某液压破碎机动臂部件的有限元力学特性分析毕业论文(编辑修改稿)

某液压破碎机动臂部件的有限元力学特性分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

要求进行作业。 有 噪音小，工况条件好 、 锤击力强，作业效率高 、 反冲力小 、适用于各种苛刻工况 等优点。 液压破碎机的工作原理 液压破碎机 通过调节液压缸来控制液压破碎锤的位姿 来达到不同的工况 ， 而 液压锤是一种特殊的液压机具，它将控制阀、执行器、蓄能器等液压元件集于一身，控制阀与执行器相互反馈控制，自动完成活塞的往复运动，将液体的压力能转化为活塞的冲击能。 5 目前市场上的液压锤的活塞回程运动都是液压作用力完成的，而活塞的冲程运动，则可根据冲程时作用力的来源不同将液压锤分为氮爆锤、全液锤与气液锤三种类型。 其工作时通过阀门系统接受挖掘机液压动力，推动活塞向破碎器尾部运动，同时压缩氮气室中的氮气，积蓄能量。 当活塞运动到尾部规定位置时，阀门调整液压方向，推 动活塞反向运动，同时氮气膨胀一同推动活塞向下运动，撞击钎杆， 将液压能转变为机械冲击从而 能 实现破碎功能。 固定式液压破碎机的基本结构 固定式液压破碎机整机的基本结构如图 所示： 图 液压破碎机整机结构图 GTP 固定式破碎机主要由工作装置（图中的 9）、回转机构（图中的 10）、液压泵站（图中的 2）、操作驾驶室（图中的 3）和电气系统几部分组成 [8]。 各主要部分的名称如下： 1. 油泵电机组 2. 油箱总成 3. 操作驾驶室 4. 动 臂 5. 斗杆 油缸 6. 斗杆 7. 转锤油缸 8. GT60 液压破碎锤 9. 动 臂油缸 10. 回转平台及底座 6 本论文设计内容及任务概述 本文是对液压破碎机动臂部件进行有限元力学特性分析，根据液压破碎机工作装置的结构特点和实际工作情况， 对液压破碎机进行运动仿真从而分析其运动和动力特性，确定液压破碎机动臂部件 危险工况。 并应用 UG有限元分析软件对动臂进行静力学分析、模态分析、疲劳分析。 根据分析结果进行优化和改进。 任务概述 1）完成调研，检索文献，对国内外在该领域的研究现状有足够的认识。 2）基于各种认识的基础上 ,了解本课题需要解决的问题。 4） 使用 UG 软件的三维建模功能 完成某液压破碎机的三维建模和装配 5）有限元分析软件 NX Nastran 对动臂进行静力学分析并 对其 结果分析 6）有限元分析软件 NX Nastran 对动臂进行疲劳分析并 对其 结果分析 7）有限元分析软件 NX Nastran 对动臂进行模态分析并 对其 结果分析 8）根据相关数据与结果，整理 得出结论。 7 第 二 章 三维模型的建立 与 运动仿真 UG 三维软件的简介 UG 是 Siemens PLM Software 公司 出品 的集 CAD/CAM/CAE 于一体的三维 参数化设计软件 ,在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模 的 应用。 UG 针对用户的 虚拟产品设计 和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。 UG 具有三个设计层次，即结构设计、子系统设计和组件设计。 该软件具有以下特点： l）具有统一的数据库，真正实现了 CAD/CAE/CAM 等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。 2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。 3）用基于特征的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。 4）以 Parasolid 为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。 目前著名CAD/CAE/CAM 软件均以此作为实体造型基础。 5）提供了界面良好的二次开发工具 GRIP 和 UFUNC，并能通过高级语言接口，使 UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。 6）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。 所以本文选用 UG 软件进行三维建模。 根据某液压破碎机的数据和设计图纸，利用UG 软件的三维建模功能对整机进行建模并装配，包括动臂部件、斗杠部件、液压缸、活塞杆、底座、破碎锤、连杆机构等。 建模时对不会影响结果的特征进行去除。 模型里的焊 缝处按连续处理。 动臂三维模型的建立 液压破碎机工作装置里动臂 部件和动臂液压缸 与回转平台上的底座用销轴铰接，动臂液压缸 的控制工作装置。 液压破碎机中其他工作装置如破碎锤、连杆机构、斗杆部件与液压缸都是使用销轴铰接。 动臂是液压破碎机工作装置中的主要部件，其机构有整体式和组合式两种。 整体式动臂。 其整体式动臂的有点事结构简单，质量轻而刚度大。 其缺点是更换的工作装置少，8 通用性交叉。 整体式动臂又可以分为直动臂和弯动臂中直动臂结构简单。 质量轻、制造方便，不适用于通用破碎机机。 整体式动臂通常使用弯曲梁结构，使用厚钢板 Q345 材料的上下接板和左右侧板对接焊缝焊接而成。 而组合式动臂由辅助连杆或 液压缸或螺栓链接而成。 可以根据作业条件随意调整作业尺寸，且调整时间短，此外，它的互换工作装置多，可以满足各种作业的需要。 装车运输方便。 所以本文选用组合式弯动臂。 组合式 动臂 由 整承架 、中间板、前臂组成。 对其分别建模并装配可得动臂部件。 整承架的建模 整承架由支撑架与后置板组成，支撑架由连接管、前置板、加厚板组成建模 ， 如图 连接管的建模，图 前置板的建模，图 加厚板的建模，图 后置板的建模图 支撑架的装配，图 整承架的装配。 图 图 图 图 图 9 图 中间板的建模 中间板由支撑板、耳板、中间板组成。 如图 耳板的建模，图 连接管 的建模，图 支撑板 的建模，图 中间板 的建模，图 中间板的装配。 图 图 图 图 10 图 前臂的建模 前臂对动臂是用于力的传递功能，主要由前板和前支架组成。 而前支架是由两前支架的前板和前支架组成的， 如图 前板的建模 ，图 前板 1 的建模，图 前板 2 的建模，图 前支架的建模，图 前支架的装配，图 前臂的装配。 图 图 1的建模 图 2的建模 11 图 图 图 动臂的装配体 将整承架、中间板、前臂 装配组成动臂部件，如图 动臂部件。 12 图 动臂部件 装配 2. 3 斗杆三维模型的建立 斗杆部件一般用箱形断面的变直梁结构，能够承受较大的侧向弯矩。 它主要由前板、前支架、前加强板、下顶盖、加强板、后板和耳板组成。 分别对其建模并装配组成斗 杆部件如图 斗杆部件。 图 13 其他零部件三维模型的建立 液压固定式破碎机除了操作室、固定装置、动臂和斗杆以外，还有其他很重要的组成部分，主要包括底座、液压缸、液压油杆、连杆、安装板、破碎锤等。 其中底座部分可以根据实际情况的需要选择是挂式还是坐式；液压油杆是主要的动力传输装置；连接部分是用来连接斗杆与液压破碎锤的；而破碎锤是直接与被破碎物相接触的零件，根据锤型 进行建模。 液压缸等 其他部件的建模 根据 PC 系列挖掘机油缸 中性能参数及连接形式， 与 GT6O 破碎锤等部件参数 进行三维建模 ，如图 液压缸建模、图 底座的建模、图 破碎锤的建模、图 连杆机构的建模。 图 液压 缸 的建模 图 的 简化 模型 14 图 GT60 破碎锤 的建模 图 连杆机构 整机装配 与运动仿真 将 以上 各个部件装配组成液压破碎机 ， 在各部件的铰接点处匹配装配，各部件 装配体 如图 所示 液压破碎机总装配体。 图 液压破碎机总装配体 15 进入 运动仿真 环境 ，新建 运动 仿真。 选择类型为 动力学 ，单击确定。 选择底座为固定连杆 LOO1，其他部件依次设置成不固定连杆。 对于本文参考约束关系，采用旋转副、滑动副、固定副，施加在各部件之间的约束情况如表 21 所示 表 21约束使用情况表 部件 1 部件 2 约束 底座 地面 固定副 动臂 底座 旋转副 动臂油缸缸筒 底座 旋转副 动臂油缸活塞杆 动臂油缸缸筒 滑动副 动臂油缸活塞杆 动臂 旋转副 斗杆 油缸缸筒 动臂 旋转副 斗杆油缸活塞杆 斗 杆 油缸缸筒 滑动副 斗 杆 动臂 旋转副 斗杆油缸活塞杆 斗杆 旋转副 转锤油缸活塞杆 转锤油缸缸筒 滑动副 转锤油缸活塞杆 连杆 旋转副 连杆 摇杆 旋转副 摇杆 斗杆 旋转副 破碎锤 斗杆 旋转副 破碎锤 连 杆 旋转副 添加了符合实际情况的运动副可以对其进行运动仿真分析了，液压破碎机的动力来自动臂油缸、斗杠油缸和转锤油缸产生的液压驱动力提供的， 通过调节液压缸来控制液压破碎机的工作。 UG 中将实际运动函数模型转换为 UG 运动仿真中的 阶跃 STEP 运动控制函数，从而控制机构的运动规律。 STEP 函数格式如下： STEP (x, x0, h0, x1, h1) 其中， x ― 自变量 ，可以是时间或时间的任一函数 x0 ― 自变量 的 STEP 函数开始值，可以是常数或函数表达式或设计变量； x1 ― 自变量 的 STEP 函数结束值，可以是常数、函数表达式或设计变量 h0 ― STEP 函数的初始值，可以是常数、设计变量或其它函数表达式 h1 ― STEP 函数的最 终值 ，可以是常数、设计变量或其它函数表达式 16 因为液压破碎机工作尺寸只 涉及到平面，不考虑液压破碎机的回转动作，依据各油缸的理论行程、仿真过程避免发生干涉及获得工作范围原则将三个液压缸驱动函数设置如下： 动臂油缸 STEP 函数设置： STEP(time,5,0,10,200)+STEP(time,20,0,30,850)+STEP(time,40,0,50,850)+STEP(time,55,0, 60,200) 斗 杆 油缸 STEP 函数设置： STEP(time,5,0,10,800)+STEP(time,30,0,35,550)+STEP(time,35,0,40,550)+STEP(time,55,0, 60,800) 转锤油缸 STEP 函数设置： STEP(time,5,0,10,250)+STEP(time,55,0,60,250) 将 STEP 函数分别添加到油缸的滑动副 驱动 中， 分别设置好 动臂油缸、 斗 杆 油缸和转锤油缸的 STEP 函数， STEP 函数曲线图如图 、图 、图 所示。 图 STEP曲线图 图 杆 油缸 STEP曲线图 17 图 STEP曲线图 由图 、图 、图 可知，首先调整动臂油缸全伸，斗 杆 油缸与转锤油缸全缩，使破碎锤达到最高点，接着调整动臂油缸全缩，斗 杆 油缸伸至使破碎锤达到最低点。 最后调整动臂油缸、斗 杆 油缸、转锤油缸使液压破碎机回到原位。 在 UG的运动仿真模块对其进行求解运算。 仿真结束后，可在动画中观看仿真结果。 利用 UG 仿真模块中的作图功能选取破碎锤为对象，定义 Y 轴为破碎锤 Y 方向的位移，定义 X 轴为破碎锤 X 方向的位移。 生成图 为液压破碎机在 XY 平面内工作范围轨迹。 图 XY平面 最大工作范围 运动仿真轨迹图 18 根据 液压破碎机 工作范围轨迹图， 研究其工作区域， 分析可得到破碎 锤 最远工作位置，破碎锤最低工作 位置与最高工作位置等极限工作尺寸， 现对其 液压破碎锤位于离回转平台最远位置 并垂直工作 下的 工况进行运动仿真。 为了模拟实际工作状态加入回转动作。 添加简化回转装置，并将其在 UG 运动仿真模块中设置为固定连杆。 将底座与回转装置设置为旋转副。 根据其工况将 液压缸驱动函数设置如下： 动臂油缸 STEP 函数设置： STEP(time,5,0,10,300)+STEP(time,15,0,30,300) 斗 杆 油缸 STEP 函数设置： STEP(time,5,0,9,700)+STE。