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装载机装置的三维建模及有限元分析

发布于:2018-03-06 19:40
有限元分析

       装载机的工作装置由铲斗、动臂、横梁、支撑、摇臂、拉杆及液压系统等组成,铲斗用来铲装物料,动臂和动臂油缸的作用是控制铲斗的升降转斗和转斗油缸种制铲斗的转动,动臂油缸和转斗油缸的动作由液压系统控制。各零部件之间由铰销联结,有相对转动。动臂上铰点与装载机前车架铰接,中部铰点与举臂油缸铰接,摇臂上铰点与翻斗油缸铰接。下面对其部件进行有限元分析仿真。
       根据装载机工作装置零部件的特点,利用Pro/EApp强大的三维实体建模功能,对铲斗、动臂、横梁、支撑、摇臂、拉杆及液压系统等进行实体构建,其中,铲斗和动臂三维模型液压系统中的转斗油缸和动臂举升油缸三维装配模型。模型中把焊缝处都进行连续处理,其材料视为与母材相同。各构件模型建立完毕后,通过配合约束组装成装配体。生成的实体零件均为参数化特征造型,便于以后对零件进行设计修改,可实现装载机工作装置的动态设计。
       装载机作业条件复杂,即使在同样的作业条件下,由于工作位置及工作工况不同,工作机构受力情况也不一样。装载机实际作业时,铲斗斗刃所承受的载荷情况十分复杂,并且变化范围也相当大,这些载荷最终施加在动臂部分上,其受力情况十分复杂。因此,本研究在Pro/E建模的基础上,采用Ansys有限元分析App对动臂进行有限元力学分析。
       将Pro/E动臂模型导入Ansys10.0有限元分析App中,定义动臂材料为16Mn钢,选择Structural Solid和Tet 92项设置网格单元大小,并生成有限元分析的网格单元。网格划分完成后共生成5855个单元。由于在铰接处受力较大,故AnsysApp在铰接处设置较大的网格密度,其余部分设置较小的网格密度,可大大提高运算速度。
       由于装载机的动臂与铲斗相联接,铲斗铲掘物料时所消耗的力为主要力,分析时选用与铲斗相联接的2个动臂孔作为有限元分析的主要部位。拾取2个与机架铰接的孔的4个而,并设定为全局接触,完成约束施加。
       载荷既可以施加到实体模型上,也可以施加到有限元模型上。实体模型载荷和有限元模型载荷各有优缺点,考虑到模型简单,因此直接加约束于实体模型上。对称工况下的载荷可利用作用于切削刃中部的集中力代替,故可以选取装载机关键点施加在载荷而上,施加垂直对称载荷Fz=62700 N,完成载荷施加。
       经过App运算,可得到垂直对称载荷情况下的等效应力图,由图可以看出,动臂部分最大应力为186.94 MPa,发生于动臂圆孔内侧,垂直对称载荷工况为装载机的正常铲掘工况,取安全系数为1.25,许用应力为400 MPa。在垂直对称载荷情况下所产生的最大应力小于许用应力。应力结果表明,动臂在正常载荷下是安全的。
       转斗油缸包括活塞杆、活塞、耳环、衬套、缸筒和缸尾等零件,根据转斗油缸的结构特点,采用组合分割法,将转斗油缸一分为二,形成2个组合件,组合件1为活塞杆、活塞、耳环、衬套组合件,组合件2为缸筒和缸尾组合件。


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