基于Pro/E的TTW30挖装机工作机构的优化设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)秦皇岛天业通联重工股份有限公司 作者:王智勇

  TTW30挖装机工作装置采用全液压驱动。利用Pro/E对工作装置进行三维建模,同时建立其虚拟样机模型。针对挖装机挖掘与扒渣作业工况,利用Por/E/Mechanism模块对工作装置进行运动仿真和动力学仿真,找出工作过程中工作装置的极限工况。动力学仿真结果为工作装置的工作机构静力学分析提供载荷依据,进而利用Pro/E/Mechanica对工作机构进行强度校核与优化设计。

  随着高速铁路事业的快速发展,高速铁路逐渐进入西部山区,隧道施工工程随之增加,挖装机在地下矿山、地下工程、水电涵洞、交通隧道等施工中已得到广泛应用。然而国内的挖装机并不完善,主要依赖于进口,针对这一现状,某公司最新研制了TTW30挖装机。它是一种全液压驱动的整体式挖装机,由底盘、工作装置、液压和电气控制系统以及辅助管路系统组成。

1、工作装置驱动原理与结构

  TTW30挖装机的工作装置共有14个动作,分别是:大臂伸出、斗杆伸出、摆动伸出、铲斗伸出、大臂伸出和斗杆收回、大臂伸出和斗杆伸出、大臂收回和斗杆伸出、铲斗收回和斗杆收回、铲斗伸出和斗杆收回、铲斗伸出和斗杆伸出、铲斗收回和斗杆伸出、铲斗收回和斗杆收回、铲斗伸出和斗杆伸出及大臂收回、铲斗收回和斗杆收回及大臂伸出。挖装机工作装置一般由几个相互作用的部分组成:工作装置支座、斗杆油缸、动臂总成、动臂油缸、前臂总成、铲斗油缸、连杆总成、推杆总成、铲斗。工作装置是具有传动执行装置的机械,是挖装机赖以完成工作任务的实体,由杆件和关节组成。其主体结构如图1所示。

基于Pro/E的TTW30挖装机工作机构的优化设计

图1 工作装置结构图

2、工作装置的Pro/E三维建模

  由于作者后续将进行工作装置的动力学分析,因此采用Pro/E的建模原则是:工作装置建模严格细化,其他主体结构尽量简化。在三维建模时,首先按照已有的二维图纸建立单个零件的三维模型,然后根据各个组成部分的装配关系建立子装配,最后进行总装配。形成总装三维图如图2所示。

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图2 三维总装图

4、总结

  介绍了挖装机工作装置的动作原理,该机构结构紧凑、动作范围广、可控性性好。一般多自由度机构运动过程的描述比较困难,作者利用Pro/E建立其三维样机模型,同时对挖掘扒渣工况进行动力学仿真,验证驱动油缸的选型合理;同时找出了挖掘扒渣过程中工作装置极限工况,而动力学仿真结果为工作装置的工作机构静力学分析提供理论依据;最后利用Pro/E中的Mechanica有限元分析模块,根据动力学仿真出的各关节受力数据,导入到Mechanica中进行静力学分析,直观得出两构件在两种工况中极限工况点对应的应力应变云图,验证构件刚度与强度处于合理范围;在此基础上对两个构件进行优化,在满足最大应力小于许用应力的情况下进行结构优化,对两构件减重了0.32t,尺寸趋于合理,不会在计算理论载荷范围内出现破坏,提高了动臂与前臂设计可靠性。

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