51噸反鏟挖掘機鏟斗有限元分析和70噸大型液壓挖掘機動臂有限元分析

51噸大型液壓挖掘機鏟斗有限元分析鏟斗計算工況挖掘機在工作過程中，作業(yè)對象千變萬化，土質及施工現場也各異，其工作裝置運動與受力情況比較復雜。故選擇了最危險工況來進行強度校核。工況一：一般挖掘1/2鏟斗油缸行程；1/2斗桿油缸行程；斗齒尖V點貼地；挖掘力0.7G，方向與地面成50度夾角，附加偏載。工況二：伸長挖掘斗桿油缸行程縮至最??；鏟斗油缸行程1/2處；斗齒尖V點貼地；挖掘力取0.7G，附加偏載。邊界條件的確定及約束的施加將斗桿簡化成如圖5所示的模型。對于斗桿，A代表斗桿與動臂連接的鉸點，B代表斗桿與斗桿油缸的鉸點。DD圖1工作裝置邊界條件簡化模型2).鉸點載荷的處理在挖掘機工作裝置中，鉸點是鏟斗與斗桿、斗桿與動臂、動臂與機體以及各油缸和連桿機構與工作裝置的連接構件。因此，對于鉸點處的載荷施加就顯得尤為關鍵。以往對于鉸點處的載荷大多簡化為集中力或等值的面載荷，施加集中載荷會產生很大的集中應力；施加等值面載荷無法全面考慮鉸孔的應力分布情況。本有限元計算鉸點載荷的施加應用彈性力學的相關理論對銷孔內表面的載荷簡化為余弦分布的面載荷，（如圖6所示）圖2鉸點處余弦載荷分布-余弦載荷分布假設：(1)載荷在x-y平面內在180°范圍內按余弦分布；(2)分布力的方向為沿銷孔表面的法向；(3)載荷在z向均布。三、鏟斗有限元計算1）、有限元模型鏟斗實體模型采用應用軟件Pro/Engineer建立，如圖3，有限元模型見圖4。鏟斗有限元模型共劃分單元445855個，節(jié)點121056個。 圖3鏟斗三維實體模型圖4鏟斗有限元模型2）、有限元計算將各項載荷加入有限元模型各鉸點后，計算結果如下：工況一：圖5鏟斗VonMises應力分布云圖圖6鏟斗VonMises應力分布云圖（最大應力）圖7鏟斗VonMises應力分布云圖圖8鏟斗VonMises應力分布云圖工況二：圖9鏟斗VonMises應力分布云圖圖10鏟斗VonMises最大應力處圖11鏟斗VonMises應力分布云圖圖12鏟斗VonMises應力分布云圖圖13鏟斗VonMises變形位移分布云圖四、結果分析從以上兩種工況計算結果來看，最大應力為350Mpa左右，超出強度使用要求，但最大應力出現于焊縫圓滑過度區(qū)域，實際中補上焊縫會大大改善此區(qū)域。故應注意焊縫必須圓滑過渡，分布均勻，最大應力處焊縫焊接時需特別注意，焊縫必須達到規(guī)定要求，焊接后需要仔細檢查。五、參考文獻【1】單斗液壓挖掘機70噸大型液壓挖掘機動臂有限元分析動臂計算工況挖掘機在工作過程中，作業(yè)對象千變萬化，土質及施工現場也各異，其工作裝置運動與受力情況比較復雜。故選擇了最危險工況來進行強度校核。工況一：1)、動臂位于最低（動臂油缸全縮）；2）、斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點、斗桿與動臂鉸點三點位。圖1工作裝置挖掘姿態(tài)（工況一、二）工況二：在工況一的基礎上：3）斗邊點遭遇障礙，側向力Wk。工況三：1)、動臂位于動臂液壓缸作用力臂最大處；2）、斗桿油缸作用力臂最大（斗桿油缸與斗桿尾部夾角為90°）；3）鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進行正常挖掘。工況四：在工況三的基礎上：3）斗邊點遭遇障礙，側向力Wk。圖2工作裝置挖掘姿態(tài)（工況三）三、斗桿受力分析1）、斗桿鉸點載荷的確定①計算工況一：θ1=-41.68°，θ2=131.684°，θ3=180°。從重慶大學反鏟分析軟件中提取進行有限元分析所需要的數據：動臂缸作用力為：-927.87kN；斗桿缸作用力為：423.386KN；鏟斗缸作用力為：318.225kN；動臂油缸鉸點：Rx=915.301kN；Ry=150.391kN；斗桿油缸鉸點：Rx=264.623kN；Ry=330.5kN；斗桿動臂鉸點：Rx=-370.888kN；Ry=-376.969kN；圖3挖掘工況一、二示意圖②計算工況二：在工況一的基礎上，加上側齒障礙產生的彎矩和扭矩，及側向力Wk=23.638KN。③計算工況三：θ1=4.504°，θ2=111.993°，θ3=151.371°。圖4挖掘工況三示意圖從重慶大學反鏟分析軟件中提取進行有限元分析所需要的數據：動臂缸作用力為：-927.87kN；斗桿缸作用力為：834.065KN；鏟斗缸作用力為：584.42kN；動臂油缸鉸點：Rx=656.101kN；Ry=656.106kN；斗桿油缸鉸點：Rx=832.213kN；Ry=55.55kN；動臂斗桿鉸點：Rx=-1046.18kN；Ry=20.38kN；④計算工況四：在工況三的基礎上，加上側齒障礙產生的彎矩和扭矩，及側向力Wk=15.165KN。2）、邊界條件的確定及約束的施加將斗桿簡化成如圖5所示的模型。對于斗桿，A代表斗桿與動臂連接的鉸點，B代表斗桿與斗桿油缸的鉸點。DD圖5工作裝置邊界條件簡化模型3）、鉸點載荷的處理在挖掘機工作裝置中，鉸點是鏟斗與斗桿、斗桿與動臂、動臂與機體以及各油缸和連桿機構與工作裝置的連接構件。因此，對于鉸點處的載荷施加就顯得尤為關鍵。以往對于鉸點處的載荷大多簡化為集中力或等值的面載荷，施加集中載荷會產生很大的集中應力；施加等值面載荷無法全面考慮鉸孔的應力分布情況。本有限元計算鉸點載荷的施加應用彈性力學的相關理論對銷孔內表面的載荷簡化為余弦分布的面載荷，（如圖6所示）圖6鉸點處余弦載荷分布余弦載荷分布假設：載荷在x-y平面內在180°范圍內按余弦分布；分布力的方向為沿銷孔表面的法向；載荷在z向均布。四、動臂有限元計算1）、有限元模型動臂實體模型采用應用軟件Pro/Engineer建立，如圖7。動臂實體模型采用20節(jié)點三維實體單元SOLID95，有限元模型見圖8。動臂有限元模型共劃分單元241108個，節(jié)點427386個。圖7動臂三維實體模型圖8動臂有限元模型2）、有限元計算將各項載荷加入有限元模型各鉸點后，計算結果如下：工況一：圖9動臂VonMises應力分布云圖圖10動臂VonMises應力分布云圖圖11動臂VonMises應力分布云圖（斗桿油缸鉸點）圖12動臂VonMises應力分布云圖（最大應力處）工況二：圖13動臂VonMises應力分布云圖圖14動臂VonMises應力分布云圖圖15動臂VonMises應力分布云圖（斗桿油缸鉸點）工況三：圖16動臂VonMises應力分布云圖圖17動臂VonMises應力分布云圖圖18動臂VonMises應力分布云圖（斗桿油缸鉸點）計算工況四：圖19動臂VonMises應力分布云圖（斗桿油缸鉸點）圖20動臂VonMises應力分布云圖（斗桿油缸鉸點）圖21動臂VonMises應力分布云圖（斗