摘要
随着我国生产建设的大规模发展，城市基础建设施工挖沟、电力输送方面的电缆铺设、有线电视，光纤通讯、天然气和煤气输送、自来水供应和电话等管路埋设方面都面临着巨大的挖沟工作量，这些工程的建设需要大量大型专用挖沟机。采用连续型挖沟机 ，可以提高挖沟的效率，避免人力和物力的浪费。可是目前我国连续式挖沟机还几乎为空白。因此，对链式挖沟机进行研究开发，填补我国在挖沟机方面的空白是当务之急。
传统机械设计只是对机构进行静力设计，结果造成机械不是太笨重就是强度不够，除了造成财力物力的浪费外，还使工作效率十分低下。随着计算机技术的飞越发展，有限元方法得到越来越广泛的应用；同时，一些机械系统动力学分析软件也逐渐的发展起来并被应用于机械设计当中，这为机械动态设计提供了强有力的工具。
结合传统设计理论和现代设计方法，根据土壤切割理论，研究了切割齿形状与土壤切割阻力的关系及切割齿与土壤在切割时的作用力与反作用力的关系，对挖沟器工作过程中切割齿的受力情况进行了分析计算，确定了挖沟器工作过程中需要的驱动功率。
运用大型三维造型软件CATIA、Pro/E对挖沟器进行了三维造型。作为有限元分析和机械系统统动力学分析的导入模型。
在进行挖沟器的系统动力学分析过程中，利用了虚拟样机技术ADAMS软件对挖沟器链传动过程中的受力情况进行了动态仿真。虚拟样机技术的研究范围主要是机械系统运动学和动力学分析，其核心是利用计算机辅助分析技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构件在任意时刻的位置、速度和加速度，通过求解代数方程组确定引起系统及其各构件运动所需的作用力及其反作用力。得出了链传动过程中链条的驱动链轮、从动轮以及张紧链轮的受力变化曲线图，通过对链条工作过程的受力变化的研究，得出了每个链节在整个工作过程中的受力变化曲线图，为链条的强度设计提供了理论数据。此
外，通过仿真还计算出了驱动链轮上需要的驱动力矩，为液压马达的选择设计提供了理论数据。
利用了有限元分析软件ANSYS对挖沟器进行了有限元分析。即利用ANSYS的结构静力学模块对挖沟器结构进行了静力学分析，找出了挖沟器的危险点，得到了整个结构的应力云图和位移云图。
利用ANSYS的结构动力学模块的模态分析功能对挖沟器的固有频率进行了研究分析，获得挖沟器的各阶固有频率及相应的各阶振型。通过对挖沟器支承处不同刚度的探讨，发现随着支承处刚度以10倍的速度递增，挖沟器各阶固有频率的递增速度逐渐减少。当刚度值K取到4.5×109 N.m-1时，挖沟器的各阶固有频率已经稳定下来。而当刚度值K取4.5×105、 4.5×106、4.5×107时，支承处的刚度对挖沟器的各阶固有频率的变化影响较大。
考虑到链传动的运动不均匀性所产生的振动对挖沟器的影响，利用ANSYS的结构动力学模块中的谐响应分析功能对不同激振力频率下挖沟器的位移响应和应力响应进行了谐振分析，通过分析得到了不同频率激振力作用下对应的响应位移和响应应力变化曲线。从曲线上可以看出，当激振力频率等于第五、六和八阶固有频率时，挖沟器在X方向的位移受到的影响较大；当激振力频率等于第三、四、五、六和八阶固有频率时，挖沟器在Y方向的位移受到的影响较大；当激振力频率等于第五、和六阶固有频率时，挖沟器在Z方向的位移受到的影响较大。综合第五章、第六章得到的分析结果进一步证明了系统在第s阶共振时的振动形态接近于第s阶主振型，这为改变挖沟器的固有频率，从而为扩大挖沟器的工作频率范围提供了改进设计的方案，为挖沟机的合理设计提供了更具价值的数据。
With the rapid development of production and construct, it is faced with heavy trenchwork that the projects of basic facilities，cable pavement, cable television，light fibre communication，the transportation of natural gas and coal gas, water supply and telephone etc. These projections need a lot of special large-scale trencher. The chain type trencher will improve the trenching efficiency, avoid the waste of manpower and material resources. Therefore, it is very necessary to study chain type trencher, which will fill the trencher vacancy of our Country.
The traditional mechanical design only do the static design, which result in not only the machine ponderosity but also the undercapacity, which result in the manpower waste and work efficiency decline. With the quick development of computer technology, the finite element method is applied to more and more fields, while some mechanical system dynamics soft are gradually developed and applied to machine design, which provide strongly tools for the machine dynamic design.
During the process of studying, I combine the traditional design theory with modern design method to calculate the cutter stress and gain the driving power according the relation of the cutter shape and the soil cutting resistance, and the relation of applied force and counterforce of cutter and soil.
I take advantage of the large three-dimensional sculpt soft CATIA, Pro/E to do three-dimensional sculpt of trenching implement. The three-dimensional sculpt of trenching implement will be regard as the import model of the finite element analysis and mechanical system dynamics analysis.
During the dynamic analysis of mechanical system, the force that act on the chain of trenching implement is simulated by virtual prototype soft ADAMS. The main range, which the virtual prototype technology is suitable to, is the kinematics and dynamics analysis of mechanical system, its core is to do the kinematics and dynamics of mechanical system analysis with the virtual prototype technology to determine the position, speed and acceleration of the system and all components at any time, meanwhile, determine the applied force and counterforce that the system and all components required by solving the algebra system of equations. The simulation of ADAMS draws the graph of force,
which acts on the driving wheel, driven wheel and tension pulley. The graph of force that acts on the chain is also drawn by the simulation of chain, which provides the reference data for the intension design of chain. Moreover, the driving moment of the driving wheel is calculated, which provide the reference data for the selection of hydraulic motor.
The large universal finite element analysis soft ANSYS is applied to the research of trenching implement. Finite element is a kind of numerical solution that applied to calculate the characteristic of structural statics and dynamics analysis by computer. For the high precision, applicability and the canonical computational format, finite element has applied to mechanism, space navigation and aviation, automobile, shipping, construction, nuclear engineering and ocean engineering etc. during fifty years. The finite element has become an important tool of modern mechanical design. During the course of finite element analysis of trenching implement, the structural static analysis of trenching implement is taken by ANSYS, the danger point has been found and gain the stress nephogram and displacement nephogram.
Take advantage of the Modal Analysis, the first seven modes of trenching implement is distilled in the modal analysis, and the natural frequency and vibration mode are determined. Through the discuss of the elasticity effect of bearing segment， I have found the rate of increase of the natural frequency of trench implement gradually decrease with the increase of the stiffness of bearing segment in 10 times. When the stiffness K is 4.5×109 N.m-1，the natural frequencies of trenching implement is steady. As the stiffness K is 4.5×105、 4.5×106、4.5×107，the stiffness of bearing s
引文
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