挖掘機工作裝置全生命期性能數(shù)字樣機研究.pdf

1、全生命期性能數(shù)字樣機作為一項工程課題，它不僅關注一個機械系統(tǒng)，或是系統(tǒng)中關鍵零件的設計性能，而且還關注其性能在整個可用生命期內(nèi)隨使用時間的變化過程。這就要求，一個全生命期性能數(shù)字樣機要由能動態(tài)描述系統(tǒng)性能的動力學模型和能描述性能衰退的性能衰退模型通過集成形成。而不同的性能衰退模型通常來自不同的研究領域，這一要求引發(fā)了多領域模型的開發(fā)和集成問題。本文以挖掘機工作裝置為研究對象，建立了性能隨工作時間變化的全生命期性能數(shù)字樣機。該數(shù)字樣機使得

2、全生命期性能預測成為可能。該數(shù)字樣機包括一個能即時描述挖掘機工作裝置物理行為的4自由度動力學模型，一個受泄漏影響的液壓驅(qū)動裝置動力學模型和動臂根部銷軸與軸套的磨損及間隙變化模型。本文的主要貢獻如下：
　　基于牛頓-歐拉方法，通過引入因參考系旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力影響、科里奧利力影響和力偶影響，建立了挖掘機工作裝置在非慣性參考系下的4自由度動力學模型。同時，建立了該動力學模型中所有物理量的精確表達式，特別是工作裝置繞豎直方向且過其質(zhì)心的

3、軸的轉(zhuǎn)動慣量。該動力學模型除了作為一個知識集能為全生命性能預測提供服務外，還可以深入分析動力學模型中的各個因素對挖掘機工作裝置物理行為的影響。
　　接下來，建立了根部銷軸與軸套之間的磨損和間隙變化模型，并基于該模型，進一步研究根部銷軸與軸套磨損對終端鏟斗運動軌跡的影響。通過對比在不同磨損階段的銷軸與軸套之間的間隙所影響的終端鏟斗的軌跡，可以定量地研究終端鏟斗即時的運動軌跡因動臂根部銷軸與軸套間間隙變化而逐漸偏離的變化過程。

4、　　接下來以密封圈磨損為研究對象，研究了液壓裝置的動力學性能退化過程。磨損和疲勞是工程機械中最常見的結(jié)構退化現(xiàn)象。本文考慮密封圈磨損導致的液壓油泄漏，建立了受泄漏影響的液壓驅(qū)動裝置動力學模型。該模型包括：液壓缸活塞動力學模型，基于浸透技術和接觸技術的泄漏模型，密封圈磨損模型，密封圈在工作時的變形和彈力模型。該模型可以對工作裝置的物理行為進行實時的分析。通過該模型，還能進一步地研究液壓驅(qū)動裝置中，活塞響應隨磨損進程的變化情況，可用來預測密