礦用挖掘機(jī)斗桿結(jié)構(gòu)有限元分析(論文)

名目第1章緒論 1概述 2機(jī)械式挖掘機(jī)國內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r 3市場前景分析 4本論文爭辯的必要性及意義 5本論文爭辯的內(nèi)容 6第2章斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6礦用挖掘機(jī)工作裝置簡介 6斗桿的結(jié)構(gòu)分析 8斗桿的設(shè)計計算 8斗桿應(yīng)力的計算 10第3章斗桿模型的建立 錯誤！未定義書簽。UG概述 錯誤！未定義書簽。應(yīng)用軟件UG簡介 錯誤！未定義書簽。UG軟件的特點(diǎn) 錯誤！未定義書簽。參考模型的創(chuàng)建 錯誤！未定義書簽。斗桿模型的導(dǎo)入過程 錯誤！未定義書簽。第4章斗桿的有限元仿真分析 錯誤！未定義書簽。有限元方法概述 錯誤！未定義書簽。有限元方法的歷史 錯誤！未定義書簽。有限元方法的基本思想 錯誤！未定義書簽。有限元法的分析步驟 錯誤！未定義書簽。應(yīng)用軟件ANSYS的介紹 錯誤！未定義書簽。ANSYS軟件簡介 錯誤！未定義書簽。ANSYS的主要特點(diǎn) 錯誤！未定義書簽。有限元模型的建立 錯誤！未定義書簽。單元類型的選擇 錯誤！未定義書簽。網(wǎng)格劃分簡介 錯誤！未定義書簽。選擇網(wǎng)格劃分方式 錯誤！未定義書簽。指定單元劃分外形 錯誤！未定義書簽。邊界條件 錯誤！未定義書簽。工況的確定及載荷計算 錯誤！未定義書簽。工況1 錯誤！未定義書簽。工況2 錯誤！未定義書簽。斗桿強(qiáng)度剛度分析 錯誤！未定義書簽。工況1 錯誤！未定義書簽。工況2 錯誤！未定義書簽。第5章結(jié)論 錯誤！未定義書簽。結(jié)論 錯誤！未定義書簽。展望 錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯誤！未定義書簽。致謝 錯誤！未定義書簽。第1章緒論概述目前，大型礦用機(jī)械式電鏟挖掘機(jī)在國內(nèi)、國際的礦ft開采及工程施工行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，其性能的優(yōu)劣對生產(chǎn)率的有很大的影響。在國際市場競爭日趨激烈的今日，如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量是提高其市場競爭力的關(guān)鍵。其工作環(huán)境格外惡劣，外載荷隨機(jī)性變化，因此在設(shè)計新產(chǎn)品時，為了使其能夠作業(yè)安全，工作順暢，除必要的理論分析和靜強(qiáng)度計算外，還必需要進(jìn)行動力學(xué)、動力學(xué)及有限元分析，以保證機(jī)械設(shè)計的牢靠性和性能的優(yōu)化。機(jī)械式挖掘機(jī)國內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r1954年我國第一臺斗容量為1m3了我國挖掘機(jī)的生產(chǎn)。1977WK--l0（8-12m3),WD-2000（斗容量為10-15m3)，才使大型礦用挖掘機(jī)生產(chǎn)有了新的突破。隨著采礦工P&H16m323m3P&H-2300XPP&H-2800XPft的試制成功，標(biāo)志著我國的機(jī)械式電鏟挖掘機(jī)制造技術(shù)又前進(jìn)了一步。雖然我國機(jī)械式電鏟挖掘機(jī)制造近年來有很大的進(jìn)展，但其產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家相比還是相當(dāng)落后的，這不僅反映在工藝水平上，還反映在設(shè)計水平上。在大型礦用挖掘機(jī)方面的主要差距體現(xiàn)為鏟斗容量仍舊較小、牢靠性較差及工作循環(huán)時近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速進(jìn)展，對能源和資源產(chǎn)品的開采使用將以規(guī)5-102050立方米大型礦用挖掘機(jī)，始終全部為進(jìn)口或與外國公司合作生2006年以來公司成功的研制了20m327m3的產(chǎn)品和技術(shù)壟斷，也使公司成為世界上少數(shù)幾個自主生產(chǎn)大型礦用機(jī)械的企業(yè)之一。20002850ft景下，公司的新項(xiàng)目在將來銷售方面不會有明顯的壓力。近年來，隨著高新技術(shù)不斷地在礦ft設(shè)備中的應(yīng)用，以及為適應(yīng)日益增大的礦用汽車的鏟裝需要，礦用挖掘機(jī)正朝著大型化和智能化方向進(jìn)展，由于挖掘機(jī)在露天采礦和土建工程中的廣泛應(yīng)用，很多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都比較重視挖掘機(jī)生產(chǎn)。目前國外制造大型挖掘機(jī)的國家主要有美國、日本和西德，法國、英國、意大利、捷克、瑞典等國家也有肯定的生產(chǎn)規(guī)模?，F(xiàn)將幾個主要發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)概況分別闡述如下。1933術(shù)始終處于領(lǐng)先地位，尤其是大容量的礦用挖掘機(jī)幾乎壟斷了資本主義市場，并在機(jī)械性能、結(jié)構(gòu)、電器傳動技術(shù)和運(yùn)行牢靠性方面遙遙領(lǐng)先。美國是出口1/4部件壽命較長并且設(shè)備重量較輕。美國生產(chǎn)挖掘機(jī)的公司主要有Bucyrus&Eris公司（簡稱B&E公司、Harnischfigier公司（簡稱P&H公司、馬里恩公司等三十多家。其中：B&E395-B、295-B、295-B1、290-B；P&HP&H-2300P&H-2800P&H-1900ALP&H-2100BL204-M、201-M、191-M市場前景分析近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速進(jìn)展，對能源和資源產(chǎn)品的開采使用將以規(guī)5-10135000時從全球范圍看，國際礦產(chǎn)品供應(yīng)緊急，也使國際市場上對大型礦用機(jī)械的需求保持上升的態(tài)勢。不過長期以來，我國露天礦ft2050m3大型礦用挖掘機(jī)，始終太重是我國最早生產(chǎn)制造大型礦用挖掘設(shè)備的企業(yè)，大型挖掘機(jī)的進(jìn)展經(jīng)受了200620m327m3的挖掘機(jī)，并在神華準(zhǔn)格爾能源有限公司投入使用，打破了國外公司在大型礦用機(jī)械的產(chǎn)品和技術(shù)壟斷，也使公司成為世界上少數(shù)幾個自主生產(chǎn)大型礦用機(jī)械的企業(yè)之一。與30%以上的價格優(yōu)勢。35m3m3挖掘機(jī)的開發(fā)生產(chǎn)也列入進(jìn)展規(guī)劃。此次技術(shù)改造將在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研制、開發(fā)，適合200020m327m335m3、55m328從需求方面看國內(nèi)即將開發(fā)的年生產(chǎn)力量達(dá)1500萬噸的大型露天煤礦至1027m34027m315因此我們認(rèn)為，在礦ft機(jī)械大型化和進(jìn)口替代的大背景下，公司的新項(xiàng)目在將來銷售方面不會有明顯的壓力。本論文爭辯的必要性及意義品的設(shè)計質(zhì)量，以求在根本上保證產(chǎn)品的動強(qiáng)度和牢靠性。目前，我國的大型機(jī)械式挖掘機(jī)在設(shè)計水平上、設(shè)計手段及產(chǎn)品質(zhì)量上與國外同類產(chǎn)品相比尚有較大差距。國外已經(jīng)將人——機(jī)——環(huán)境作為一個系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，提倡振動低、噪音低的綠色設(shè)計，將現(xiàn)代設(shè)計方法普遍的應(yīng)用于挖掘機(jī)設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計現(xiàn)代化及性能牢靠。而我國仍舊接受傳統(tǒng)的仿形設(shè)計，近年來才將現(xiàn)代設(shè)計方法逐步應(yīng)用到挖掘機(jī)的設(shè)計上。本文是對挖掘機(jī)進(jìn)行動力學(xué)及有限元仿真分析，適應(yīng)我國礦用挖掘機(jī)進(jìn)展P&H-230027m3和合理地建立模型的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行動態(tài)分析，從而提高設(shè)計質(zhì)量，削減試驗(yàn)環(huán)節(jié)，加快設(shè)計周期，這對我國挖掘機(jī)行業(yè)的機(jī)械設(shè)計具有肯定的理論和實(shí)際參考價值。本論文爭辯的內(nèi)容本課題的目標(biāo)是對斗容為27m3元仿真分析。主要內(nèi)容如下：（1）UGANSYS（2）數(shù)化建模技術(shù)，構(gòu)建挖掘機(jī)斗桿特征參數(shù)化模型；進(jìn)行分析。斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計礦用挖掘機(jī)工作裝置簡介機(jī)械式單斗挖掘機(jī)是挖掘機(jī)的一種，用一個鏟斗以間歇重復(fù)的工作循環(huán)進(jìn)行工作，即由挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)至卸載點(diǎn)、卸載、空斗回轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)等四個工序構(gòu)成一個工作循環(huán)。在作業(yè)過程中挖掘機(jī)位置是不變的，直至將一次停機(jī)范圍內(nèi)的土壤挖完，挖掘機(jī)才移動到新的作業(yè)地點(diǎn)。為完成上述動作，單斗挖掘機(jī)應(yīng)具有以下部分：工作裝置 包括挖掘土壤的鏟斗、斗桿，提升機(jī)構(gòu)、推壓機(jī)構(gòu)、動臂斗底開啟機(jī)構(gòu)等?；剞D(zhuǎn)支撐裝置 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)平臺、回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)等。行走裝置 履帶行走機(jī)構(gòu)、底架、履帶架等。動力裝置和附屬設(shè)備 電動機(jī)—發(fā)電機(jī)機(jī)組、操縱裝置、潤滑裝置等。圖2-1大型礦用挖掘機(jī)外形2-1123456礦用正鏟挖掘機(jī)在露天采礦中大多是用來鏟裝爆破后的松散礦石，故其挖通過行走機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)靠近作業(yè)場所；放松提升鋼絲繩下放鏟斗，在提升機(jī)構(gòu)和推壓機(jī)構(gòu)協(xié)作下鏟裝礦石；裝滿后將鏟斗提升到肯定位置，利用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將鏟斗轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn)，開啟斗底，物料借助自重卸載，然后空斗回轉(zhuǎn)，從而完成一個工作循環(huán)。機(jī)器的移動并不是每一個工作循環(huán)都需要進(jìn)行的，只有在需要鏟裝的礦石不在機(jī)構(gòu)作業(yè)范圍內(nèi)時才移動。其工作的主要特點(diǎn)是：挖掘時動臂傾斜角度不變；滿足挖掘工作的需要；提升力和推壓力，故可以用于裝硬度大的巖石和挖掘各級土壤。斗桿的結(jié)構(gòu)分析在進(jìn)行單斗挖掘機(jī)設(shè)計時，已初步確定鏟斗容積、外形尺寸和工作尺寸等參數(shù)，對于鏟斗作撓性聯(lián)系的挖掘機(jī)來說，如拉鏟、抓斗等，其工作裝置的尺寸即可相應(yīng)地予以確定，但對于鏟斗作剛性聯(lián)系的正鏟挖掘機(jī)的工作裝置的設(shè)計，由于其工作裝置在滿足同樣工作尺寸的條件下，可以有不同的結(jié)構(gòu)方案。因此，在設(shè)計中要想得到較好的結(jié)構(gòu)方案，必需對工作裝置的結(jié)構(gòu)做深化的分析、比較，才能取得一個良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計。2020Q23520鋼防腐Q235鋼的好。該斗桿是由箱形截面的雙梁構(gòu)成。在靠近鏟斗的一端，兩側(cè)梁用中間橫梁連接起來。該橫梁用一個鋼板焊接成的，它把兩側(cè)斗桿連接起來。橫梁與每一側(cè)斗桿都用三個螺釘連接，其中兩個螺釘做成偏心的，可用來調(diào)整兩個側(cè)梁是否處于一個水平面內(nèi)。雙梁斗桿可以承受的載荷較大，并能承受由于挖掘時的偏心作用而產(chǎn)生的扭力，以及回轉(zhuǎn)時鏟斗和斗桿自重造成的慣性力矩。斗桿的設(shè)計計算正鏟工作裝置的斗桿的標(biāo)準(zhǔn)長度可按下式近似求得：3GL3G

（2-1）bib p式中l(wèi)

l]為m；G——挖掘機(jī)的工作重力，[G]為KN；K 0.82。p一般結(jié)構(gòu)的帶有懸梁的標(biāo)準(zhǔn)正鏟鏟斗斗重 Gdq(單位為m3)的關(guān)系可按下式求得：

(單位為KN )和鏟斗容積G Kq （2-2）d 0式中K ——閱歷系數(shù)，查表取15。0由式（2-2）得： Gd

1527405KN正鏟工作裝置的斗桿的質(zhì)量可按下式計算：G KG （2-3）bi(b) 1 d式中G ——標(biāo)準(zhǔn)長度的斗桿的質(zhì)量；bi(b)G ——帶有懸梁的標(biāo)準(zhǔn)鏟斗的質(zhì)量；dK ——閱歷系數(shù)。1由式（2-3）得：取K 1.4，則G 1.4405567KN；1 bi取K 0.8,則G 0.8405324KN。1 b工作裝置總重 G G G G0 d bi b（2-4）式中G——工作裝置總重。0由式（2-4）得：G 4055673241296KN0大型礦用挖掘機(jī)工作裝置的質(zhì)量大約占整個挖掘機(jī)工作質(zhì)量的17%，則G G0 12967623KN將上述結(jié)果代入式Kl

0.17 0.170.5611.02m。p11.02m斗桿鉸接端端面高度：b 1.002m11 11斗桿小梁寬度：lb11.02m0.551m20 201.70.93m。斗桿應(yīng)力的計算桿單元的應(yīng)力分為兩項(xiàng)：正應(yīng)力和剪應(yīng)力，它們均由各應(yīng)力迭加而成,其中正應(yīng)力= + （2-5） by bz x式中

—約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力,

BI

,其中,B為雙力矩(N?m2),

為廣義扇性面積(m2), I 2dF為廣義扇性慣矩(m6)； F by

M Iy

（2-6；bz

M yIz

（2-；—拉伸正應(yīng)力，x

N A （2-8）剪應(yīng)力 （2-9） P H by