【摘 要】
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挖掘机作为最为典型的工程机械之一,在社会生产生活、工程应用上起着不可替代的作用。我国的挖掘机起步较国外稍晚,但随着近年来中国制造的崛起,中国的挖掘机产品也逐渐开始走向世界。因此,提高挖掘机产品的质量、塑造中国挖掘机产品的核心竞争力以及品牌认可度变得越来越重要。挖掘机工作装置是挖掘机日常工作的重要受载系统,在长期使用中存在动臂断裂、关节破坏等性能问题。为对挖掘机工作装置展开研究,本文采用刚柔耦合动力
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挖掘机作为最为典型的工程机械之一,在社会生产生活、工程应用上起着不可替代的作用。我国的挖掘机起步较国外稍晚,但随着近年来中国制造的崛起,中国的挖掘机产品也逐渐开始走向世界。因此,提高挖掘机产品的质量、塑造中国挖掘机产品的核心竞争力以及品牌认可度变得越来越重要。挖掘机工作装置是挖掘机日常工作的重要受载系统,在长期使用中存在动臂断裂、关节破坏等性能问题。为对挖掘机工作装置展开研究,本文采用刚柔耦合动力学分析理论以及有限元分析方法对挖掘机工作装置整体强度以及关节摩擦副性能进行研究分析,探索一条研究挖掘机工作装置性能的理论方法。（1）基于模态法、拉格朗日法建立挖掘机工作装置刚体与刚柔耦合动力学的数学模型,推导出工作装置的变形运动方程;对挖掘机挖掘工况和方式进行归纳,并选取其中铲斗挖掘的常规经典工况进行动力学分析;同时对于挖掘机外载荷进行计算,为动力学仿真做基础。（2）基于虚拟样机技术分别对挖掘机工作装置进行刚体、刚柔耦合动力学仿真,得到挖掘机三个重要关节的载荷、动臂-底座关节的分载荷以及角速度数据,并对比它们的关节载荷曲线。结果表明刚柔耦合曲线更具真实性。同时对柔性体动臂、斗杆进行强度校核,确定柔性体的危险区域以及危险节点的动态变化。（3）设计应变花应力实验对基于刚柔耦合动力学分析结果的动臂、斗杆的动态应力进行验证,结果表明刚柔耦合仿真与实验曲线趋势上吻合,在数值上相差较小;刚柔耦合在部分大载荷部位振荡度超过实验曲线。这说明刚柔耦合在处理大载荷大变形情况下误差会加大,在此情形下的刚柔耦合理论还需进一步完善。（4）将刚柔耦合动力学分析的关节载荷作为外载荷,对关节摩擦副端面进行有限元仿真以分析其性能,包括强度、疲劳以及磨损分析。有限元分析的结果表明,左右端面的最大接触压力远小于材料许用强度极限,材料是安全的;在接触形式上,端面外圆面承受主要接触压力,同时磨损也沿外圆面由外向内延伸;左端面较右端面更易发生损坏,计算了左端面的疲劳寿命,疲劳点位于端面正下方区域处,与磨损位置相吻合。图[50]表[5]参[100]
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