大型液压正铲挖掘机工作装置有限元分析及应力测试
挖机回转机构受力校核 -回复
挖机回转机构受力校核 -回复挖掘机回转机构是挖掘机的核心部件之一，承担着转动整个机器的重任。
在工作中，回转机构需要承受来自升降臂、斗杆、斗杆缸等各个部位的力量，而这些力量往往十分巨大，对回转机构的承载能力提出了较高的要求。
因此，回转机构的受力校核非常重要。
受力校核是指通过计算和校验回转机构的结构尺寸、材料选用、以及受力情况等，来确定其是否满足受力要求的过程。
校核过程主要包括力学公式计算、有限元分析、结构调整等步骤，具体如下：1.分析力学公式计算力学公式计算是回转机构受力校核的基础。
根据材料性质、结构形式以及受力情况，选择适当的力学公式进行计算，包括受力分析、应力计算、挠度计算等。
这些计算结果可以提供给校核人员作为设计的依据。
2.有限元分析有限元分析是回转机构受力校核中一个非常有效的方法。
通过将回转机构的结构分割成若干个有限元素，再对每个有限元素进行离散化计算，得到整个结构的受力分布。
根据有限元分析的结果，校核人员可以确定是否需要进行结构调整，以满足受力要求。
3.结构调整结构调整是回转机构受力校核中的重要一环。
在校核过程中，如果发现回转机构的承载能力不足，校核人员需要根据受力分析和有限元分析的结果，对机构的结构尺寸、材料选用等进行调整，以提高其承载能力。
结构调整的目的是使回转机构能够满足受力要求，并且具有较高的安全性和稳定性。
在挖机回转机构的受力校核中，还需要对常见的受力状态进行分析和校核。
例如，在机器工作时，升降臂产生的下拉力、挖斗产生的抗浮力和瞬间承载力、斗杆转动产生的惯性力等都需要经过严格的校核。
这些校核可以通过计算、仿真等手段进行，以保证回转机构能够承受来自各个方向的力量。
综上所述，挖掘机回转机构受力校核是一个非常重要的工作，关系到机器的安全性和可靠性。
通过力学公式计算、有限元分析和结构调整等步骤，可以确定回转机构是否满足受力要求，以及是否需要进行结构调整。
只有通过科学的校核，才能使挖机回转机构具有良好的受力性能，确保机器的正常运行和使用。
液压挖掘机工作装置有限元分析
２ ． ３液压挖掘机 工作装置有限元集成模态分析 当液压挖 掘机 工作装置中的液压系统频率和外界的作用在与工 作装置 规范 要求的频 率相 接近时，那么在很大程度上都会加剧工作 装置 发生振 动的情 况。当工作装置的结构由于轻量化而引起大幅度 的振 动时，就需要对 液压 挖掘机 工作装 置利用有限元模态进行有效 的分析。建成工作装 置的有限元模 型后，要对工作装置的有限元结 构进 行动态模态分析 ，在得到 ２ Ｏ阶谐调频率和 振型。当工作装置 中 的斗杆和铲 斗的刚度 相对 来说比较小时，那么各阶频率对液压挖掘 机工作 装置 产生比较明显的影响。工作装置的各阶振型在体现 出液 压系统具有 自身固有的空间特性时，主要是体现 了工作装置 的各个 部件的侧向和铲斗在扭转变形或者是系统的回转变形 。另外 ，铲斗 中的物料也会对液压系统产生重要的影响，在考虑物料对液压系统 产生的影响后，那么就可 以降低液压系统中原本固有 的频率 ，那么
油缸 。因此 ，为 了建立液压挖 掘机 工作装置 的三维几何模型，可 以 严格 的按照液压挖掘机 的主要参数 ， 相应的采用 ｕ Ｇ 软件 技术 。 在建 立液压挖掘机工作装置三 维模 型时，必须要将螺纹孔去掉 ，保证不
会对计算 结果 的倒角 以及运输 吊耳 等环节产生影响。另外 ，要按照 连续处 理的方法 对实 际模 型进 行焊 缝，同时要按照与母材相 同的材 料进行处 理，然后装置成一个几何模型 。 １ ． ２液压挖掘机工作装置有限元模型 的建立 通常都是将薄钢 板进行焊接从而构建成液压挖掘机工作装置的 实际结 构。构成 有限元的几何模型一般都是非常复杂的 ，因此在划 分有 限元模型 的单元类 型时主要都是选择三维实体单元 。
２ 液压挖掘机工作装置集成有限元分析 ２ ． １液压挖掘机 工作装置有 限元集成强度分析 在对 液态 挖掘机工作装置有限元集成强度进行分析 时，利用现 进行的液压挖 掘机工作装置为例子 。该工作装置的动臂行业斗杆液 压缸作 用力臂最大，铲斗和斗杆铰点以及斗杆与动臂铰 以及斗杆与动臂
挖掘机工作装置运动和疲劳强度分析
设计计算DESIGN & CALCULATION挖掘机工作装置运动和疲劳强度分析武慧杰1，杨建伟1，张志强2（1. 北京建筑大学 机电与车辆学院，北京 100044；2. 中交路桥北方工程有限公司，北京 100024）［摘要］针对挖掘机工作装置的疲劳损伤，利用Pro/E 及ANSYS 进行三维建模及有限元分析。
通过Pro/E 平台中的机构模块分析工作装置的极限位姿以及运动参数，然后利用工作装置位姿转换，基于力矩平衡关系，对斗杆挖掘和铲斗挖掘工况下的铰点进行受力分析，获取工作装置各铰点的最大载荷。
在此基础上，利用ANSYS 疲劳强度分析得出挖掘机最小疲劳全寿命。
研究结果可为挖掘机工作装置结构设计提供理论参考。
［关键词］挖掘机；运动分析；疲劳强度；全寿命［中图分类号］TU621 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2015）06-0089-05Kinematics and fatigue strength analysis of excavator working deviceWU Hui -jie ，YANG Jian -wei ，ZHANG Zhi -qiang本文在Pro/E 软件中对挖掘机整机进行实体三维建模，并运用Pro/E 的机构运动分析模块对挖掘机工作装置的包络图及铲斗齿尖的位移、速度和加速度进行仿真模拟。
然后基于ANSYS 软件，结合工作装置位姿关系计算工作装置各铰点承受的最大载荷，在此基础上对挖掘机动臂、斗杆进行应力和全寿命分析，得到挖掘机工作强度和使用寿命的校核结果，为挖掘机工作装置强度和可靠性分析提供了高效的解决办法。
１ 挖掘机三维建模与虚拟仿真1.1 工作装置原理与结构液压挖掘机的作业过程包括铲土挖掘、满载回转、举升卸载、空斗返回等，其中反铲作业设备是液压挖掘机的主要工作装置［1］，由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、连杆等组成，其结构如图1所示。
土方机械工作装置整体结构的强度分析方法
土方机械工作装置整体结构的强度分析方法摘要：基于工作土方机械设备的结构特征，结合有限元方法计算结果提高分析的准确性的问题，以一个小型挖掘机工作装置结构为研究对象，整体结构使用有限元分析方法，提出了工作装置动臂，铲斗，斗杆，油缸和连接销轴系统组成进行整体建模、加载和有限元强度分析，并结合实际的产品开发进行验证。
结果表明，该方法对土方机械及同类产品的设计和分析具有一定的指导意义，为解决类似问题提供了一种可行的分析方法。
关键词：土方机械；工作装置；整体机构；有限元；强度分析1前言在工程土工的机械使用中，其工作效率在很大程度上取决于工作装置，特别是设备的结构强度直接影响到土方机械的可靠性和性能的使用。
土方机械，如挖掘机、装载机等，其工作装置通常由动臂、连杆、斗杆、斗链机构等组成。
有限元法在土方机械结构分析中得到了广泛的应用。
目前，大多数研究只进行有限元分析的连接销轴套筒的铰链点的工作设备，并且经常忽视的联系和协调问题的影响轴和轴套的计算结果。
2工作装置有限元模型及计算工况2.1工作装置整体结构有限元模型的建立小型液压挖掘机的工作装置主要由活动臂、斗杆、桶和油缸组成。
利用UG软件，建立了框架的三维几何模型、动臂、斗杆、桶形和连接盖。
在建模过程中，去掉了螺杆孔，不影响计算结果的倒角，消除了运输吊耳等因素。
在实际模型中，对焊缝进行连续处理，将材料作为母材处理。
利用有限元方法对有限元软件ANSYS有限元模型进行了有限元分析。
由于移动臂、臂等设备的各个部分主要由薄板焊接构成，几何模型非常复杂，所以在有限元模型的划分中，Solid45单元类型选择三维实体单元。
油缸是由Link8单元建模的[1]。
最后的工作装置由活动臂、斗杆和其他部件组装而成，在活动臂与斗杆之间、铲斗之间通过连接套筒和销轴连接。
利用接触针表面的三维接触元件和连接套管的表面，建立了整体工作装置的更精确的有限元模型。
工作装置整体结构的有限元模型。
2.2计算工况的确定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成千上万的工作条件，因此如何确定工作装置，在外载荷作用下的一种或几种最不利条件下，针对强度计算的工作条件，强度的准确是非常重要的。
液压挖掘机工作装置强度测试分析.
992011.08建设机械技术与管理液压挖掘机工作装置是其主要和关键部件之一，在实际作业中，由于物料的不确定性，经常出现偏载、横向载荷及冲击振动等危险工况，工作装置被破坏现象时有发生。
工作装置的破坏严重影响机器本身及人员的安全，所以在型式试验中，必须对挖掘机的工作装置进行不同工况下的强度试验，计算出工作装置的安全系数，并给出判定结论。
1测点的布置液压挖掘机工作装置是由钢板构成的箱形结构，通常承受拉（压）、弯、扭等几种外力，结构断面的应力分布十分复杂，通常在断面角点沿构件的棱线方向布置应变片测量其正应力。
图1为箱形断面在各种外力作用下的正应力分布图。
图中（a ）为正应力σN 的分布图，（b ）和（c ）分别为垂直弯曲和水平弯曲正应力σM z 和σMy 的分布图，（d ）为约束扭转所产生的扇形正应力σ分布图。
由于断面为轴对称，各应力成分在4个角点处各自相等，且组合正应力分布沿断面轴线成线性，因此测得角点处正应力就可得到断面上正应力分布图。
箱形断面在各种作用外力作用下的的正应力分布图可以为正确地布置测点提供帮助，试验中，在动臂、斗杆两部件上共布置了14个测点。
图2为某液压挖掘机型式试验现场测点布置简图。
摘要：为进行液压挖掘机型式试验中的强度试验, 对挖掘机工作装置进行了静态与动态应变测试。
根据箱形断面在各种外力作用下的应力分布特点, 在动臂、斗杆等应力集中的位置布置了14个测点，采集了铲斗斗齿挖掘受阻时各测点的静态应变时域信号和空载下降冲击、满载铲斗最快速度下降止动、满载铲斗最快速度上升止动过程各测点的动态应变时域信号，在进行时域特征分析后得到各测点的应变数据，计算工作装置的安全系数，并判定安全系数是否符合相关规定。
关键词：液压挖掘机型式试验应变测试安全系数液压挖掘机工作装置强度测试分析Strength Testing and Analysis of the Working Device of the Hydraulic Excavator 福建省特种设备监督检验所傅顶和/FU Dinghe图1箱形断面在各种外力作用下的正应力分布图2工况选择分析表明，危险断面最大应力发生在铲斗挖掘受阻的工况下，位置按以下条件确定：（1）动臂位于动臂缸作用力臂最大处；（2）斗杆位于斗杆缸作用力臂最大处；（3）铲斗位于发挥最大挖掘力位置。
单斗液压挖掘机的有限元静强度分析
对450LC单斗挖掘机的有限元静强度分析（机械工程与材料能源学部学号：***）摘要：本文使用ANSYS有限元方法对450LC液压挖掘机的动臂进行静力强度分析，包括利用中性面法进行有限元动臂模型的建模、单元和实常数的确定、网格划分、计算载荷的确定、施加约束和载荷、刚度与变形的分析等，得出动臂的应力云图与应变图，找出其受力最大的区域。
关键词：挖掘机单斗反铲工作装置动臂中性面法单元实常数映射网格1 挖掘机挖掘机是用来开挖土壤的施工机械。
它是用铲斗上的斗齿切削土壤并装入斗中，装满土后提升铲斗并回转到工作地点卸土，然后再使转台回转、铲斗下降到挖掘面，进行下一次挖掘。
单斗挖掘机是只有一个铲斗的挖掘机。
挖掘机是铲装运输机械中的重要一种，在国民经济建设中发挥着重要的作用，广泛的应用于矿山水利、道路施工建设、现代化国防建设和市政建设中。
图1 单斗反铲挖掘机图2反铲工作装置和动臂反铲装置主要由动臂、斗杆，铲斗、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和四杆机构等组成。
反铲主要用于挖掘停机面以下的土壤、基坑和沟壕等。
是中小型挖掘机的主要工作装置。
挖掘机工作装置在工作过程中其受力与运动的情况都比较复杂，主要体现在：（1）作业对象千变万化，在多种土质条件与复杂的建筑工地现场使用，受力情况比较复杂；（2）在工作过程中，每一个运动都是有2个或2个以上的部件参与工作；（3）在挖掘的过程中，受拉压、扭转与振动冲击等多种载荷的作用，且随着挖掘机姿态的不同，挖掘力的大小于方向都在不断发生着变化，因而实际的挖掘力是不确定的。
动臂是由左右侧板、上下盖板、前插板及其它辅助结构件等，动臂是挖掘机的关键件，也是主要承力部件。
3动臂的有限元分析XYZ 45boom图2 挖掘机动臂实体模型图通常情况下需要首先建立几何模型，然后根据几何模型生成有限元模型。
在几何模型建立之前，需要先分析实体的结构特征，确定这些特征建立的先后顺序，以及每个模型的建模方法，使所建立的几何模型尽量准确接近物体的几何结构，但对于结构形式非常复杂，而对于要分析的问题来讲又不是很关键的部位，应根据实际情况进行简化，使特征尽可能的简单，参数尺寸尽可能的少，以便降低建模难度，节约工作时间。
大型正铲液压挖掘机工作装置性能的优化仿真
ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｎ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，
第３ ０ 卷第 ３ 期
２ ０ １ ３ 年 ３月
机
电
工
程
Ｖ０ ｌ ＿ ３０ Ｎｏ． ３ Ｍａ ｒ ．２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ＆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｆ ａ ｃ ｅ — ｓ ｈ ｏ ｖ ｅ ｌ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｅ ｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ， ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｅ ｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｂ ｙ ＡＤ ＡＭＳ ／ ｖ ｉ ｅ ｗ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ， ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｎ ｃ ｅ ， ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｈ ｉ ｎ ｇ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｏ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ
70吨液压挖掘机上车架有限元分析解读
70吨大型液压挖掘机上车架有限元分析一、上车架计算工况挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工现场也各异，上车架的强度和刚度情况对整机影响很大。
故选择了最危险工况来进行强度校核。
工况一：1)、动臂水平（上、下铰点连线）；2）、斗杆垂直，铲斗挖掘，且铲斗挖掘力为垂直方向。
图1 工作装置挖掘姿态（工况一）工况二：1)、动臂位于最低（动臂油缸全缩）；2）、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位。
图2 工作装置挖掘姿态（工况二）工况三：满斗最大卸载半径，并回转制动。
三、上车架受力分析1）、上车架受到配重、发动机、驾驶室、液压油箱、燃油箱、散热器等重量，为了补偿覆盖件等零部件对上车架的影响，通过密度设定来进行补偿，取ρ=9.0×103Kg/m3；另外，对于发动机、配重、液压油箱等由于震动产生的动载效应，设定发动机动载系数为2.0，其它分别为1.2。
另外上车架还受到动臂及动臂油缸的反作用力。
2）、铰点载荷的处理在挖掘机工作装置中，铰点是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与机体以及各油缸和连杆机构与工作装置的连接构件。
因此，对于铰点处的载荷施加就显得尤为关键。
以往对于铰点处的载荷大多简化为集中力或等值的面载荷，施加集中载荷会产生很大的集中应力；施加等值面载荷无法全面考虑铰孔的应力分布情况。
本有限元计算铰点载荷的施加应用弹性力学的相关理论对销孔内表面的载荷简化为余弦分布的面载荷，（如图3所示）图3 铰点处余弦载荷分布余弦载荷分布假设：(1)载荷在x-y平面内在180°范围内按余弦分布；(2)分布力的方向为沿销孔表面的法向；(3)载荷在z向均布。
四、上车架有限元计算1）、有限元模型上车架实体模型采用应用软件Pro/Engineer建立，如图4。
上车架实体模型采用20节点三维实体单元SOLID95，有限元模型见图5。
上车架有限元模型共划分单元224984个，节点431815个。
图4 动臂三维实体模型图5 动臂有限元模型2）、有限元计算将各项载荷加入有限元模型后，计算结果如下：①工况一：图6 上车架Von Mises应力分布云图图7 上车架最大Von Mises应力处图8 上车架Von Mises应力分布云图（动臂铰点，去除最大点后）图9 发动机支座Von Mises应力分布云图图10 中框架Von Mises应力分布云图（前后板连接处）图11 上车架位移分布云图②工况二：图12 上车架Von Mises应力分布云图图13 上车架最大Von Mises应力处图14 上车架Von Mises应力分布云图（底盘底部）图15 上车架Von Mises应力分布云图（上车架前端）图16 发动机支座Von Mises应力分布云图图17 上车架位移分布云图③工况三：图18 上车架Von Mises应力分布云图图19 上车架最大Von Mises应力处图20 上车架Von Mises应力分布云图（第2大应力点）图21 上车架位移分布云图五、结果分析从以上三种工况计算结果来看，最大应力为182.603 Mpa，安全系数为：305/182.603=1.67，大于安全系数1.5，故满足强度使用要求。
基于ANSYS的液压挖掘机工作装置有限元分析
邵阳学院学报 （ 自然 科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
３ ．Ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｃ ｉ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｔ ｕ ｅ ｏ ｆ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｙ ｕ ｃ ｈ ａ ｉ Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｙ ｌｉ ｕ ｎ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ ５ ３ ７ ０ ０ ５ ， ｈｉ Ｃ ｎ ａ ）
ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔｈ ｇ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ：ｂ ｏ ｏ ｍ’ Ｓ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｖ ａ ｌ ｌ
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳ ＹＳ
Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｇ ｕ ｉ — ｊ ｕ ， Ｘ Ｉ Ａ Ｏ Ｃ ａ ｉ — ｙ ｕ ａ ｎ ， Ｔ Ａ Ｎ Ｑ ｉ ｎ ｇ ， ＭＯ Ｙ ｏ ｕ — ｙ ｕ ， Ｌ Ｉ Ｈ ｅ ｎ ｇ — ｃ ｈ ｕ ｎ
（ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ａｎ ｈ ｇ ｓ ａ， ｈ Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ ４ １ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆＭｅ ｃ ａｎ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｄ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｏ ｙ ａ ｇ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｅｒ ｖ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｏ ｙ ａ ｇ， ｎ Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ ４ ２ ２ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ａ； ｎ
基于ANSYS的挖装机工作装置的静力学分析和模态分析
基于ANSYS的挖转机工作装置静力学分析和模态分析刘泽鑫，管会生，赵晶石（西南交通大学机械学院，四川成都 610031）[摘要]本文运用SOLIDWORKS软件建立了挖装机工作装置的主要部件斗杆和动臂的三维模型，导入ANSYS软件对其进行了静力学分析和模态分析，得到了一典型工况下的应力分布及斗杆和动臂的固有频率及振型特征，为实际试验分析提供了一定的参考和依据。
[关键词]ansys，静力学分析，模态分析挖装机作为一种高效的隧道施工机械，最近在中国的运用逐渐增多，因而有必要对其进行研究。
跟挖掘机一样其工作装置（如图1挖装机工作装置结构）依然是研究的重点，静力学分析和模态分析又是工作装置动力学中不可缺少的二大方面。
故而本文对挖装机的动臂和斗杆这二个工作装置中较为重要的构件进行了静力学分析和模态分析。
挖装机工作装置的旋转不同于挖掘机的旋转方式，而是通过油缸拉动工作装置底座和回转前件来实现的。
限于篇幅，本文不对偏转工况进行求解分析。
图1 挖装机工作装置结构1-斗杆，2-回转前件，3-回转后件，4-动臂，5-底座，6-动臂油缸，7-接头油缸，8-斗杆回转油缸，9-斗杆油缸，10-铲斗，11-弯连杆，12-直连杆，13-铲斗油缸。
1. 载荷的确定要进行静力学分析就必须知道各构件之间及铰点上的力。
这里运用经典的理论力学进行求解。
1.1 计算工况的选择本文对德国Schaeff公司的ITC 312-H4挖装机进行实地测绘，运用三维建模软件solidworks进行建模。
为计算各点载荷和以后的静动力学分析提供信息。
由于挖装机工况很多，不仅有纵向的挖掘，还可以进行横向的角度摆动，因此限于篇幅而不能一一求解，现对一典型工况如图2（即动臂油缸6，接头油缸7，斗杆油缸9都处于收缩状态，通过铲斗油缸转动进行挖掘时的工况）进行求解。
图2 挖装机计算工矿1.2 油缸推力各个液压缸的受力取决于不同的工况，在工况（如图3）明确后，各液压缸的受力也就是一个确定的值。
装载机铲斗运动机构设计 毕业设计论文
装载机铲斗运动机构设计摘要装载机，是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。
本文以TZ08D型装载机为例, 先介绍了TZ08D装载机工作装置结构，利用AUTOCAD2007对装载机工作装置进行初步设计，然后利用Pro／E软件进行装载机工作装置的三维实体设计，以真实地反映装载机的几何形状进而反映出各部件空间位置，有效地反映装载机真实结构，提供直观形象的实体图形，为进一步动态仿真和有限元分析做准备。
最后利用材料力学对工作装置进行校核。
关键词：装载机，Pro/ENGINEER，虚拟装配ABSTRACTWheel loader is one machine extensively used for highway, railroad, construct, water electricity, port, mineral mountain etc and mainly used for a spade to pack soil, freestone, lime, coal...etc. to spread a form material. It can also make a light degree spade to dig homework to the mineral stone, hard soil etc.With the TZ08 D wheel loader for a example, this text firstly introduce its structure and give preliminary designing with the help of AUTOCAD2007 , then asking for help of Pro/E software to carry on loading machine work device of 3D entity design for really reflecting loading machine of several the shape then reflects their position of each parts effectively and introduce its instruction to resolve a problem in time. Finally, using the material mechanics to check work device.Keywords: Wheel loader，Pro/Engineer，virtual assembly目录装载机铲斗运动机构设计 (I)摘要 (I)ABSTRACT (I)目录 (II)第一章绪论 (1)1.1装载机简介 (1)1.1.1装载机的发展 (1)1.1.2装载机的发展趋势 (3)1.1.3装载机分类 (4)1.1.4装载的选用原则 (6)1.2 本课题研究目的和意义 (7)第二章装载机铲斗运动机构 (7)2.1 装载机铲斗运动机构的结构形式和布置 (7)2.2 装载机铲斗运动机构的工况及设计要求 (8)2.2.1 装载机铲斗运动机构的工况 (8)2.2.2 装载机铲斗运动机构设计要求 (9)2.3 TZ08D装载机铲斗运动机构结构概况和设计参数 (9)2.4 铲斗的设计 (11)2.4.1铲斗的结构和种类 (11)2.4.2铲斗回转半径的计算 (14)2.4.3铲斗截面各边尺寸计算 (15)2.4.4铲斗上下铰接点位置的确定 (15)2.5工作装置连杆机构的设计 (15)2.5.1连杆机构的分类 (15)2.5 .2图解法设计连杆机构尺寸参数 (19)2.5.3工作装置连杆机构系统运动分析 (24)2.6 液压油缸设计计算 (25)2.6.1液压缸主要尺寸的计算 (25)2.6.2 液压缸性能参数的计算 (26)2.7铲斗静力学计算 (27)2.8连杆的强度校核 (30)2.9 动臂的强度校核 (31)2.9.1计算载荷工况 (31)2.9.2建立动臂强度分析力学模型 (32)2.9.3动臂的校核计算 (33)第三章装载机铲斗运动机构三维模型建立 (36)3.1标准件的建立 (36)3.2零件三维模型的建立 (36)3.3铲斗运动机构装配模型的建立 (39)总结 (41)致谢 (42)参考文献 (43)第一章绪论1.1装载机简介装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。
液压挖掘机工作装置结构性能分析.
浙江大学机械工程学系硕士学位论文液压挖掘机工作装置结构性能分析姓名：任友良申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：邱清盈20100101浙江大学硕士学位论文液压挖掘机工作装置结构性能分析摘要液压挖掘机的工作环境恶劣，工作装置作为主要的受载部件，其结构性能对挖掘机的整机性能、工作可靠性和安全性有重要的影响．我国的挖掘机制造业起步较晚、起点低、设计方法落后，挖掘机在实际工作中常出现动臂和斗杆裂纹失效、挖掘区域不合理和振动剧烈等问题，使得国内挖掘机缺乏竞争力，市场占有率低，严重制约着我国挖掘机行业的发展。
为此，结合企业的科研攻关项目和实际要求，本文对液压挖掘机工作装置的结构性能进行了深入研究，开展了液压油缸对工作装置动态性能影响分析与考虑销轴接触影响分析的工作装置整体结构性能分析等研究工作。
全文共分六章。
第１章阐明了课题研究背景及其意义，系统地总结了国内外在液压挖掘机工作装置结构性能方面的研究工作，总结了结构性能分析的几种建模方法，确定了本文的主要研究内容；第２章对挖掘机作业过程、工作装置的设计要求进行了论述，在挖掘机工作装置受力分析基础上，确定了进行工作装置结构性能分析的七种典型工况；第３章分析了液压油缸的不同建模策略对工作装置模态性能的影响，并进行了典型工况下的模态性能分析；第４章对工作装置的动臂、斗杆和铲斗等关键部件单独进行了典型工况下的结构强度和刚度分析；第５章建立了考虑销轴接触影响的工作装置整体结构分析模型，进行了典型工况下的结构强度分析，并与单个部件的分析结果进行了比较，分析了两种分析方式的优缺点，另外考虑到挖掘机实际工作时，可能受到偏载和侧向载荷等情况，对工作装置整体结构进行了典型工况下的偏载和侧向载荷下的结构强度分析；第６章作为本文的结尾，对整篇文章进行了总结，并提出了对下一步研究工作的展望。
关键词：液压挖掘机工作装置结构性能有限元分析Ⅱ浙江大学硕士学位论文液压挖掘机工作装置结构性能分析ＡＢＳＴＲＡＣＴＦｏｒｔｈｅｂａｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒ，ｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｓｔｈｅａｎｍａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｕｆｆｅｒｅｄｆｏｒｃｅｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｈｉｃｈｐｌａｙｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓａｆｅｔｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒ．Ａｓｄｏｍｅｓｔｉｃｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｓｔａｒｔｅｄｌａｔｅ，ｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｐｏｉｎｔｉｓｌｏｗ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｂａｃｋｗａｒｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｗｏｒｋ，ｉｔｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｓｔｈａｔｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒｂｏｏｍａｎｄｓｔｉｃｋｃｒａｃｋａｎｄｆａｉｌ，ａｎｄｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉＳｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｅｘｃａｖａｔｏｒ’ＳｖｉｂｒａｔｉｏｎｉＳｖｉｏｌｅｎｔ．Ａｌｌｏｆｔｈｏｓｅｍａｋｅｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒｌａｃｋｏｆｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｌｏｗｍａｒｋｅｔｓｈａｒｅ，ｗｈｉｃｈｓｅｖｅｒｅｌｙｒｅｓｔｒｉｃｔｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｏｔｈｉｓｅｎｄ，ｉｎｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈｐｒｏｊｅｃｔｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｅｐｌｙｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒ，ａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ，ｌｉｋｅｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｔａｋｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｉｄｅｒｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｉｎ—ｃｏｎｔａｃｔ．Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｎｃｌｕｄｅｓｓｉｘｃｈａｐｔｅｒｓ．ＣｈａｐｔｅｒＯｎｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｐｉｃ，ａｎｄｓｕｍｓｕｐｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋａｂｏｕｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｎｄｓｅｖｅｒａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｈａｓｍａｄｅｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ；ＣｈａｐｔｅｒＴｗｏｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒａｎｄｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｔｈｅｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｓｅｖｅｎｋｉｎｄｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ；ＣｈａｐｔｅｒＴｈｒｅｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｏｄａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ，ａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｔｈｅｍｏｄａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｕｎｄｅｒｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ＩｎＣｈａｐｔｅｒＦｏｕｒ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆＩＩＩ浙江大学硕士学位论文液压挖掘机工作装置结构性能分析ｔｈｅｂｏｏｍ，ｓｔｉｃｋａｎｄｂｕｃｋｅｔａｒｅｓｅｐａｒａｔｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ＩｎＣｈａｐｔｅｒＦｉｖｅ，ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｐｉｎ—ｃｏｎｔａｃｔ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅａｒｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｌａｔｅｒａｌｌｏａｄｓｗｏｒｋｓ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｕｎｅｖｅｎｌｏａｄｓｏｆｔｈｅｂｕｃｋｅｔｔｅｅｔｈｗｈｅｎｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒｏｆｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇａｓｕｎｅｖｅｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎａｌｙｓｉｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｍａｄｅｕｎｄｅｒｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｕｃｈｌｏａｄａｎｄｌａｔｅｒａｌｆｏｒｃｅ；ａｓｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ＣｈａｐｔｅｒＳｉｘｍａｋｅｓｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎａｎｄｇｉｖｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅｎｅｘｔｓｔｅｐ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒ，ｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓＩＶ浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化
挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化一、本文概述本文旨在深入研究挖掘装载机装载工作装置的动力学特性，通过动态应力仿真分析，揭示装载工作装置在作业过程中的应力分布与变化规律，并在此基础上，对动臂结构进行拓扑优化，以提升其结构性能和使用寿命。
研究过程中，将结合理论分析、仿真模拟和实验验证等多种手段，构建全面、精确的动力学模型，并对模型的有效性进行验证。
本文的研究成果将为挖掘装载机的设计与优化提供重要的理论依据和技术支持，有助于提高装载机的作业效率和安全性能，促进挖掘机行业的持续发展。
在文章的结构安排上，首先将对挖掘装载机装载工作装置的动力学特性进行概述，为后续研究奠定基础。
接着，将详细介绍动态应力仿真分析的方法与过程，包括模型的建立、边界条件的设定、仿真结果的分析等。
在此基础上，将探讨动臂结构的拓扑优化方法，包括拓扑优化理论、优化模型的构建以及优化结果的评价等。
将通过实验验证仿真分析的有效性和拓扑优化的可行性，进一步说明研究成果的实用价值和应用前景。
本文将全面深入地挖掘装载机装载工作装置的动力学特性和动态应力变化规律，通过对动臂结构的拓扑优化，为挖掘装载机的设计与优化提供有力支持，推动挖掘机行业的技术进步和创新发展。
二、挖掘装载机装载工作装置动力分析挖掘装载机作为工程机械的重要组成部分，其装载工作装置的动力性能直接决定了机器的作业效率和稳定性。
因此，对挖掘装载机装载工作装置进行动力分析具有重要意义。
动力分析的主要目的是揭示装载工作装置在作业过程中的动力学特性，包括动态响应、振动特性以及能量传递等。
通过动力分析，可以深入了解装载工作装置在不同工况下的受力状态和运动规律，为后续的动态应力仿真研究和结构优化提供理论支持。
在动力分析过程中，通常采用多体动力学仿真软件建立装载工作装置的三维模型，并设置相应的约束条件和驱动函数。
通过仿真计算，可以模拟装载工作装置在实际作业过程中的动态行为，获得关键部件的动态位移、速度和加速度等动力学参数。
基于有限元分析的液压机结构优化研究
基于有限元分析的液压机结构优化研究发布时间：2021-12-16T03:33:19.820Z 来源：《科技新时代》2021年10期作者：黄泽辉[导读] 近年来，我国社会经济快速发展，我国的科学技术水平随之不断提高，利用有限元分析法对机械设备进行仿真分析已经成为了优化设备结构的重要方式。
湛江碧丽华模压木制品有限公司摘要：将有限元分析法应用于工业机械设备的结构性能优化中已经成为了提升工业企业设备生产能力及效率的一种重要手段。
液压机作为一种锻压设备，其在工业领域应用广泛，但就目前情况而言，液压机由于在使用过程中很容易产生关键部件强度余量过大的问题，致使液压机的使用寿命及性能受到了严重的影响。
基于此，本文主要研究基于有限元分析的液压机结构优化，希望对相关人员有所启示。
关键词：液压机；有限元分析；上横梁；结构优化引言：近年来，我国社会经济快速发展，我国的科学技术水平随之不断提高，利用有限元分析法对机械设备进行仿真分析已经成为了优化设备结构的重要方式。
本文主要研究的是液压机设备，以某企业生产加工热锻用非调质钢模具的液压机为例，在液压机工作原理的基础上进行关键部件上横梁的仿真分析，从而实现对液压机关键部件的优化，提升液压机的使用性能。
项目概述本文为了更好的研究液压机的结构优化，选择以某企业的液压机为例，该企业主要生产的是热锻用非调质钢模具，液压机型号为HJY27-630。
液压器可以说是一种通用性较强的锻压设备，其是热锻用非调质钢模具生产过程中的重要设备。
液压机主要是利用液压传感技术向加工元件提供压力，从而进行压力加工。
伴随着近年来我国工业领域的发展，相关企业对热锻用非调质钢模具的尺寸和精度要求越来越高，同时，企业若想实现经济效益及生产规模的快速增长，就必须提升生产质量与生产效率，而液压机作为主要的生产设备，其对于热锻用非调质钢模具的生产精度及质量将会产生直接的影响，且在液压机正常运行的过程中，常存在关键部件强度余量过大致使液压机生产效率大大减小，且一旦液压机受到损坏将会增加企业的生产成本。
装载机工作装置强度分析与验证
设计计算DESIGN & CALCULATION装载机工作装置强度分析与验证杨锦霞，李 团（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）［摘要］借助ZLCAD 分析软件对装载机工作装置进行受力分析，并对分析结果进行试验验证。
通过理论分析、试验验证，为工作装置设计提供依据，降低后期工作装置市场反馈率，提高用户对产品的满意度。
［关键词］装载机；工作装置；理论计算；试验验证［中图分类号］TH243 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2015）08-0102-05Strength analysis and verification of loader working deviceYANG Jin -xia ，LI Tuan目前市场上比较常见的装载机工作装置机构有反转六连杆机构、正转六连杆机构及八连杆机构，其中以反转六连杆最为常用。
与其他两种机构相比，反转六连杆机构具备以下优点：（1）结构简单，需要的零件数量少，通过合理布置各部件，容易保证整个工作装置的强度和刚度要求；（2）整机视野好，工作装置两侧没有其他零件阻挡视线，减少视野盲点。
装载机工作装置一般包括铲斗转斗机构和动臂举升机构，图1为工作装置结构示意图，由动臂、摇臂、拉杆、铲斗、销轴等组成。
其中动臂、摇臂为主要受力部件，材料为Q345；屈服强度σS = 345MPa 。
QE VGASDO C动臂图1 工作装置结构示意图图中F ，G 点为转斗油缸连接铰点，S ，Q 点为动臂油缸连接铰点。
工作装置通过转斗油缸FG 行程变化，实现铲斗绕B 点旋转，通过动臂油缸SQ 行程变化，实现整个机构提升。
转斗油缸、动臂油缸行程同时变化，可实现机构的复合运动，提高装载机工作效率。
1 工况及铰点力分析1.1 工况分析以某斗容为3m 3机型工作装置为例，在设计过程中，需根据不同工况定义工作装置的性能参数，如卸载高度、卸载距离、动臂掘起力、动臂提升力、转斗掘起力等性能参数，如表1所示。
挖掘机工作装置的空间力学分析方法
挖掘机工作装置的空 间力学分析方法
侯鹏龙 陆凤仪 徐格宁 马治宁 太原 科技大学机械工程 学院 太原 ０３００２４
摘 要 ：普通挖掘机加装倾斜旋转 器后 ，铲斗等属具不仅具有＿Ｔ－作装置平面 内的运动 ，且有偏 离平面 内的运 动，从 而挖掘机＿ｒ－作装置 不再是平 面运动机构 。另外 ，以往对挖掘 机工作装置力学分析时是将横向 力和切向挖掘 力分开考 虑 ，而实际工作 中挖掘 力是一个 三维力，特别是加 装倾斜旋转器后 。为此 ，根据理论 力学中空间力系平衡 和矩阵理 论的运算法则 ，采 用划分杆组 法，建立安装倾斜旋 转器后的挖掘机工作装 置力学模 型，通 过理论推 导 ，得 到一种能 适用 于空间受 力分析 的计 算方法和计 算流程，以解决挖 掘机３－作装置 中不同部件受 力分析 问题 。通 过计 算铲斗杆组 的铰 点力并与传 统平面受力分析结果比较 ，结果表 明，该计算方法正确 ，且能兼容平面受力分析 。
关键词 ：挖掘机 ；工作 装置 ；空间受力；分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｃａｖａｔｏｒ；ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ；ｓｐａｔｉａｌ ｆｏｒｃｅ；ａｎａｌｙｓｉｓ
中图分类号 ：Ｕ４１５．５１ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１００１—０７８５（２０１８）０卜０１１８ ０６
０ 前言
普通 挖 掘机繁调 整 整机 位 置 ，工 作 效率 很 低 。此 外 ，挖掘 机 功
差 ［Ｓ］． ［６］ ＧＢ／Ｔ１０１８３．１－２０１０ 起 重机 车轮 及 大车 和 小车轨 道 公 差
参 考 文献
［１］ 尚勇 ．从 标准 的 演变 分析 桥 式起 重机 小车 “三 条 腿” ［Ｊ１． 装 备制 造技 术 ，２０１６（１）： １７７—１８０．
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第２期陈进，等：大型液压正铲挖掘机工作装置有限元分析及应力测试
１有限元分析的前处理过程
１．１建立实体模型
鉴于Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ建模功能强大、方便陕捷，所以采用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ分别建立动臂、斗杆和铲斗的三维实体模型．在建模时为了使后面的有限元分析结果可靠，应尽量按实际模型的形状和尺寸建模．同时为了使网格划分Ｊ顷利，应适当简化很细小的几何形体，如细微的倒角、斜面，对分析结果影响很小的小吊环等［２］２．
使用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ建模的主要步骤如下：①设置工作目录，选择建立“零件”；②进入草图模式绘制模型的截面；③使用拉伸、旋转等特征将草绘截面生成三维实体．
动臂、斗杆、铲斗的三维实体模型如图１所示．
１．２建立有限元模型
建立有限元模型是有限元分析中非常重要的一步，
其直接影响到后续有限元计算的精度．建立有限元模型
的主要步骤如下：
（１）在Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ中将实体模型以ＩＧＥＳ格式导
出，然后再导人到ＡＮＳＹＳ中：由于格式转换的误差，导
致一些几何数据信息丢失，会出现有几个面不能正确地
裁剪，变成大平面的情况．解决的方法是首先增大导人
时的“容差”，看情况有无改善；其次，需要借助于ＡＮ—ＳＹＳ的修复工具进行修复，删除有问题的面，再重新生
成正确的面．修复完毕后就生成了一个实体．（２）按材料类型切分实体模型：由于构件不是一种材料制成的，分为铸造件和钢板，要分别给它们赋予材
ｂ斗杆Ｃ铲斗
图１工作装置三维实体模型
Ｆｉｇ．１Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ’Ｓ３Ｄｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｓ
料属性，所以必须对模型按材料类型不同进行切割，使每一部分是同一种材料．
（３）赋予单元属性和材料属性：因为模表１工作装景的材料类型及参数
型是三维实体的，而且不规则，所以单元类Ｔａｂ·１Ｔｙｐｅｓａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ’ｓｍａｔｅｒｉａｌ
型选择ＳＯＬＩＤ９２（１０节点四面体单元），其
在四面体每条边上都有中间节点，是２阶单
元，精度比１阶单元要高．材料分为２种：钢
板为Ｑ３４５（１６Ｍｎ），铸造件为ＺＧ３５Ｍｎ．这两种材料的参数见表１．
（４）划分网格：网格划分得好坏，直接影响到求解的精度．划分很差的网格会使求解精度严重降低，甚至还会导致不能求解．ＡＮＳＹＳ提供２种网格划分的方式：智能划分和手工划分．智能划分是ＡＮＳＹＳ所提供的强大的自动分网工具，有自己的内部计算机制，使用智能划分在很多情况下更有利于在网格自动生成的过程中生成形状合理的单元，所以这里首选智能划分方式来划分网格．若智能网格划分失败（如几何形状复杂的部位），则采用手工划分方式，设置每个面的单元的尺寸大小【３，４］．
图２是工作装置（动臂、。
｝．杆和铲斗）的有限元模型．
图２工作装置有限元模型
Ｆｉｇ．２Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ＇ｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
ｍｏｄｅｌｓ
第２期陈进，等：大型液压正铲挖掘机工作装置有限元分析及应力测试
由以上数据可以看出，工作装置各部件的最大位移都比较小，在允许的弹性变形范围内，所以刚度是足够的．
由于载荷是以集中力的形式施加在模型上
的，所以在集中力施加处会出现应力集中，有些应
力值甚至超出许用应力很多，这是不合理的，应该
舍去．因这种节点很少，而且都在铰点处，对其他
部位没有影响，所以对分析结果没有多大影响，是
可行的．表２工作装置各部件最大位移Ｄ—Ｔａｂ．２Ｍａｘｉｍａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ’Ｓｐａｒｔｓ
动臂的应力云图见图６，动臂的上半部分的最大值为６０．５ＭＰａ．其中上盖板应力较小，非弯曲部分的应力＜９ＭＰａ，弯曲部分的应力为２０～４０］ＶＩＰａ；动臂下半部分应力较大，越往下应力越大．两侧板应力呈层状分布，最下部应力最大，达到８０ＭＰａ．
图６动臂应力云图
Ｆｉｇ．６Ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆｂｏｏｍ
斗杆的应力云图见图７，斗杆的两侧板和上盖板的弯曲区域应力为３３－－７０ＭＰａ，两侧板与上盖板弯曲处相连接的区域应力为６６～１００ＭＰａ，上下盖板与左右支承座连接处应力为７０～１１０ＭＰａ．
图７斗杆应力云图
Ｆｉｇ．７Ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆｍ
铲斗应力云图见图８．斗前在斗齿连接附近区域应力较大，所以要用高强板．两侧板与底板连接的部分应力为４０～６０ＭＰａ．斗前轴承的最大应力达到７０．７ＭＰａ；斗后后板在两方形孔圆角处应力较大，约为８０ＭＰａ，然后逐渐向外扩散．
由于Ｑ３４５的强度极限为３４５ＭＰａ，ＺＧ３５Ｍｎ的强度极限为３４０ＭＰａ，考虑到安全系数的原因，工作装
置各部件的强度基本足够．
中国工程机械学报第５卷
图８铲斗应力云图
ｒｉｇ．８Ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆｂｕｃｋｅｔ
３有限元计算与应力测试的对比分析
３．１工作装置的应力测试
应力测试采用一台ＹＥ２５３９高速静态应变仪担任测试工作，配一台计算机作为上位控制计算机，如图９所示。
按照以上分析的３种工况对工作装置进行测试，为了
确定工作装置的姿态，使用３个ＨＹ６５一Ｄ型角位移传感
器来分别测量动臂相对于机座、斗杆相对于动臂和铲斗相
对于斗杆的转角．将它们分别安装在动臂与机座、斗杆与
动臂和铲斗与斗杆连接的销轴的中心处．
因为不知道应力的方向，所以采用４５。
直角型应变花
进行应力测试．应变花的３个应变片分别测量测点处０。
，
４５。
和９０。
方向上的应变．
３．２测试数据处理及与有限元计算的对比分析图９应变测试仪
测试的是各测点的０。
，４５。
和９０。
三个方向上的应变，ｒｉｇ．９Ｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
要通过公式（１）将应变转换为主应力，再通过第４强度理论公式将主应力转换为ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力［５Ｊ５．
盯一２才与“。
＋￡９０）＋赢√“。
－ｅ。
ｓ）２“ｅ４５１扩
仃商ｎ２志（ｅ。
＋ｅ∞）一赢√（￡。
一ｅ。
ｓ）２＋（ｅ。
ｓ—ｅ∞）２（１）
式中：Ｅ为弹性模量；ｙ为泊松比；ｅｏ，ｅ４５，ｅ９０为０。
，４５。
和９０。
方向上的应变．
工作装置各工况的代表性测点的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力测试值与有限元计算值对照如表３所示
表３测试值与有限元计算值对照
Ｔａｂ．３Ｃｏｍｐａｒｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｅａｓｕｒｅｄｗｉｔｈｆｉｎｉｔｅｄｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ
ｖａｌｕｅｓ
大型液压正铲挖掘机工作装置有限元分析及应力测试
作者：陈进， 吴俊， 李维波， 王旭东， CHEN Jin， WU Jun， LI Wei-bo， WANG Xu-dong 作者单位：重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆,400030
刊名：
中国工程机械学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
年，卷(期)：2007,5(2)
被引用次数：3次
1.孙仁博;王天明材料力学 1999
2.美国ANSYS公司北京办事处ANSYS结构分析指南 2002
3.蒋孝煜有限元法基础 1992
4.陈精一;蔡国忠电脑辅助工程分析ANSYS使用指南 2001
1.铁巍巍.王晓枫.杨茹萍.周雍挖掘机动臂有限元模态分析[期刊论文]-机械设计与制造 2011(3)
2.李燕.李建伟.杨玉姣基于ABAQUS的液压反铲挖掘机斗杆的有限元分析[期刊论文]-煤矿机械 2010(2)
3.高成国.林慕义.任颖颖大流量电液换向阀强度有限元分析[期刊论文]-北京信息科技大学学报（自然科学版）2009(2)
本文链接：/Periodical_zggcjxxb200702016.aspx。