主挖区的挖掘性能是分析评价挖掘机性能的关键指标,其范围界定直接影响评价结果,而作业力臂又与作业范围和挖掘力性能密不可分。以某22 t反铲液压挖掘机为例,引入力臂系数的概念并基于力臂曲线和各机构传动比曲线,选取不同主挖力臂系数并以不同挖掘方式所引起的力臂变化为依据建立了主挖力臂配比方案。基于工作域图谱分析法和极限挖掘力模型,分别求解其理论挖掘力和限制因素来分析不同主挖区的挖掘性能。研究结果表明:对于作业范围,铲斗力臂主要影响其挖高和卸高,斗杆力臂主要影响其挖径,动臂力臂主要影响挖深和挖高。对于挖掘性能,增大某作业缸力臂会使得挖掘力增大,而相应的作业缸充分发挥比会减小;相反,增大某非作业缸力臂对挖掘力影响较小,但其作业缸充分发挥比会增大;斗杆力臂主要影响其平均挖掘力,而铲斗力臂主要影响其...

为研究某型号单向阀内部流场变化规律,根据单向阀的内部结构建立三维流体域模型,利用FLUENT软件仿真了单向阀活门开度、活门通油孔面积与流阻之间的关系。通过内部流场压力分布图和速度矢量图可以得出在系统额定流量下,单向阀的流阻随着活门开度的增大而减小,但减小趋势逐渐减弱;当活门开度不变时,流阻随着活门通油孔面积的增大而减小。另外根据内部流场速度矢量分布图可以得到,单向阀内部流场中,最大流速出现在活门密封处和活门通油孔处,且这些部位易产生漩涡。

针对双螺杆压缩机工作过程中存在的转子的结构特性问题,对螺杆转子的应力、变形耦合模拟方法,不同排气压力、不同转速对转子应力、变形的影响进行了研究。基于有限体积法求解了压缩机工作过程中产生的压力场,通过数值插值技术将得到的气动载荷作为外载荷加载在转子的结构网格上,建立了转子的真实受力模型,进一步求解了转子结构的静平衡方程,得到了转子的位移场和应力分布,并利用“L型大直径掩埋管道”对该研究方法进行了验证。研究结果表明:压缩机工作过程中产生的压力场对螺杆转子的最大变形和最大应力有较大的影响;且当转速/排气压力一定时,选择合适的排气压力/转速可以有效降低转子的最大变形和最大应力;该结果可为压缩机的结构设计、优化提供一定的理论参考。

针对实际挖掘过程中液压挖掘机铲斗铰点载荷谱难以获取、导致铲斗疲劳寿命难以分析的问题,提出基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命分析方法。首先根据实际挖掘过程选取常态挖掘轨迹,对常态挖掘轨迹中各分段轨迹的液压缸理论挖掘力进行计算,得到挖掘阻力载荷谱;然后基于挖掘轨迹对工作装置挖掘过程进行仿真,获得铲斗铰点载荷谱;最后建立铲斗有限元模型,结合挖掘阻力和铰点载荷谱对铲斗静力学和疲劳寿命进行协同分析。以21T挖掘机铲斗为例,采用上述方法对其进行疲劳寿命分析,计算得到了J_(3)J_(4)轨迹中铲斗的最低疲劳寿命为3.2936×10^(7)次。铲斗疲劳寿命分析结果验证了该方法的可行性,为挖掘机工作装置的疲劳分析提供了参考。

针对双螺杆压缩机工作过程中转子的结构特性问题,综合考虑压缩机产生的压力场和温度场,对螺杆转子进行流热固耦合研究。通过有限体积法求解压缩机工作过程中产生的压力场和温度场,采用数值插值技术将其加载到转子的结构网格上,建立转子的真实受力模型。进一步求解转子的静平衡方程得到转子的位移场和应力分布,并利用L形大直径掩埋管道对所提出的方法进行验证。研究结果表明:温度场是螺杆转子产生较大变形和应力的主要原因,选择合适的转速可以降低转子的变形和应力。研究结果对压缩机的结构设计和优化有一定的理论意义。

为研究如何在满足强度要求的前提下降低铲斗的质量,提出一种基于连续挖掘轨迹和极限挖掘力的铲斗轻量化设计方法。基于连续轨迹理论选定当挖掘机器人动臂处于主挖区内,由铲斗、斗杆液压缸交替挖掘的4段轨迹作为研究前提,计算并分析了连续轨迹上极限挖掘力的数值变化规律;使用APDL语言建立铲斗参数化模型,以极限挖掘力为外载荷研究铲斗结构强度的变化规律;以铲斗质量和应力为优化目标建立铲斗结构优化模型,使用遗传算法对铲斗进行优化。结果表明:铲斗液压缸挖掘时铲斗的应力、变形明显大于斗杆挖掘;优化后铲斗的质量减少了5.27%、最大应力减少了6.23%,验证了优化方法的可行性。

基于3种常用挖掘方式,研究并得到单次挖掘过程中挖掘阻力随时间和挖掘轨迹的变化规律.对比多次实验结果得到阻力系数和阻力矩系数在挖掘过程不同阶段的分布情况,基于方向角变化规律研究各构件运动对挖掘阻力方向的影响.基于统计学原理计算出阻力系数、阻力矩系数、阻力角和差值角在挖掘阻力不同取值范围内的分布特性、主值区间和概率密度,为理论挖掘力的计算、工作装置的设计和优化奠定基础.

采用动态测试和瞬态分析方法研究液压挖掘机工作装置在常态挖掘过程中的动应力特性，首先针对某反铲液压挖掘机的常态挖掘过程，搭建动应变、油压和角位移的同步采集测试平台；然后基于达朗贝尔动静法原理，分别建立动臂、斗杆和铲斗的动平衡方程，并代入测试数据计算出构件各铰点的动载荷谱，将其转换到随体坐标系中再进行瞬态分析。动态测试和瞬态分析对比结果表明，仿真应力与测试应力的变化规律一致，瞬态分析能够得到挖掘机工作装置整体的动应力特性，可以作为判断工作装置动应力分布规律和危险截面的依据。

为减小直动式液压安全阀开启、关闭过程对液压系统造成的振动,设计了一种防振液压安全阀。通过对防振液压安全阀及去掉消振结构的安全阀进行仿真分析,结果表明:所设计的防振液压安全阀具有优异的防振性能,其动态特性、启闭特性均满足要求。最后,利用防振液压安全阀样机进行了性能试验,试验数据验证了仿真结果的准确性,为防振液压安全阀的设计及液压系统的消振研究提供了一定的参考依据。

为了减小液压缸的重量,提高产品使用寿命,对某型号液压缸进行了静力学仿真,得到了液压缸的变形、应力参数。优化设计时以缸体内孔半径、缸体壁厚、活塞杆半径尺寸参数为输入参数,液压缸的变形、应力、质量为输出参数,通过ANSYS软件仿真分析获得了液压缸变形、应力、质量与缸体内孔半径、缸体壁厚、活塞杆半径尺寸之间的关系。然后以液压缸变形、应力、质量为优化目标,对其进行了优化设计。结果表明,通过有限元分析,液压缸的最大应力减小2.3%,最大变形减小4%,质量减小5.65%。