大型挖掘机登机梯的仿真与分析*,该文是挖掘机论文范文素材和挖掘机和登机梯和仿真方面论文范文素材.
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摘 要：针对大型正铲机械式挖掘机登机梯在使用中出现的问题,设计了一款新型登机梯.与旧有登机梯相比,新型登机梯在结构、样式等方面进行了轻量化及优化改进；使用设计软件NX建立了新型登机梯三维模型,应用其仿真模块（ADAMS）模拟了气缸推力随登机梯旋转的变化情况,根据推力变化情况,采用有限元分析模块（NASTRAN）对登机梯受力情况进行分析,确保了登机梯的结构强度及刚度.
关键词：挖掘机；登机梯；NX软件；优化设计
中图分类号：TD422文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.10.087
大型机械式挖掘机的工作平台距离地面较高,登机时需要登机梯辅助,完成登机后登机梯由气缸推动旋转脱离地面到预定角度后由气缸锁紧.由于登机梯长度长、重量大,仅靠气缸无法锁紧,故登机梯转轴另一侧带有较重的配重,这就导致登机梯重量较大、刚度不高,在实际使用形较大,操作人员登机时存在安全隐患.登机梯重量大不仅造成资源浪费,而且对整机的回转循环时间产生影响,加之登机梯工作时仅靠气缸锁紧,易出现密封老化锁紧失效,最终导致登机梯在重力作用下失控下放而发生损坏的问题.
针对登机梯存在的重量大、配重笨重、锁紧可靠性不高的问题,笔者以轻量化、可靠性、经济性为目标,提出了一种新型登机梯设计方案,并综合运用UGNX三维参数化建模、ADAMS动态仿真以及有限元分析手段验证设计方案的合理性.
UGNX软件是面向企业的CAD/CAM/CAE系统化软件[1],其中的设计仿真模块（有限元分析）在多年的发展中吸收和集成了世界优秀的动力学、运动学仿真软件ADAMS,LMotion以及RecurDyn等的功能和优点,尤其在结构分析方面具有精度高、速度快的优点[2],其运动仿真功能更加综合、强大[3-4].
1新型登机梯设计方案
新型登机梯分为登机平台和登机梯子两部分,见图1.登机梯的固定平台增加台阶,以降低登机梯的垂直登机高度.气缸的固定位置改在下部,以便于登机梯大角度旋转时不与气缸干涉.登机梯的C形截面中,上下板的宽度加大,侧板宽度降低,侧面增加立筋,以降低登机梯的自重.登机梯踢踏板改为整体薄钢板冲压结构并焊接在登机梯上.登机梯的栏杆由螺栓固定改为焊接固定,栏杆位置由侧面改为登机梯上表面,与登机梯的加强筋板对应,以提高整体刚度.登机梯固定平台不再固定到主辅助走台上,而是固定到配重箱上,由于配重箱钢板较厚,刚度高,故可以适当提高登机梯固定平台根部的刚度.登机梯工作中由焊接到机棚上部的月牙形锁紧板实行机械锁紧,锁紧板带有弹簧,登机梯下放前,先手工解除机械锁紧再下放阀块.
2新型登机梯运动学仿真分析
根据结构的实际尺寸,气缸的最短长度为
1254mm,全伸出长度为2120mm,气缸的活动空间应包含上述长度,考虑到实际运行中地面不平的原因,允许梯子有一定的下行角度,本设计设置为5°,此时对应的气缸长度为1237mm,因此确定气缸最短长度为1230mm,能够避免干涉,行程确定为897mm.
将仿真部件分成4个连杆,分别是梯子、梯子平台、气缸缸体、气缸活塞杆,其中梯子与梯子平台、气缸缸体铰接耳与梯子平台、气缸活塞杆与梯子的运动关系设置为铰接运动副；气缸活塞杆和气缸缸体设置为平移运动副,该运动副加载驱动,初始速度为100mm/s,仿真时间设置为8.97s,运动仿真结果见图2.气缸初速度设置为100mm/s,行程由0匀速增加至897mm.由于初始阶段推力力臂较小,因此推力较大,运行中随着气缸推力力臂的增加,推力降低,当到达行程末端时,梯子重力对交接点的力臂下降较快,此时气缸的推力也降低到最小.
由图2可知,气缸最大推力出现在起步阶段油缸伸出35.8mm时,此时最大推力为13150N；在登机梯上升初始段气缸推力较大,然后逐渐下降,且最低下降至6360N,不到峰值的一半,因此,气缸推力波动较大,还需优化.在梯子铰接孔的另一侧适当增加配重,以抵消旋转初段梯子重力的力矩,降低前后阶段气缸推力波动,图3为增加配重后的气缸推力变化曲线.由图3可知,最大推力降至10880N,比原结构13150N的最大推力大幅降低,推升末端推力最小值为7300N,优化后的气缸推力波动大幅减小.
为保证平衡,选择2个气缸,直径选标准尺寸160mm,活塞杆直径；压力气体由设备附带的空压机供给,根据相关标准,气缸最大压力取0.6MPa,则2个气缸的推力F等于1602×3.14÷4×10-6×0.6×106×2等于24115N.气缸工作中所需的最大推力为10880N,小于气缸最大推力24115N的一半,说明气缸缸径选择合适.
3新型登机梯有限元分析
进入NX软件的设计仿真模块,使用其NASTRAN分析模块将运动仿真中确定的登机梯受到的气缸最大推力10880N按照仿真的方向加载到登机梯铰接耳处.登机梯与平台铰接处施加钉销约束,登机梯底部施加固定约束载荷,登机梯使用普通钢板,材料设置为“steel”,网格为四节点四面体单元.
由图4登机梯有限元分析应力云图和图5登机梯有限元分析位移云图可知,登机梯最大应力为28.7MPa,最大位移为0.234mm,强度、刚度满足要求,运行寿命符合设计要求[5].
4结束语
本文使用三维设计软件NX建立登机梯三维模型,使用其ADAMS功能对气缸推力进行动态仿真,并使用有限元分析,验证了新型登机梯的刚度和强度.优化后的登机梯经过一段时间的使用后,运行稳定、状况良好,没有出现不能旋转、锁紧失效等问题,赢得了客户的认可,不仅增加了该挖掘机登机梯的订货,而且要求更换其他挖掘机登机梯.
参考文献：
[1]吕洋波,胡仁喜,吕小波.UGNX7.0动力学与有限元分析
从入门到精通[M].北京:机械工业出版社,2010.
[2]沈春根,王贵成,王树林.UGNX7.0有限元分析入门与实
例精讲[M].北京:机械工业出版社,2010.
[3]陈露丰,宁晓斌.液压挖掘机工作装置的动态强度仿真分
析[J].机电工程,2013,30(8):924-928.
[4]《液压挖掘机》编委会.液压挖掘机[M].武汉:华中科技
大学出版社,2011.
[5]孟宪红,柳春图.A633D斗杆的疲劳裂纹形成寿命[J].应用
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（责任编辑尚晓春）
总而言之:本文是关于挖掘机方面的大学硕士和本科毕业论文以及挖掘机和登机梯和仿真相关挖掘机论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
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