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地下装载机动强度分析研究

作　者: 李凤玲
导　师: 王桂梅
学　校: 河北工程大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 地下装载机有限元动态特性优化疲劳
分类号: TH243
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

装载机是用来将成堆物料装入运输设备所使用的一类机械,它既可作为地下矿井掘进、回采,运输的重要设备,又可以作为用于露天矿山剥离、开采以及水利、电力、建筑、交通和国防等部门工程施工的主要机械。本文主要研究的是前者,即地下装载机。我们国家从20世纪70年代中期开始使用地下装载机,但是由于装载机作业工作环境十分恶劣,任务繁重,机器的有效利用率还很低,加之历史原因,我国绝大部分矿山还是用装岩机、电耙出矿,生产效率不高,所以如何有效地提高现有装载机的生产能力,缩短装载作业时间,延长地下装载机的使用寿命,如何提高我国地下装载机的设计制造技术水平、努力提高地下装载机的设计制造质量、研制并推广更新的、更加先进的、高效率的地下装载机至关重要。本文在前人研究的成果上,对某型号地下装载机进行了动强度分析,并提出了改善地下装载机特性的若干建议：(1)以现有某型号地下装载机CAD模型为基础,使用三维建模软件proe建立了地下装载机车架三维实体模型,再利用大型有限元软件patran建立了比较真实有效的有限元模型。(2)模态分析(动态特性)作为响应分析的第一步,首先对建立好的有限元车架模型进行了模态分析,进而分别在发动机激励和路面激励的作用下,对装载机车架进行了瞬态响应分析和频率响应分析,探讨了车架的振动情况,得出车架重要部位的最大应力,进而得出车架的薄弱环节。最后结合分析各相关理论对地下装载机动强度进行初步评价,提出某些结构改进的意见。(3)针对目前工程中对于产掘机械结构疲劳研究现状,利用有限元疲劳分析软件MSC.Fatigue对该地下装载机结构件动臂进行了指定载荷下的疲劳寿命分析。通过分析,得出装载机动臂的疲劳寿命分布云图,直观显示出动臂的寿命,为地下装载机的结构设计和改进及疲劳研究提供了理论依据。最后,本文总结了装载机的主要研究内容和实践意义,提出了今后的主要深入研究方向,指出综合运用有限元疲劳分析的有限元方法,对采掘机械进行疲劳分析才是全面和完整的,这将成为疲劳研究方向的研究方向之一。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-17
  1.1 国内外地下装载机发展概况  12-13
    1.1.1 国内地下装载机发展概况  12
    1.1.2 国外地下装载机发展概况  12-13
  1.2 地下装载机发展趋势  13-14
  1.3 国内外动强度分析研究现状  14
  1.4 课题来源及研究意义  14-15
  1.5 论文的研究目的与意义  15-16
  1.6 研究内容及方法  16-17
    1.6.1 本文研究的主要内容及过程  16
    1.6.2 本文的研究方法  16-17
第2章动力学分析理论基础与结构优化  17-27
  2.1 模态分析理论  17-18
  2.2 瞬态响应分析理论  18-19
  2.3 频率响应分析理论  19
  2.4 有限元分析软件NASTRAN  19-20
    2.4.1 NASTRAN程序主要优点  19
    2.4.2 NASTRAN主要功能简介  19-20
  2.5 机械结构优化的基础理论  20-22
    2.5.1 优化变量的选取  21
    2.5.2 约束条件  21
    2.5.3 目标函数的确定  21-22
  2.6 结构优化的相关技术  22-23
  2.7 MSC.Fatigue疲劳分析软件简介  23-26
    2.7.1 MSC.Fatigue功能  24
    2.7.2 MSC.Fatigue其它功能  24-25
    2.7.3 疲劳分析方法介绍  25-26
    2.7.4 疲劳软件主要功能模块  26
  2.8 本章小结  26-27
第3章地下装载机结构建模  27-35
  3.1 本章研究内容  27
  3.2 地下装载机构成及工作原理  27-28
  3.3 装载机结构建模的设计准则  28
  3.4 地下装载机的载荷分析  28-31
    3.4.1 载荷为对称载荷  28-29
    3.4.2 路面不平度激励的确定  29
    3.4.3 发动机激励  29-31
  3.5 地下装载机有限元模型的建立  31-33
    3.5.1 车架有限元模型的建立  32
    3.5.2 疲劳结构件动臂有限元模型的建立  32-33
  3.6 边界条件与载荷的处理  33-34
  3.7 本章小结  34-35
第4章车架动态特性与动力学响应分析  35-45
  4.1 本章研究内容  35
  4.2 车架的动态力学特性分析  35-40
    4.2.1 模态分析理论计算结果  36-39
    4.2.2 模态结果分析  39-40
  4.3 车架的瞬态响应分析  40-42
  4.4 车架的频率响应分析  42-44
  4.5 本章小结  44-45
第5章车架的优化设计  45-56
  5.1 结构优化概述  45
  5.2 Nastran结构优化设计算法及流程  45-47
    5.2.1 基于Nastran的基本优化问题描述  46
    5.2.2 基本优化问题的数学描述  46
    5.2.3 基于Nastran的灵敏度优化流程  46-47
  5.3 车架结构优化设计  47-52
    5.3.1 基于Nastran的灵敏度优化算法  47-48
    5.3.2 装载机车架的动态性能要求  48-49
    5.3.3 发动机激励对装载机车架动态性能的影响  49
    5.3.4 路面不平度激励对车架影响  49-50
    5.3.5 车架的优化算法  50
    5.3.6 建立车架结构优化的数学模型  50-51
    5.3.7 车架结构优化  51-52
  5.4 优化后的车架动力特性验证  52-55
    5.4.1 车架模态验证  52
    5.4.2 瞬态响应验证  52-54
    5.4.3 频率响应验证  54-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章装载机结构件的疲劳寿命分析  56-66
  6.1 疲劳强度理论  56-57
    6.1.1 疲劳的理论机制  56
    6.1.2 疲劳强度发展史  56-57
    6.1.3 疲劳强度的最新发展  57
  6.2 疲劳分析的必要性  57-58
  6.3 疲劳寿命的计算方法  58
  6.4 装载机动臂的静强度分析  58-60
  6.5 动臂寿命分析  60-65
    6.5.1 结构的载荷谱曲线  60-61
    6.5.2 材料的疲劳属性  61-63
    6.5.3 动臂的疲劳寿命分析  63-65
  6.6 本章小结  65-66
总结与展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
作者简介  72
攻读硕士学位期间发表的论文  72

地下装载机动强度分析研究

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