煤炭采樣車工作裝置有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著社會(huì)發(fā)展，機(jī)械化采樣方式替代人工采樣方式實(shí)現(xiàn)了更加快速、高效的采樣。五自由度關(guān)節(jié)式煤炭采樣車在工作空間中具有很好的避障、適應(yīng)性強(qiáng)和多位姿等優(yōu)點(diǎn)，在煤炭采樣領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。以往針對(duì)煤炭采樣車工作裝置進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，由于將結(jié)構(gòu)件分開(kāi)計(jì)算而產(chǎn)生了邊界條件和載荷不確定所引入的誤差，導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果不夠精確。由于工程機(jī)械普遍存在強(qiáng)度、剛度盈余、自重過(guò)大等缺點(diǎn)，未能最大程度發(fā)揮材料性能，因此煤炭采樣車工作裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和機(jī)械臂截面尺寸直接影

2、響整機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)此，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，提出了一種五自由度關(guān)節(jié)式煤炭采樣工作裝置的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)工作裝置進(jìn)行了機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)、工作空間仿真分析、集成有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，論文主要工作有：
　　首先，簡(jiǎn)明介紹了在現(xiàn)代煤炭交易中，煤炭采樣環(huán)節(jié)的效率直接影響整體煤質(zhì)檢測(cè)時(shí)間，因此迫切需要以自動(dòng)化設(shè)備替代人工煤炭采樣。在明確課題研究的背景下，簡(jiǎn)單介紹了煤炭采樣車的整機(jī)組成、機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理等。同時(shí)，根據(jù)工作要求提出了關(guān)節(jié)式煤炭

3、采樣車工作裝置初步設(shè)計(jì)方案，借助于Matlab強(qiáng)大數(shù)學(xué)計(jì)算功能和優(yōu)化函數(shù)對(duì)工作裝置的機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化與求解。
　　其次，用SolidWorks建立工作裝置三維模型，基于SolidWorks Motion運(yùn)動(dòng)仿真得到工作裝置的工作空間及運(yùn)動(dòng)特性。在建立工作裝置集成有限元模型時(shí)，將復(fù)雜的實(shí)體接觸問(wèn)題通過(guò)約束方程理論轉(zhuǎn)化為在ANSYS中建立剛性區(qū)來(lái)求解。將工作裝置三維模型導(dǎo)入ANSYS中，在對(duì)煤炭采樣車工作裝置三種典型工況分析的基礎(chǔ)上

4、，采用節(jié)點(diǎn)耦合和生成MPC184單元的方法模擬了銷軸連接，采用Link8桿單元模擬了油缸連接，建立了工作裝置整體集成有限元模型，并進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度和模態(tài)分析。
　　最后，采用了一種針對(duì)CAD軟件模型導(dǎo)入ANSYS經(jīng)典界面中參數(shù)化處理的方法，依此建立了工作裝置的整體參數(shù)化模型。以工作裝置整體的總體積最小作為目標(biāo)函數(shù)，選取大臂、中臂和小臂臂厚尺寸作為優(yōu)化參數(shù)，相應(yīng)的定義了9個(gè)設(shè)計(jì)變量，提取優(yōu)化模型的靜力分析結(jié)果中最大應(yīng)力和最大位移作為