WK-75矿用挖掘机履带行走装置动力学分析及履带架优化

摘要

机械式矿用挖掘机具有生产效率高、工作性能稳定、适应环境能力强等优点，广泛应用于大型露天矿场中。履带行走装置是机械式矿用挖掘机底部支撑部件，不仅要承受整机的重量，在行驶过程中还会受到各种阻力，载荷受行驶工况和地形影响较大。组成履带行走装置的部件众多，在转向或爬坡等特殊工况下很难通过传统力学计算出关键部件各方向的受力，因此有必要对履带行走装置进行多体动力学分析，研究关键部件的受力情况，并在此基础上探究履带行走装置关键部件的力学性能和优化履带架结构。 课题获得国家高技术研究发展计划（863 计划）项目“75m3大型露天矿用挖掘机研制”（NO.2012AA062001）的资助。本文对某公司自主研发的WK-75 矿用挖掘机履带行走装置进行了多体动力学分析，履带行走关键部件的有限元分析，以及履带架的优化设计。主要研究内容如下： 1、在查阅大量相关文献的基础上，阐述了履带行驶理论的发展以及地面滑移、重心偏移等因素对行走装置受力的影响，关键部件刚度和强度主要研究方法以及优化设计方法。 2、分析了履带行走装置关键部件在设计时主要考虑的因素，履带行走装置在行走过程中受到的主要阻力类型，确定了四种典型行走工况，依据履带行驶理论，计算得到四种工况下驱动力矩和驱动功率的数值。 3、采用多体动力学软件 RecurDyn 建立履带行走装置动力学模型，对四种典型工况进行仿真分析，将各工况到的驱动力矩和驱动功率与理论值进行分析比较，确定仿真结果的合理性。提取四种工况下支重轮在各方向的载荷变化曲线，确定支重轮在各工况下最危险安装位置。 4、确定履带行走装置关键部件履带架、支重轮受力差异较大的工况，在ANSYS中进行有限元分析，探究其刚度、强度的变化，确定关键部件最大应变、应力的位置及数值，提取了履带架的固有频率，并分析了支重轮在转向时易发生的磨损类型以及改善方法。 5、对履带架结构进行尺寸优化，选取组成履带架的主要支撑板的厚度为设计变量，根据平路直行工况和坡道行驶工况下履带架受力以及安装方式确定载荷及约束，将履带架体积最小化设定为目标函数，对履带架进行优化，使履带架在满足结构强度、刚度要求下，提高材料的利用率，减少钢材的使用并减轻重量，提高整体性能。 本文运用多体动力学分析方法、有限元分析方法、结构优化分析方法，分别对履带行走装置及关键部件进行了受力分析、刚度强度分析和结构优化，研究结果也可以为其他型号的矿用挖掘机履带行走装置的研发与优化提供一定的参考。

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