方式，提出预紧力大小的确定原则。对约束和载荷在软件ANSYS Workbench中的加载方式进行说明，在不同工况下对履带架和底架进行静力学分析。比较分析仿真结果中接触面的接触状态、接触应力以及联结螺栓的应力，确定适合各种情况满足联结要求的预紧力的范围。 （4）分析履带架强度和刚度 结合分析得到的螺栓预紧力范围，在单边制动转向工况、角挖掘工况和横向挖掘重载边双轮、单轮支承工况下，对装配模型的强度和刚度进行分析，得到各工况下履带架各位置详细的应力分布情况和变形情况，并通过对不同预紧力下履带架的局部应力和变形进行比较分析，得到预紧力对履带架强度和刚度的影响。 （5）研究履带架振动特性 基于等效接触区域法对整体装配模型进行模态分析，得到装配模型的固有频率和振型。分析挖掘机在挖掘作业以及行走过程中激振源的激振频率，通过计算、比较得到激振频率不会引起共振。通过对振型的分析，得到履带架各位置的抗振性能。
【关键词】：矿用挖掘机 履带架 螺栓联结 预紧力 强度
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD422.2;TH131
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状与趋势11-15
• 1.2.1 机械式矿用挖掘机的国内外发展现状11-12
• 1.2.2 履带行走装置结构和研究的发展现状12-14
• 1.2.3 机械式矿用挖掘机及履带行走装置的发展趋势14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-18
• 第2章 履带行走装置的结构和履带架模型的建立18-28
• 2.1 履带行走装置的结构形式18-20
• 2.2 履带架三维模型的建立20-21
• 2.3 有限元模型的建立21-26
• 2.3.1 履带架与底架整体装配模型的建立21-22
• 2.3.2 整体装配模型的载荷分析22-23
• 2.3.3 整体装配模型的简化23-25
• 2.3.4 整体装配模型接触关系的分析设置25-26
• 2.3.5 材料参数的设置和网格的划分26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 履带架外载荷的确定28-44
• 3.1 不利工况的选择28
• 3.2 不利工况下履带架外载荷的计算28-43
• 3.2.1 各工况通用载荷的计算28-31
• 3.2.2 工况一单边制动转向工况履带架外载荷的计算31-37
• 3.2.3 工况二角挖掘工况履带架外载荷的计算37-39
• 3.2.4 工况三横向挖掘工况履带架外载荷的计算39-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 螺栓预紧力的确定44-64
• 4.1 有限元分析约束和载荷的施加44-45
• 4.2 履带架和底架只承受预紧力的情况45-50
• 4.3 单边制动转向工况预紧力的确定50-53
• 4.4 角挖掘工况预紧力的确定53-56
• 4.5 横向挖掘工况预紧力的确定56-61
• 4.5.1 横向挖掘重载边双轮支承工况预紧力的确定56-59
• 4.5.2 横向挖掘重载边单轮支承工况预紧力的确定59-61
• 4.6 本章小结61-64
• 第5章 履带架强度和刚度分析64-82
• 5.1 工况一单边制动转向工况履带架强度和刚度分析64-68
• 5.2 工况二角挖掘工况履带架强度和刚度分析68-75
• 5.3 工况三横向挖掘工况履带架强度和刚度分析75-81
• 5.3.1 横向挖掘重载边双轮支承工况履带架强度和刚度分析75-78
• 5.3.2 横向挖掘重载边单轮支承工况履带架强度和刚度分析78-81
• 5.4 本章小节81-82
• 第6章 履带架模态分析82-88
• 6.1 模态分析的意义82
• 6.2 履带架模态分析82-87
• 6.2.1 等效接触区域的确定82-83
• 6.2.2 有限元模态分析设置83-84
• 6.2.3 模态计算结果分析84-87
• 6.3 本章小结87-88
• 第7章 结论与展望88-90
• 7.1 结论88-89
• 7.2 展望89-90
• 参考文献90-93
• 作者简介及读研期间所参与的科研项目93-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：302812