经典案例
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土方机械整体结构的强度分析

发布于:2016-06-23 21:45
强度分析

      用于土石方工程的土方机械,其作业效率在很大程度上取决于工作装置,尤其是工作装置的结构强度直接影响到土方机械的可靠性和使用性能。土方机械如挖掘机、装载机等,其工作装置一般是由动臂、连杆、斗杆及铲斗组成的连杆机构。长期以来,有限元法在土方机械工作装置结构分析中得到了广泛的应用。但是,绝大多数应用仅限于对动臂、斗杆等关键部件或者部分结构进行强度分析,由于结构件在进行计算时,存在边界条件及载荷难以确定的不足,影响了计算结果的准确性。另一方面,土方机械工作装置上铰点较多,工作时销轴和轴套之间传递载荷较大,轴和轴套的合理配合问题直接影响工作可靠性。目前,绝大多数研究仅对工作装置铰点处的连接销轴与轴套分别进行有限元分析,往往忽视轴和轴套的接触配合问题对计算结果的影响。
      针对上述问题,结合某小型挖掘机挖掘工作装置出现结构件断裂、动臂和斗杆铰点处断轴等问题,提出了工作装置整体结构有限元分析方法。以该小型挖掘机工作装置为研究对象,对动臂、斗杆、铲斗、油缸和连接销轴构成的系统进行整体建模,对工作装置进行整体结构有限元强度分析,为土方机械同类共性问题的解决提供具有引导意义的分析方法。
      某小型液压挖掘机工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及油缸等组成。利用UGApp建立车架、动臂、斗杆、铲斗及连接盖的三维几何模型。在建模过程中,去掉了螺纹孔、不影响计算结果的倒角、运输吊耳等要素。在实际模型中焊缝处都按连续处理,其材料按照与母材相同处理。利用UG中GFEM模块提供的面向ANSYSApp的有限元前处理功能生成有限元模型
      由于工作装置的各个部分如动臂、斗杆、铲斗的实际结构主要是由薄钢板焊接成的,并且几何模型较为复杂,故这些部分在划分有限元模型时,有限元分析的单元类型选择三维实体单元Solid45。油缸采用Link8单元模拟。最终的工作装置由动臂、斗杆、铲斗等部分装配而成,动臂和斗杆之间、斗杆和铲斗之间通过连接套和销轴连接。通过在相互接触的销轴表而和连接套表而采用三维接触单元,从而能够建立更为精确的整体工作装置的有限元模型。
      挖掘机的挖掘工况由动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的变化可以组合成几万个工况,所以如何确定工作装置在外载荷作用下的一个或几个最不利的工况,并作为强度计算工况,进行精确的强度校核是非常重要的。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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