矿用挖掘机机棚后壁轻量化设计.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()矿用挖掘机机棚后壁轻量化设计许玉明(太原重工股份有限公司 技术中心 智能采矿装备技术全国重点实验室,山西太原 )摘要:挖掘机机棚内部安装有挖掘机的核心零部件,机棚后壁安装在挖掘机尾部,上部承载着重要的通风除尘装置,通过对机棚后壁进行轻量化设计,降低了机棚后壁的重量,提高了设备的工作效率.关键词:挖掘机;机棚;后壁;轻量化设计中图分类号:T P T D 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:许玉明(),男,山西太原人,高级工程师,硕士,主要从事矿山机械设计工作.引言机棚是矿用挖掘机的“家”,机棚内部安装有挖掘机的核心零部件,其质量的优劣至关重要,因此要求机棚结构坚固.机棚所有壁板和顶盖等分为若干小块,用螺栓联接,便于安装、拆卸,方便内部大型部件的维修和起吊.机棚后壁由于上部安装有通风除尘装置,承载重量大,同时挖掘机工作时,转动惯量大,振动强度高.本文在满足设备可靠性的前提下,对机棚后壁进行轻量化设计.机棚后壁矿用挖掘机机棚由前壁、侧壁、后壁、顶梁和顶盖等组成,如图所示.后壁位于挖掘机机棚的后部,机棚后壁由左侧壁、右侧壁、右后壁、中间壁板和左后壁五部分组成,如图所示.每块壁板采用厚 mm的钢板和厚 mm的等边角钢 焊接而成,在现场用高强度螺栓联接在一起.每块壁板长度和宽度都超过m,属于超大超宽件,在运输过程中容易变形,现场安装时需要校平,重新喷漆,工作量大.前壁;侧壁;后壁;顶梁;顶盖图矿用挖掘机机棚机棚后壁轻量化设计将机棚后壁原先的每块壁板分割为两块,同时将壁板钢板和角钢厚度改为 mm,如图所示.同时为了简化制作和安装工艺,各壁板间不在拐点位置进行对接,在平面处进行对接,结构简单,联接更加可靠,如图所示.左侧壁;右侧壁;右后壁;中间壁板;左后壁图机棚后壁图轻量化的机棚后壁有限元分析计算对机棚后壁进行受力分析,后壁所受的力有:通风除尘装置的重力;挖掘机回转时的离心力;后壁自身的重力.以某挖掘机为例,对机棚后壁进行受力分析,机棚后壁所受的力:通风除尘装置的重力 k N;挖掘机回转时的离心力 k N;轻量化前自身重力 k N,轻量化后自身重力 k N.采用三维设计软件UGN X建模,并利用NA S T R AN模块施加约束和载荷,机棚后壁施加约束和载荷如图所示,分别对机棚后壁轻量化前、后进行应力和变形分析.图轻量化前、后机棚后壁壁板联接图机棚后壁施加约束和载荷 轻量化前机棚后壁的最大位移和最大应力计算()经分析计算,得到轻量化前机棚后壁受力后的位移云图如图所示,最大位移为 mm.图轻量化前机棚后壁的位移云图()经分析计算,得到轻量化前机棚后壁受力后的应力云图如图所示,最大应力为 MP a.图轻量化前机棚后壁的应力云图 轻量化后机棚后壁的最大位移和最大应力计算()经分析计算,得到轻量化后机棚后壁受力后的位移云图如图所示,最大位移为 mm.图轻量化后机棚后壁的位移云图()经分析计算,得到轻量化后机棚后壁受力后的应力云图如图所示,最大应力为 MP a.图轻量化后机棚后壁的应力云图 机棚后壁轻量化前、后最大位移和最大应力对比机棚后壁所用材料为Q B,轻量化前、后最大位移和最大应力对比如表所示.表机棚后壁轻量化前、后最大位移和最大应力对比名称轻量化前轻量化后许用值最大位移(mm)最大应力(MP a)结论经受力分析计算可知:某挖掘机机棚后壁轻量化降低重量t,降低重量约,最大位移和最大应力虽较原先有所增大,但均在许用范围之内,满足挖掘机的使用要求.同时壁板长度缩短一半,壁板采用模块化设计,各壁板在平面位置处进行对接,降低了制作难度,提高了产品的外观平整度,同时方便运输,降低了产品的运输成本,可以在系列挖掘机上推广应用.参考文献:阎书文机械式挖掘机设计M北京:机械工业出版社,李军 UGN X 入门与应用M北京:清华大学出版社,(英文摘要转第 页)年第期许玉明:矿用挖掘机机棚后壁轻量化设计调压偏差越大其启闭特性越差.因此,主阀节流孔直径越小越有利于溢流阀的静态特性,但过小会导致溢流阀产生压力波动现象,影响压力稳定性,还会增大加工难度,在实际使用中较易产生堵塞等故障.主阀芯锥半角阀芯锥角大小影响阀口过流面积及溢流阀的流通能力.分别将主阀芯锥半角设置为 、,其压力流量曲线如图所示.图不同主阀芯锥半角下溢流阀的压力流量曲线通过图可知:主阀芯锥半角对先导式溢流阀静态特性影响较为明显,主阀芯锥半角越小,其调压偏差越大,溢流阀的静态性能越差.主阀弹簧刚度及预紧力主阀弹簧的主要作用为使主阀芯关闭时复位,其次是用于提供主阀芯密封时的部分密封力.分别在仿真模型中将主阀弹簧预紧力设置为 N、N、N,其压力流量曲线如图所示.通过图可知:阀口处的调定压力随着主阀弹簧预紧力的增加而增加;不同主阀弹簧预紧力下的压力流量曲线斜率不变,即该参数对溢流阀的调压偏差和静态特性基本无影响.在不同主阀弹簧刚度下,溢流阀的压力流量响应曲线基本重合,故该结构参数对溢流阀静态特性影响较小.图不同主阀弹簧预紧力F下溢流阀的压力流量曲线结论本文建立了溢流阀静态特性仿真模型,并验证了仿真模型的准确性;对比分析了主阀节流孔直径、阀芯锥半角、弹簧刚度及预紧力等结构参数对溢流阀静态特性的影响规律,可为同类型溢流阀的研发及性能优化提供参考.参考文献:杜宏辰,孙江宏,黄小龙,等基于AME S i m的先导式溢流阀性能研究J机床与液压,():刘体龙,魏效玲先导式溢流阀流量压力特性理论分析J河北建筑科技学院学报,():姜福祥,郁凯元先导式溢流阀泄漏量对其静态特性影响的仿真研究J盐城工学院学报,():周加永,张昂,莫新民,等基于AME S i m的先导式溢流阀建模与仿真J兵器装备工程学报,():陈天某型战斗机内埋式武器舱舱门启闭安全阀研发及特性研究D长春:吉林大学,:R e s e a r c ho nS i m u l a t i o nM o d e l i n ga n dS t a t i cC h a r a c t e r i s t i c so fR e l i e fV a l v eB a s e do nAME S i mL I UJ i n g,WE IY o n g h e,C H E NZ o n g y o n g,L U O W e n g u o(S c h o o l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,S h e n y a n gL i g o n gU n i v e r s i t y,S h e n y a n g ,C h i n a;AV I CY i b i nS a n j i a n gM a c h i n e r yC o,L t d,Y i b i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h es t a t i cc h a r a c t e r i s t i c so fr e l i e fv a l v ea r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c et ot h eo p t i m i z a t i o no fv a l v ep e r f o r m a n c ea n dt h ei m p r o v e m e n to f t h er e l i a b i l i t yo ft h ew h o l eh y d r a u l i cs y s t e mT h ei n f l u e n c ef a c t o r so fs t a t i cc h a r a c t e r i s t i c sa r es t u d i e df r o mt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fv a l v ep a r t s A c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fr e l i e fv a l v e,AME S i ms t a t i cc h a r a c t e r i s t i cs i m u l a t i o nm o d e l i se s t a b l i s h e d,a n di t sa c c u r a c yi sv e r i f i e db yp e r f o r m a n c ei n d e xt e s t T h ei n f l u e n c el a wo fe a c hs t r u c t u r a lp a r a m e t e ro nt h es t a t i cc h a r a c t e r i s t i c so fv a l v e i ss i m u l a t e da n da n a l y z e d T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ed i a m e t e ro f t h em a i nv a l v eo r i f i c ea n dt h eh a l fa n g l eo ft h es p o o l c o n eh a v eg r e a t i n f l u e n c eo n t h e s t a t i c c h a r a c t e r i s t i c so f t h e r e l i e f v a l v e T h e l a r g e r t h ed i a m e t e r o f t h em a i nv a l v eo r i f i c eo rt h es m a l l e r t h eh a l f a n g l eo f t h es p o o l c o n e,t h ew o r s e t h ep r e s s u r e r e g u l a t i n gd e v i a t i o na n dt h eo p e n i n ga n dc l o s i n gc h a r a c t e r i s t i c s S p r i n gs t i f f n e s sa n dp r e l o a dh a v en oo b v i o u s i n f l u e n c eo ns t a t i cc h a r a c t e r i s t i c s K e y w o r d s:r e l i e fv a l v e;s t a t i cc h a r a c t e r i s t i c s;AME S i m;s i m u l a t i o n(上接第 页)L i g h t w e i g h tD e s i g no fR e a rW a l l o fM i n i n gE x c a v a t o rM a c h i n e r yH o u s eX UY u m i n g(T e c h n o l o g yC e n t e r,T a i y u a n H e a v y I n d u s t r yC o,L t d,S t a t eK e yL a b o r a t o r yo f I n t e l l i g e n tM i n i n gE q u i p m e n tT e c h n o l o g y,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ec o r ep a r t so f t h ee x c a v a t o ra r e i n s t a l l e d i n s i d e t h ee x c a v a t o rm a c h i n e r yh o u s e,t h e r e a rw a l l o f t h em a c h i n e r yh o u s e i si n s t a l l e da t t h et a i lo ft h ee x c a v a t o r,a n dt h eu p p e rp a r tc a r r i e sa ni m p o r t a n tv e n t i l a t i o na n dd u s tr e m o v a ld e v i c e T h r o u g ht h el i g h t w e i g h td e s i g no f t h er e a rw a l lo ft h em a c h i n e r yh o u s e,t h ew e i g h to ft h er e a rw a l lo ft h em a c h i n e r yh o u s ei sr e d u c e da n dt h ew o r k i n ge f f i c i e n c yo f t h ee q u i p m e n t i s i m p r o v e d K e y w o r d s:e x c a v a t o r;m a c h i n e r yh o u s e;r e a rw a l l;l i g h t w e i g h td e s i g n机 械 工 程 与 自 动 化 年第期