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普通挖掘机动臂机构设计与运动分析

摘要

挖掘机在日常生活中主要用于土石方开挖工作，属于重要的建筑类工程机械设备。动臂是挖掘机工作装置的重要结构部件，普遍使用不同形状和厚度的板类材料焊接而成。但是在土石方开挖过程中挖掘机的工作条件是非常复杂而且多变的，所以作用于挖掘机动臂上铰接孔的力也是复杂的，在铰接孔周围常常会出现较大的应力集中状况，易造成挖掘机的动臂结构焊接位置出现开裂甚至造成动臂结构断裂等失效事故。所以科学有效的分析挖掘机动臂结构在运行中的受力变化和运行轨迹变化对动臂结构的改良加强显得十分重要。但传统的力学分析计算方法由于在理论和方法上的局限性对大型复杂的结构尤其是非线性问题不能求解，且精度较低。所以本文将采用平时大家较为广泛使用的机械系统分析软件ADAMS和进行结构力学计算用的ANSYS对挖掘机动臂来动力学分析、仿真分析和静力学的各种力学分析，通过动力学的仿真得到挖掘机动臂铰接孔处的载荷函数曲线，从中取得到的较大载荷用于ANSYS静力学有限元分析的载荷条件，在经过ANSYS软件仿真，得出电脑上所展示的图像并加以深入了解，从而在观察到的有力所集中的部分进行进一步改良。

关键词：动臂结构；仿真分析；较大载荷；应力云图

 

目录

摘要

Abstract

第1章  前言 1

1.1课题背景 1

1.2挖掘机的现状 1

1.3研究目的和内容 1

1.4研究方法 2

1.4.1挖掘机型号参数定型建模 2

1.4.2组建挖掘机虚拟样机还原工作状态 2

1.4.3有限元分析其动臂结构 2

1.4.4动臂结构改良 2

第2章 普通挖掘机反铲装置结构参数的确定及建模 3

2.1普通挖掘机反铲装置结构参数确定 3

2.2 基于PRO/E的挖掘机反铲机构建模 3

2.2.1 PRO/E软件的介绍 3

2.2.2基于PRO/E的挖掘机反铲机构建模 3

2.2.3挖掘机装配建立 5

第3章 基于ADAMS挖掘机的运动分析 7

3.1 ADAMS软件简介 7

3.2 ADAMS中仿真模型的导入 7

3.2.1 PRO/E模型导入ADAMS 7

3.2.2 ADAMS模型质量的添加 8

3.2.3 ADAMS模型约束添加 9

3.2.4 ADAMS模型驱动添加 11

3.2.5 ADAMS仿真分析 16

第4章 基于ANSYS的动臂有限元分析 17

4.1 ANSYS软件介绍 18

4.2 ANSYS中创建动臂有限元模型 18

4.3 ANSYS动臂分析结果分析 20

第5章 动臂结构加强设计改良 22

5.1 动臂改良方案 22

5.3 动臂改良结果分析 24

第6章 挖掘机工作装置简易模型搭建 26

6.1 反铲模拟机构搭建 26

6.2动臂运动分析 26

总结 30

致谢 31

参考文献 32

 

总结

    近几年来，随着国家的建设步伐加快。不管是国防工程建设、交通运输建设、民用建筑建设还是工业水利电力工程都可以看见各类挖掘机的身影。挖掘机作为土石方工程机械已成为建筑工程中不可缺少的主要机种，每年对挖掘机的需求量都在逐步递增。但国产挖掘机发展比国外起步晚，技术对比存在较大差距，为了打破国外少数几家挖掘机制造企业的市场垄断必须提升国产挖掘机的产品质量，因此本文针对常发生失效事故的挖掘机工作机构主要构件“动臂”进行系统性的分析和研究。

本文详细分析普通挖掘机的反铲工作装置结构组成，并应用了强大的计算机设计分析技术软件进行了以下研究：

1、采用实际挖掘机参数并应用先进的计算机三维绘图软件PRO/E进行挖掘机反铲工作装置的三维造型，使挖掘机的结构展现的更加直观。

2、应用强大的虚拟样机技术，采用ADAMS和PRO/E数据双向互联，建立挖掘机工作装置虚拟样机。能真实模拟挖掘机反铲机构工作状况，实时查看动臂结构交接孔受力状态、变化趋势和运行轨迹，获得真实有效的分析数据。

3、依托ADAMS有效的分析数据结合强大的结构力学分析软件ANSYS，分析动臂受外力状态下的结构性能变化数据。

4、提出有效的改良方案并结合ANSYS软件实时对比分析，具体的提出了改进的措施和方法。

基于以上的分析与研究，本文找出了动臂结构的薄弱环节并提供了有效的改进措施，为以后国产挖掘机“动臂结构”的生产设计与研究方向提供了相关的参考数据。

 

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