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液压挖掘机装置静强度有限元分析

发布于:2020-03-17 23:25
有限元分析

       静态强度分析方法基本上分为两类,一类是基于材料力学强度理论的传统方法,这类方法分析过程简单,适用于结构简单,规则的零部件,不需要昂贵的分析软件,不适合结构复杂的零部件,分析结构的精度也较低;另一类是基于弹性力学的有限元分析方法,这类方法适用于分析结构和受力都十分复杂的零部件,分析精度较高。有限元分析方法的基本步骤:(1)分析各结构的特点,利用ANSYS和SolidWorks Simulation建立单斗反铲液压挖掘机工作装置有限元网格模型;(2)分析挖掘机的作业工况,根据其作业的特点,找出几个最危险的工况对其进行受力分析;(3)根据部件结构特点利用ANSYS和SolidWorks Simulation在工作装置有限元网格模型的相应部位施加约束,并输入材料的机械力学特性参数;(4)利用ANSYS和SolidWorks Simulation进行分析计算。
      (1)动臂与斗杆的长度比K。由于所设计的挖机适用性较强,一般不替换工作装置,故取中间比例方案,K为松散系数,与土的类别及其状态有关。对于III级土壤,其范围在1.24-1.3之间,初选可近似取其中间值,所以选择K=1.25。动臂上铰点与下铰点之间的距离斗杆上铰点与下铰点之间的距离1212.03,铲斗容量为0.38m3;挖掘深度为4.1;挖掘高度为7.35;挖掘半径为6.77;卸载高度为4.95;铲斗挖掘力54.86 kN。本文中长度的单位均为m。(2)铲斗斗容与主参数的选择。斗容在机械设计课程设计任务书中已经给出0.38 m3。按经验公式和比拟法初选,如图所示。
       铲斗有限元静强度分析如图所示。铲斗双耳板的四个铰接处,斗齿与斗体应力较大,因此在选择材料和焊接工艺时应注意。对于铲斗,还应该校核斗齿与齿座的连接强度,以及斗齿本身的强度,因为斗齿是直接参与挖掘的主要零部件,其受力工况十分恶劣,存在明显的磨损外还可能发生断裂。从挖掘机的动臂应力分布图,可以看出最大应力的位置在集中力施加处,从该图的颜色分布及对应的应力值可以看出动臂与斗杆的铰点处应力较大,是强度薄弱部分。由最低安全系数区域和应力分布图,可以看出斗杆与铲斗铰接处应力较大,且该位置截面积尺寸较小,有强度破坏现象发生。
       限于设计手段,目前对挖掘机结构件的强度分析主要还以静强度分析为主,在此基础上考虑适当的动载系数和安全系数,这导致分析结果比较粗略。但由于在挖掘过程中工作装置的动作速度较低,故在一定程度上能反映挖掘机主要结构件的受力。


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