奔驰宝马娱乐|基于SolidWorks的液压挖掘机正铲工作装置设计与仿

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  2017年(第46卷)第 8期 工 业 科 技 DOI 10.39690.issn.1672—6375.2017.08.01 1 基于So I i dWo r ks的液压挖掘机 正铲工作装置设计与仿真 苗 淼 (兰州生产力促进中心 ,甘肃 兰州 730030) 摘 要:随着我国经济建设的不断发展 ,液压挖掘机作为一种重要的工程机械,对减轻体力劳动、保证工程质量、加快建设 速度 、提高劳动生产率起着十分巨大的作用 ,对其要求也朝着大型化、自动化和智能化发展。另外,现在的计算机技术发展 迅速,利用三维造型软件可以大大提高数据的重用性 ,减少重复劳动,探索直观的、易于理解的 、可视化的评价挖掘机工作 装置的性能的方法,并将其用于...

  2017年(第46卷)第 8期 工 业 科 技 DOI 10.39690.issn.16726375.2017.08.01 1 基于So I i dWo r ks的液压挖掘机 正铲工作装置设计与仿真 苗 淼 (兰州生产力促进中心 ,甘肃 兰州 730030) 摘 要:随着我国经济建设的不断发展 ,液压挖掘机作为一种重要的工程机械,对减轻体力劳动、保证工程质量、加快建设 速度 、提高劳动生产率起着十分巨大的作用 ,对其要求也朝着大型化、自动化和智能化发展。另外,现在的计算机技术发展 迅速,利用三维造型软件可以大大提高数据的重用性 ,减少重复劳动,探索直观的、易于理解的 、可视化的评价挖掘机工作 装置的性能的方法,并将其用于对挖掘性能的优化。在此背景下 ,开发和研制大吨位正铲液压挖掘机已成为主要趋势。 关键词:单斗液压挖掘机;正铲装置三维建模;运动仿真;有限元分析 中图分类号 :TV621 文献标识码 :A 1 绪论 1.1 挖掘机概述 液压挖掘机是一种生产建设 中使用极为广泛 、用 来开挖土方和石方 的通用工程机械设备。它的产生和 发展对节省劳动时间、减轻工人体力劳动、保证工程质 量、缩短工作周期 、降低工程造价、提高工作效率具有非 常重要 的作用。此外 ,随着国家经济建设的逐步发展 , 正铲液压挖掘机的使用越来越广泛,它在矿石开采以及 水利水电建设中的作用越来越显著,其需求量也逐年大 增,因此对正铲液压挖掘机的研究是十分必要的Ⅲ。 1.2 国内外发展现状 近年来 ,市场对液压挖掘机需要增多,各种高新技 术迅速发展 ,各大生产商之间形成了激烈的竞争关 系。各个企业为了满足挖掘机不 同的作业需求以及保 证设计产品的质量,据资料统计,他们的零部件的专业 化程度已达到 85% 以上。 总体来说,目前外资挖掘机企业还在我国占有主 导 地位 ,其 销 量 占据 了挖 掘机行 业 总销 量 的 75%左 右。同时随着微电子技术以及各项先进技术在液压挖 掘机上的渗透 ,国外知名品牌液压挖掘机生产商的技 术水平也在 日益提高,而国内和国外的制造水平距离 也将进一步拉大,这使得国内民族品牌将面对新的机 遇和挑战。因此,快速研发拥有 自主知识产权的高性 能液压挖掘机,加大对制造业制造能力的发展是我国 当前液压挖掘机行业面临的迫切而又艰巨的任务n 。 1.3 仿线 虚拟样机技术 虚拟样机技术是一门综合的多学科技术,其核心 内容是多体系运动学和动力学建模理论及其技术的实 现。它在建立物理样机之前,通过建立机械系统的数 字模型并用来仿真分析,随即用图形显示该模型在真 实工作条件下的运动特性 ,通过设计人员设计要求和 期待效果 的对 比,进而进行辅助修改并优化设计方案 , 以确保设计样机达到最佳工作性能 。例如 ,在设计液 压挖掘机的时候,我们可以根据用户的设计要求 ,利用 虚拟技术来确定样机的各项参数,尤其是工作装置各 铰接点的位置参数 ,这样 以便设计人员在较早 的设计 阶段完成其优化设计,此外,设计人员还可以根据早期 的优化仿真结果,进行零件的强度和刚度性能分析,然 收稿日期:201704~02 作者简介:苗淼(1982-),女 ,汉族 ,甘肃兰州人,大学本科 ,助理工程师 ,主要从事工业设计研究工作。 37 工 业 科 技 2017年(第46卷)第 8期 后进行辅助修改 。 1.3.2 有限元分析 有 限 元 法 (FEM)即 有 限 单 元 法 (Finite Element Method),是眼下_ 丁程技术领域 中应用性最强 ,应用最 为广泛 的数值模拟方法。随着计算机科学技术的迅猛 快 速 发 展 ,有 限元 分 析 现 已成 为 计 算 机 辅 助 设 计 (CAD)和计算 机辅助制造 (CAM)的重要组成部分 ,它 不仅用于解决工程 中遇到的非线性 问题 、非稳态 问题 , 而且可 以在机械_ T程设 计中进行复杂零件结构的静态 与动态分析,并且可以准确的计算和分析零件所受压 力和所受变形情况 ,成为刚度和强度计算的有力]二具 。 2 基于 SolidWorks的液压挖掘机正铲工作装 置的三维实体造型 由于本课题侧重于对动臂的受力及变形分析 ,限于 篇幅要求 ,本章节只捕述了斗杆模型的主要造型步骤。 2。1 SolidWorks软件简介 SolidWorks机 械 自动化软件是一个基 于特征 的参 数化实体 建模 设计工具 ,该软件采用 了 Windows图形 用户界面,在设计过程 中,实体之间可 以存在或者不存 在约束关系。同时该软件 可以利用 自动的或者用户 自 定义的约束关系来实现设计意图 ,其功能最大 的特点 就是参数化建模 。 SolidWorks软件包含 了零件建模 、装配设计 、T程 图与钣 金模块等模块 ,还与高级 图像 渲染软件 Photo. works、高级有限元分析软件 Simulation、机构运动学分 析软 件 Motionwork、产品 数据 管理 (PDM)软件 SmarT ear n,以及数控加l I软件无缝集成。 各种功能的操作步骤总结为 : (1)造零件 的过程 :选平面 、画形 状 、定位置 、标尺 寸 、造特征 、制零件 ; (2)装机械 的过 程 :插零件 、选对象 、设配合 、装机 械 ; (3)出图样 的过程 :设格式 、选视图 、定位置 、标 尺 寸 、添注解 、出图样。 2.2 斗杆 的实体造型 2.2.1 凸 台拉 伸 l 选择“前 视基准面”。单击草 图T具栏上的“草图 绘制 ”按钮和“直线 ”按钮 ,将指 针移至绘图区域 ,进行 “草图 I”绘制 ;单击“智能尺寸 ”按钮 ,标注尺寸 ,见图 1 38 所示 ,单击 “确定 ”,同时单击“特征”按钮和“拉伸凸台/ 基体”按钮 ,在所弹出的拉伸对线,单击“确定”按钮。 图 1 凸台拉伸 1草 图 2.2.2 抽 壳 I 单击特征里的“抽壳 ”命令 。选择上一步骤斗杆凸 台拉伸 的前后两个面为抽壳面 ,在“多厚度设定”对话 框中设定抽壳厚度为 80,抽壳结果见图2所示。 图 2 抽壳 结果 显示 2.2-3 凸 台拉伸 2 在“Command Manager”工具条中单击“参考几何 体”按钮 ,选择插入“基准面”特征 ,选择参考平面为“前 视基 准面”,设置 “新 建基准面”沿 z轴 正方 向相对 于 “前视基准面”距离为 990,单击 “确定”按钮,建立“基准 面 l”。选择 “基 准面 I”为草图基准面 ,单击草 图里 的 “转换实体 引用”,选择抽壳之后斗杆 的内表面边线 ,单 击确定 ;单击 “凸台拉伸 ”按钮 ,设置拉伸特征为“给定 深度”,沿z轴负方向拉伸80,单击“确定”。 2.2.4 凸台拉伸 3 单击“参考几何体”按钮 ,选择插入“基准面”特征 , 选择参考平面为“前视基准面”,设置“新建基准面”沿z 轴正方向相对于“前视基准面”距离为 300.单击“确定” 按钮 ,建立“基准面 2”;重复上一步的步骤 ,设置距离为 2017年 (第 46卷 )第 8期 工 业 . 1*1-. t~I t, 260,建立 “基准 面3” 选择 “基准面 3”为草 基准面 , 进行草 图绘制 ,如图3,单击“确定”;单击“拉伸凸台”按 钮 ,设置拉伸距离 为 100,方向沿 z轴正方 向,见罔4所 示 ,单击 “确定”。 图 3 凸台拉伸 3草图 图 4 凸台拉伸 3属性设置 2.2.5 凸 台拉 伸 4 选择 J:一 步骤 的后 视 面为 “草 图基 准 丽”,点 击 “网”命令 ,分别绘制直径 为250、450的圆; 击“特 征” 里 的“拉伸凸台”按钮 ,设置拉伸特征为“给定深度”,设 置“方 向 1”为“z轴负方 向”,拉伸距离为 1l0,设 “方向 2”为“z轴正方向”,拉伸距离为 l0,单击“确定”按钮 。 2.2.6 切 除拉 伸 1 选择 “面 1”为草图基准面 ,进入草图绘制 ,选择“中 心矩形”按钮 ,绘制冈形 ,单击“智能尺寸”按钮 ,并标 注 尺 寸 ,见 罔5所示 ,在 “Command Manager”T具条 巾单 击“托伸切除”,在所示拉伸对话 框巾选择 “完全贯穿”, 如 6,单 “确定” 2.2.7 凸 台拉 伸 7 仍 以“面 I”为 图基准面 ,单击“实体转换引用”, 分别选择 l:一步骤切除拉伸后的边线的 矩形 ,选择“扣伸实体”至面.完成“【r【J台5”和“凸台 6”的 绘制 ;以切除拉仲截而为“草 基准 【自『”,单击“转换实 体引用”,选择图7所示内边线 , .击“确定”;然后选择 “特征”里 的“凸俞扎伸 ”,并在“ 定深度 ”对线. 击“确定” 《 图 5 切除拉伸 1草图 藏 翌圜■■■■■ X 甜 蕾晕 鳖翟警 辫 l l盛越蟹。 . . . . I } 墨[二] } i _ _l⋯_l _三 : j 一一⋯ ~瀚外镰撮(Q) { 图 7 凸台拉伸 7草 图 图 8 斗杆实体 2.2_8 后 续 步骤 选择 一步骤f 、台于 仲 敲止 为革冈基准面 ,进 入 罔绘制界面 ;点击 “网”命令 ,分别捕捉斗杆两端 的 网心 绘 制直径 为 700的 ;在“(]ommaM Managel ⋯r 具条 lII 击“拉ffI1 台”按钮 ,在所弹 If 的属性对 活 榧rt 设 滑 z轴 I Jj 向的托伸距 离为 ll0,沿 z中负方 向的托仲距离为 l0, “确定”按钾i;仍以上一草 毖 准ffl『为革冈基准 【fIf,进入草 绘制 【flf;(下转第49页) 39 2017年(第 46卷)第 8期 建 筑 设 计 明显的时间 ,如果夏季施工,需错开正午时间,建议在 夜间着手浇筑操作 。通过插入式振捣器进行振捣 ,直 到表面泛浆稳定后方可停止振捣 ,确保振捣密实 ,均 匀,平整,规避表面裂缝的出现,提升结构整体性 ,增强 抗剪性能 。在养护 过程 ,砼 的强度 至少为 75%设计强 度,且混凝土中心温度和最低温差小于25℃,在拆模环 节,应保证砼表面温度 9℃。 3.2.4 隔热保 护 大体积混凝土出现温度裂缝的根本原因为内外温 差产生的。对混凝土进行浇筑后,因表面和内部相比, 散热更快 ,所用,表面可能会产生内外温差,致使表面 收缩 ,基于内部约束作用形成拉应力,若此时遭遇冷空 气,则表面温度将急剧下降,极有可能出现裂缝。由此 可知,低温季节 ,当混凝土拆卸掉模后应马上采取可行 的保温措施,对表面进行保护 ,以免温度过快下降,引 发裂缝。同时,待2~3 d日平均气温不断下降超过7℃ 时 ,一定要对 28 d龄期混凝土实施表面保护。 3.2.5 工程养护 完成混凝土浇筑工作后 ,应马上依照温控技术措 施标准实施保温养护。因施工季节不同需选取适宜的 养护方法。在夏季施工 ,建议通过草帘覆盖等实施养 护,让混凝土表面始终处于湿润状态,以此来让混凝土 强度一直保持稳定增长[ 。在正常气温条件下,能够喷 刷养生液进行养护。在冬季进行施工时,能够借助保 温材料来增加混凝土的温度 ,此时 ,可通过薄膜养生液 与塑料薄膜等完成保温保湿养护。在寒冷的天气可搭 建挡风保温棚。对于混凝土,其养护时间通常是依照 水泥品种来设定 的 ,常规普通水泥的基本养护时间是 两周 ,而矿渣水泥和粉煤灰水泥等一般要进行长达三 周左右的养护。 4 结束语 大体积混凝土裂缝当前已变成一种通病 ,其中温 度裂缝最为普遍 ,而这大大降低了结构质量,为此,我 们一定要依照工程结构的具体结构,科学挑选材料,正 确配比,合理掺加掺合料与添加剂,有效运用晚期强 度,以此来控制水泥用量。科学规划布设工艺方案,保 证符合工程结构质量标准,全面控制温度裂缝。 参考文献: [1] 刘民.浅谈大体积混凝土温度裂缝的成因及防治措施[J]. 黑龙江科技信息,2016(24):258. [2] 马俊峰.浅谈大体积混凝土施工中裂缝防治[J].中小企业 管理与科技 ,2017(6):180. [3] 吉伟 .浅谈大体积混凝土施工质量控制措施[J].科学与财 富 ,2015(5):175-176. [4] 陈杰民,付艳伶.浅谈大体积砼温度裂缝的防治措施[J]. 科技创新导报 ,2017(23):48. [5] 何扬 .浅谈港 口大体积混凝土裂缝病害的防治措施[J].科 技创新导报,2016(36):66. [6] 高起来 .浅谈大体积混凝土施工的要点[J].建筑工程技术 与设计,2016(1):83. (上接第39页)点击“圆”命令 ,分别捕捉斗杆两端的圆 心 ,绘 制 直径为 450的 圆 ;在 “Command Manager”工具 条中单击“切除”按钮 ,设置拉伸切除特征为“完全贯 穿”,单击“确定”按钮;在“Command Manager”工具条中 单击 “特征 ”按钮和“镜像 ”按钮 ,在所 弹出的属性对话 框中选择“镜像基准面”为“前视基准面”,选择“镜像实 体”为“整个实体”,单击“确定”按钮 ,斗杆造型结束 ,完 成斗杆实体建模,结果见图8所示。 参考文献 : [1] 陈国俊 .液压挖掘机[M].武汉:华中科技大学出版社,2011. [2] 史青录,林幕义.液压挖掘机[M].北京:机械工业出版社, 2011. [3] 史青录.液压挖掘机[M].北京:机械工业出版社,2011. [4] 商跃进 ,曹茹.SolidWorks三维设计及应用教程[M].北京: 机械工业出版社,2008. [5] 商跃进,王红.有限元原理与ANSYS实践[M].北京 :清华 大学出版社 ,2012. 49