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基于CATIA的矿用防爆装载机动臂有限元分析

发布于:2020-08-10 19:45
有限元分析

       以XT810小型矿用防爆装载机为例,在ADAMS中建立矿用防爆装载机工作装置的模型进行动力学分析,得出典型工况下动臂上各个铰接点的载荷。在CATIAApp中建立动臂的三维实体模型并对典型工况下的动臂进行静力学有限元分析,找出应力集中区域并加以修改,以使其整体受力分布更加合理。
       装载机实际作业中经常出现的恶劣状况:铲斗在装载机牵引力的作用下,先插入料堆最大深度,同时动臂油缸、转斗油缸动作,实现铲斗铲装物料,即边插入边转斗的工况,这时插入阻力和铲取阻力均达到最大值。而此位置又可分为正载和偏载2种工况,在此主要研究正载工况。
       建模过程:
       (1)按照工作装置各个零部件的结构尺寸输入铰点坐标建立各个零部件。
       (2)对各个铰点施加铰接约束。
       (3)施加力和油缸运动函数。以系统提供的STEP(tl,xl,t2,x2}函数设定装载机工作装置在一个工作循环中的受力和油缸运动情况。
       (4)仿真条件分析。设定仿真分析类型为运动学分析,仿真时间根据油缸作用时间可设为20 s,仿真步数为600步,仿真结束后,查看仿真结果。
       将动臂三维模型转入到CATIA的静态应力分析模块中划分网格。网格精度设置为30 mm,用正三角形划分。
       对整个部件施加等静态约束,限定动臂只允许绕动臂与车架铰接点转动。对各个铰点施加圆柱轴承载荷。
       在静态应力分析模块中进行分析计算,得到动臂米赛斯应力图(图略)。找出应力集中区域并查看区域内应力最大值。细化应力集中区域的网格,局部网格精度设置为5 mm,重新计算,得到最终结果。
       通过米赛斯应力云图可以清晰地显示出在靠近铲斗的部位以及横梁与支板、横梁与侧板焊接处应力集中,是危险点,且各个危险点的应力值相差较大。
       返回零部件设计模块,修改动臂侧板的结构尺寸,适当增大侧板上下两侧夹角和过渡圆弧的半径。然后按步骤重新分析。
       通过米赛斯应力云图可以清晰地显示出在靠近铲斗的部位以及横梁与支板、横梁与侧板焊接处应力集中,是危险点,且各个危险点的应力值相差较大。
       返回零部件设计模块,修改动臂侧板的结构尺寸,适当增大侧板上下两侧夹角和过渡圆弧的半径。然后按步骤重新分析。
       从优化后的应力分析中可以看出最大位移由1.44 mm减小为1.26 mm,说明侧板强度得到提高,同时,各处应力集中区域的最大应力值都有所下降,其中动臂下铰点下侧的危险点应力下降最大,下降了37 MPa。最终,各处的最大应力值都在110 MPa左右,板件的受力更加均衡。
       运用CATIAApp对防爆装载机工作装置的动臂进行静力学有限元分析,得到动臂在边插入边转斗的正载工况应力分布云图。通过修改应力集中处的形状来增强该位置的强度和刚度,降低应力集中或者疏导应力集中的部位,使动臂受力更加合理,从而提高工作装置的整体性能。同时为装载机的进一步结构优化提供了思路。



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