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轮式装载机动臂的CATIA有限元分析

发布于:2020-08-15 20:03
有限元分析

       随着我国经济的持续、健康、高速发展,对工程机械的需求日益增长,这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场需求。目前国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。各主要厂家正在不断地进行技术投入,采用不同的技术路线,在关键部件及系统上技术创新,摆脱目前产品设计雷同,无自己特色和优势的现状,从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出,成为装载机行业的领先者。
       CATIAApp作为建模、分析工具,将三维建模与工程分析两项工作集成在一个系统中完成,省去了模型在不同App接口之间导入导出时所需的大量的有限元分析模型修改工作。当分析的结果不能满足设计要求时,可以直接返回Mechanical Design>Part Design模块修改,进一步直接生成二维图纸,大大缩短了设计周期。
       装载机工作装置在工作过程中不同时刻、不同位置和不同工况,其各构件的受力情况不同。应力分析应该是结构受力最大,最危险工况。装载机工作装置在插入、铲取、举升、卸载等各工况中,以铲斗插入料堆同时举升动臂时的受力状态最恶劣。在初铲阶段根据铲斗切削刃受载情况,有两种工况:正在水平切入和崛起作业,认为载荷沿切削刃均匀分布,称其为对称受载情况;偏载水平切入和崛起作业,由于铲斗偏铲、堆料密集情况不均,使载荷偏于铲斗一侧,通常将其简化为集中载荷作用在铲斗最边缘的斗齿上,此时工作装置除承受正载外,还要受附加弯矩作用,从而导致铲斗和动臂的变形。在极限偏载作用下,该变形对动臂的刚度影响很大,如设计不当,将导致工作装置很快失效。由于极限偏载工况发生极少并且时问很短,可以在对称工况的计算基础上加一定的安全系数来避免极限偏载所带来的不利影响,本文主要研究正载工况。
       装载机工作装置为反转六杆式工作机构,由铲斗、动臂、连杆、摇臂、横梁、转斗油缸、举升油缸等组成。装载机工作装置的对称载荷工况可简化成平面静力系统计算。
       ZL80轮式装载机在作业过程中,动臂分别在G处受到铲斗压力,在P处受到举升油缸压力以及在B处受到摇臂压力。在铲斗插入料堆,铲取物料和举升铲斗的过程中,铲斗需克服切削物料的阻力、物料和铲斗之问的摩擦力以及物料自身的重力。这些力构成了装载机工作装置的作业阻力。当工作装置处于单一插入工况时作用在切削刃上的最大水平插入阻力G为整机空载时的重量,为轮胎与地面的附着系数。在铲斗插入料堆与铲取物料的联合加载时,铲斗水平插入阻少。
       铲斗最大铲取阻力为F,式中为装载机额定载重量。圣维南定理指出,局部载荷不影响远处应力场的分布,所以在铲斗尖部施加的点载荷不会影响动臂的应力分布。对称载荷工况可简化成平面静定系统计算,但需要忽略铲斗和支撑横梁对工作装置各构件受力和变形的影响。


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