挖掘机动臂有限元分析

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挖掘机动臂强度分析

WY10B挖掘机动臂强度分析（一拖（洛阳）工程机械有限公司洛阳 471003）摘要：以WY10B液压挖掘机为研究对象，对反铲挖掘机工作装置——动臂建立Pro/E实体模型，并用Pro/MECHANICA模块对挖掘机动臂的设计模型在受最大应力的危险工况下进行有限元强度分析。

对实体动臂在危险工况下进行实际应力测试，与有限元分析结果进行对比，分析差异，为挖掘机动臂改进提供理论和实际依据。

关键字：液压挖掘机动臂有限元应力中图分离号：**** 文献标示码：A1.概述液压挖掘机是工程机械的主要产品之一,具有较高的技术含量和工作效率，它被广泛应用于建筑、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程等基本建设之中。

动臂是挖掘机工作装置(铲斗、斗杆、动臂) 3 大部件之一[1],是主要承载件。

在挖掘过程中,动臂直接或间接承受很大外力。

作业环境的状况也对动臂的强度和变形在一定程度上造成很大影响。

目前,在国内液压挖掘机设计中,对动臂的应力进行分析的较多,而对理论与实际结合分析较少。

本文结合WY10B挖掘机的实际作业工况,对挖掘机动臂在受力最大的典型工况下挖掘时进行强度分析和实际应力测试,为挖掘机动臂设计提供理论和实际依据。

2.计算工况选择对挖掘机动臂进行强度分析时,分析采用的工况必须是有限元模型受力最大的危险工况[2]。

根据挖掘机的连接情况, 使用Pro/ MECHANICAMOTION 模块对其进行动力学分析,利用Pro/MECHANICA MO TION 模块的运动仿真功能,模拟工作装置的运动情况,求出了动臂受力最大的工况。

分析发现,危险断面最大应力发生在采用铲斗挖掘的工况下，因此计算位置可按以下条件确定：1）、动臂位于动臂油缸作用力臂最大处；2）、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处；3）、铲斗位于发挥最大挖掘力位置。

3载荷计算工作装置各构件通过销连接，在计算工况中不考虑偏载的影响，可以认为其只承受X、Y向的力，整个结构为静定结构，在计算工况中，铲斗缸产生主动力，大腔半径为27.5mm，压力为28MPa，则最大推力为：F G =R G=πr2P=π×0.02752×28×106=66489.5 N分别求得动臂各铰点的反力如下：动臂各铰点支反力：以上求出的力都是合力，在实际结构中，铰点处的受力并非集中力，而其附近的应力分布又是我们所关心的，为模拟实际情况，作如下假定：1）、载荷在X-Y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；由假定构造载荷分布函数为：式中：F (θ ) = A cos (θ-α) (1) A 为待定常系数，合力R 已知，分布力F 在P 向的合力应等于R ，即式中：l 为销孔长度，r 为销孔半径。

挖掘机动臂有限元模态分析

中图分类号：Ｈ１，Ｕ２文献标识码：Ｔ６Ｔ６１Ａ
挖掘机工作装置的传统设计多采用静力计算确定工作装置
当系统的自由度很大时对这样一组耦合方程进行求解将非模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态的受力，依靠安全系数的选取保证其强度及可靠性的经验方法，常困难。１解耦，变成各个独立的微分方程。对而未能充分考虑其工作过程中所受动态载荷带来的冲击与振动坐标来代替物理坐标使式（）问题。挖掘机作业过程中工作装置时刻处于振动之中，且其振动式（）１进行拉氏变换后得到：怕【］）（）＿）（）ｓｃ＋｛ｓ｝（｝２陶ｘ５
ｒｄｏｔｎｔｏｓｅｗｉｒａｓｌｔｆｅｎｓａｄｐａｔａｒｓｉｉ．ｔａｔｔｅｏｅ５ｍｏｅｒｉｕｉｗｔｓｈｃａｅｂｏｕｅｒｅｅｓｎｒｉｅｔｃｏＡｓ．ｒ１ｄｓａｅｅｔａｈｃｃｌｒｔｎｌｈｆａｏｔｄａｄｅｔｎｅ．ｓｉｈｒｎｅｕｎｙａｄｍｉｉｒｉｏｅｉｒｖｅｅ．ｈｔｄｒｖｄｓｉ— ｄｐｅｎｘｅｄｄＩｎｅｅｔｒｑｅｃｎａｎｖａｏｍｄｓｅｉｗｄＴｅｓｙｐｏｉｅｍ— ｔｆｂｔｎｕｐｒｔｏｅｐａｅｅｆｒａｙｉｏｍｃｖｏ，ｄｉｐｏｉｅｆｕｄｔｎｏｅａａｓ — ｏｔｄｌａｍｔｒｏｌｓｆａｏｅａａｒａｔｒｖｄｓｏｎａｉｔｌｉｏｄｎａｍｒｎａｓｒｆｘｔｎｏｆｈｎｙｓｆｙｎｉｐｒｒｎｅａｄｏｔｉｉｒｃｕａｙａｉｃａａｔｉｉｆｒｔｍｏｃｖｏｄｔｅｍｆａｃｅｏｍａｃｉｚｏｏｓｕｔｒｄｎｃｈｒｅｓｃｏｅａｅａａｒａｎｐｍａｎｆｔｔｌｍｃｒｔｓｈｒｆｘｔｎｈ

浅谈挖掘机的动臂有限元及改进设计

浅谈挖掘机的动臂有限元及改进设计
吴元峰
【日立建机（中国）有限公司安徽合肥２３００００］
摘要：本文首先介绍了有限元分析方法及其过程，然后建立模型，对动臂强度进行分析并进行改进优化设计，提高了挖掘机的动臂的性能，有利于其发展和应用。关键词：有限元法；动臂；改进设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讲到检测问题？管道的监测工作，实际上就是施工过程的质量把关工作，再好的安装方法，如果没有质量保证，也会成为一堆废纸。换句话说，检测工作，是安装方法合理性的保证。⑦我们应该清楚，所谓的质量检测，并不是在工程完成后，有一些专家对工程进行评估、检测。而是贯穿在整个施工过程中的，它包括对所用材料的质量进行检测、对人员合格性进行评价、对施工方案的合理性进行评估、对施工过程的各项操作的质量进行检测、对工程的总体质量进行评估等等。在进行质量检测的时候有许多细节需要注意：管道及管件、阀门的规格、型号、材质是否符合要求：检查焊接工艺评定和焊工合格报到证，以检查焊工对特定管材的焊接工艺评定、作业指导书和施焊人员的资质；还要检查焊缝的无损探伤和热处理是杏符合相关规定的要求，以及为了保证焊接的质量，是否在管道内部进行了认真的清扫等；在安装时，安装人员是否严格按照图纸规定的坐标、坡度、标高准确地进行，真正做到横平竖直；在安装时，是否遵循先压力高后压力低、先大后小、先复杂后简单、先上后下、先地下后地上的原则；比较特殊的，在连接螺母的螺纹、螺栓时，是否在上面图了防锈用的混合物，如油脂、二硫化钼的混合物：对与之相同的转动设备相连的管道，在安装时必须十分的重视，应该保证不对各设备产生过大的应力，绝不允许利用设备连接的螺栓强行对中，需要做到自由对中、同心度和平行度均符合要求：在固定支架时，必

挖掘机工作装置整体有限元分析误差减小方法

摘要：本文结合上海华建的ＧＷＳ６型干混砂浆搅拌机的构造特点作一些较为详细的介绍。
关键词：干混砂浆搅拌机
１干混砂浆搅拌机概述
机，为ｗ型卧式简体、双轴多桨结构，。因具有强搅拌、生产商品干粉厂家的首选机型。我厂自２００９年开始投入干混砂浆搅拌楼站的研制，已逐步形成了系列产品，
挖掘机工作装置整体有限元分析误差减小方法
ＴｈｅＭｅｔｈｏｄｆｏｒＲｅｄｕｃｉｎｇＥｒｒｏｒｉｎｔｈｅＷｈｏｌｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ
摘要：针对挖掘机工作装置整体有限元分析误差较大问题，提出了挖掘机工作装置在ＡＮＳＹＳ中进行整体有限元分析时，单元类型选择和各铰点连接的方法。通过改变模拟液压缸的单元类型和各铰点连接方式来提高仿真精度，并对不同姿态下各铰点力的仿真结果与理论值做了误差分析。结果表明：工作装置的单元类型和连接方式选择合理，
（Ｍａｓｓ２１）或（ＭＰＣ１８４．Ｒｅｖｏｌｕｔｅ）单元与相应部件建立刚性区域来模拟。具体采用哪类单元，由仿真结果
跟理论值比较后确定。
图１工作装置Ｐｒｏ／Ｅ模型图
１．３建立不同姿态下有限元模型
ｏｆｔｈｅＥｘｃａｖａｔｏｒＷｏｒｋｉｎｇＤｅｖｉｃｅ
豳长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室崔跃ｔ／ＣＵＩＹｕｅｙｕ李志勇／ＬＩＺｈｉｙｏｎｇ杨珊珊／ＹＡＮＧＳｈａｎｓｈａｎ

基于ANSYS Workbench的挖掘机动臂有限元分析

考依据。
关键词：动臂；S o lid w o r k s ;A N S Y S W o r k b e n c h ;静力学分析
中图分类号：T Q 422. 2 文献标识码： A
文章编号：1 0 0 7 6 9 2 1 ( 2 0 1 7 ) 0 6 0 0 8 5 01
备制造业中的应用。
• 85 •
黄鹏，等 • 杨家坪滑坡稳定性研究
2017年第 6 期
表3
稳定性计算结果
工况组合 1 2 3 4
稳定性系数 1 2029 1 2154 1 0568 1 1838
在运用三维软件 Solid w o rk s建立动臂的三维模型时先简化模型，简化时要基本保证以很好的反映出动臂实际结构特性为前提，做出一些的简化，去掉结构中对影响计算结果不大的圆角、螺纹孔等。动臂的三维模型，如图 1 所示。2
挖掘系列以挖掘机为主流，可分为机械式挖掘机和液压式挖掘机，其中液压式挖掘机是工程机械的主要产品之一，广泛应用于建筑、铁路、公路、水利和军事等工程。液压挖掘机完成各项功能的主要构
如图 2 所示，为动臂有限元网格模型，得到 44222个单元和 73381个节点。所画网格的精度高低将直接影响到求解的结果的准确性。

小型挖掘机工作装置三维建模及有限元分析

Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｗｉｅａｄｔｈｒｉｇｄｖｃｆａｓｅｉｃｏｓｉｍａｌｉｅｈｄａｌｘａａｏ，Ｄｔｒｇｒｏｔｅｗｏｋｎｅｉｅｏｐｃｆｄｍｅｔｃｓｌｓｚｙｒｕｉｅｃｖｔｒａ３ｈｉ — ｃ
中图分类号：Ｔ１Ｈ７文献标识码：Ａ文章编号：６２—５８（０１０ —０６ —０１７５１２１）１０３５
Ｔｈｒｅｄｉｅｉｎａｏｌｎｇａｎｄｆｎｉｅｅｅｅｎａｌｉｎｅ－ｍｎｓｏｌｍｄｅｉｉｔｌｍｎｔａｙｓｓｏｗｏｋｉｖｃｓｆｒｓａｌｓｚｒｎｇｄｅｉｅｏｍｌ－ｉｅｈｙｄａｉｘｃｖａｏｓｒｕｌｃｅａｔｒ
ｔｅａａｙｉｒｓｌｒｖｄｔｅｈｏｅｉａｂｓｓａｄｅｃｍａｋｎａａｏｔｅｈｓｃｌｘａａｏｈｎｌｓｓｅｕｔｐｏｉｅｈｔｅｒｔｌａｉｎｂｎｈｒｉｇｄｔｆｒｈｐｙｉａｓｃｅｃｖｔｒ
的建模在设计图纸的基础上，主要由动臂、杆、斗、斗铲油缸等组成．
ＷＮＧＪａ－ｎ，ＦＮＧａｇｊｎ，ＨＡｉｎｊｕＥＧｕｎ－ｉＺＡＮＢ．ｏｇ，ＹＪｎ－ｕｉｎｈＩｉｇｙ
（ｌｇｆＭｅｈｎｉａｇｎｅｉｇａｔｍａｉｎ，Ｈｕｑａｖｅｓｔ，Ｘｉｍｅ６１２１，Ｃｈｎ）ＣｏｌｅｏｃａｃｌｅＥｎｉｅｒｎｎｄＡｕｏｔｏａｉｏＵｎｉｒｉｙａｎ３０ｉａ

挖掘机动臂的有限元分析

１．１工况一
５．２工况二

挖掘机处于停机面最大挖掘半径处，铲斗挖掘，铲斗在发挥最挖掘机处于铲斗挖掘，铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘。大挖掘力位置进行挖掘。经计算，工况二中动臂最大变形量为２．３１３厘米，最大应力该位置出现在斗杆油缸全缩，铲斗齿尖、斗杆与铲斗铰接点及２６７．７ＭＰａ，与许用应力３４５ＭＰａ相比，该工况位置的受力是安全的。斗杆与斗杆油缸铰接点这三点处于同一直线上，且大臂油缸缩进使５－３工况三铲斗齿尖处于地面上。工况三中动臂最大变形量为２．１４４厘米，最大应力２９０．３ＭＰａ，１．２工况二与材料许用应力３４５ＭＰａ相比，该工况位置的受力安全。挖掘机处于最深挖掘位置处，铲斗挖掘，铲斗在发挥最大挖掘６结论力位置进行挖掘。根据Ｐｒ０，Ｉ Ⅵ ＥｃＨＡＮＩＡｃＡ计算可知，在三种工况下，挖掘机在工此位置出现在动臂油缸全缩，即动臂位置最低处，此时斗杆与况三状态时，即挖掘机处于动臂、斗杆最大受力位置，挖掘机动臂的斗杆油缸铰接点、斗杆与铲斗铰接点及铲斗齿尖在同一直线上且垂受力最大，这也和工程实际相符，工况三位置挖掘机动臂的受力依直于挖掘面。然安全，由此可以得出，本挖掘机动臂结构完全符合结构强度要求。１．３工况三，参考文献大臂、斗杆处于最大受力位置处，铲斗在发挥最大挖掘力位置【１１康海洋．液压挖掘机动臂结构动态分析［Ｄ１．进行挖掘。［２】杨彩红，马永杰．基于有限元的挖掘机动臂性能优化分析［Ｊ］．机械

基于Pro／E5.0和ANSYSWorkbench14.5的挖掘机动臂有限元分析

基于Pro／E5.0和ANSYSWorkbench14.5的挖掘机动臂有限元分析文章以反铲挖掘机的动臂为研究对象，对挖掘机最典型的几种工作状况进行分析，利用Pro/E和ANSYS Workbench两种CAE软件，先在Pro/E中建立了液压挖掘机动臂的三维模型，再对模型进行了强度分析和变形分析，给挖掘机动臂的设计提供了依据。

标签：挖掘机；工作装置；动臂；有限元前言挖掘机是工程建筑机械的主要机种之一，在建筑、交通、采矿、国防及城市建设等土石方施工中起着十分重要的作用。

随着应用范围的日益扩大，在设计理论和方法、分析和研究手段也有了质的飞跃。

本文利用PRO/E建立挖掘机的动臂模型，经Pro/E算出各铰点的受力情况，再利用ANSYS Workbench14.5对动臂的结构强度进行分析。

充分利用这2种CAE软件各自的特点，从而提高对问题的分析效率和计算精度。

1 动臂模型的建立反铲挖掘机的结构如图1所示，其工作装置主要有铲斗、铲斗液压缸、斗杆、斗杆液压缸、动臂以和动臂液压缸。

先对动臂实体结构特征进行分析，确定这些结构特征建立的先后顺序和每个实体特征的建立方法，保证模型所包含的参数尺寸尽量少，结构特征尽量简单。

分析和确定结构特征后，建立动臂模型。

Pro/E 提供了完整的建模功能，利用拉伸、旋转、切割、扫描、切除和抽壳等基本功能和曲面设计，建立工作装置的实体模型。

2 Pro/E与ANSYS对接3 动臂有限元分析3.1 定义单元属性、材料有关特性目前，绝大多数挖掘机的工作装置为不同厚度的16Mn钢材焊接而成，其屈服强度在275MPa附近。

Workbench实体单元类型采用默认的SOLID187，由于Workbench中没有16Mn，需添加新材料赋予新属性，设置动臂材料的基本参数如表1所示。

3.2 动臂网格划分一个好的网格非常重要，可以在求解过程中将误差降低到最小，避免引起数值发散和不正确得到不准确的结果，甚至还会导致不能求解。

基于Pro／Mechanica环境挖掘机动臂的有限元模态分析

，
提供了较科学的理论依据
[1]
，
，
．
其中根据加工工艺和实际结构条件的限制阻尼间
l
m
m
[ 参考文献 ] 陈义保宋中民等基于灰色关联度的磁流变阻尼器结构参数
的优化设计 [ J ]．台大学学报 ( 自然科学与工程版 ) 烟
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Key l
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／ e M
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概
述
，
由振动特别是确定结构的固有频率是设计人员可以避
，
，
动臂是挖掘机的关键部件也是主要承力部件挖掘机动臂在工作中存在振动不稳定的情况
( 1 ) ：4 6 5 0
—
．
度的关系曲线方程川为：
r
。
孙靖民机械优化设计 ( 第三版 ) [ M ] 北京：机械工业出版社
．
，
=
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—
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／ 0 000 82H ／
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+
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．
一
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．
：
17 0
一
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．
H ： N l ／h 2

有限元分析法在挖掘机工作装置分析中的应用张晓辉

MPC
Y ZX
MPC
Z
Y X
图 1 动臂有限元模型图图 2 斗杆有限元模型图
2.2 单元的模式
单元模式是单元特性分析的第一步。结构离散化
完成之后，为用节点位移表示单元位移、应力、应变，采
用位移模式或位移函数。根据所选定的单元位移模式
就可导出用节点位移表示的单元内任意点的位移关系
式，其矩阵形式为：
{ f } = [N]{δ}e .
一点的应变列阵；[B] 为应变矩阵；{R}e 是单元的节点
力列阵；[K]e 称为单元刚度矩阵，是单元位移和单元
节点力之间的转换矩阵，可以导出：
[K]e = ∭[B]T[D][B]dxdydz.
（7）
单元组集整体分析是对各个单元组成的整体进行
分析。
{R} = [K]{δ}.
（8）
式中：{Ri} = {Qi} + ∑{Pie} ，其中 {Qi} 为节点 I 上的集
化，并用弹性力学理论分析，得到直观的应力及变形
结论。
1 挖掘机工作装置的弹性力学基础
挖掘机的斗杆和动臂在挖掘中承受挖掘阻力，必
然造成机械装置的弹性体变形。而弹性力学原理是斗
杆和动臂应力和变形分析的理论基础[3]。弹性体在载
荷作用下，体内任意一点的应力状态可由 6 个应力分
量表示。弹性体还将产生位移和变形，即弹性体位置
0引言
动臂和斗杆是挖掘机工作装置的主要部件。挖掘
时将承受很大的交变复合外力，使其强度和变形受到
很大影响，因此它们的性能好坏直接影响挖掘机的寿
命和使用安全。有限元分析法作为有效的力学分析软
件，把无限多个自由度的弹性连续体理想化为有限个
自由度单元的集合体，使问题简化为适于数值解法的

液压挖掘机动臂应力应变有限元分析

图３动臂各铰点约束图
统给出的一系列要求后就可以进行求解。求解是自动完成
输入信息进行调整，输入后重新求解。
Ｆ铰点：内侧施加Ｙ方向的约束，施加Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的载荷；外侧不加约束，但施加ｘ、Ｙ、Ｚ方向的载荷。
７动臂有限元分析结果
弹性模Ｅ＝２．１２ｘ１０Ｍｐａ。６求解
通过对动臂有限元模型施加设计载荷及约束，完成系
的。在系统处理求解过程中，若要详细了解求解过程的信Ｃ铰点：内侧施加Ｘ、Ｙ方向的约束；外侧施加Ｘ、Ｙ、Ｚ息，通常把ｏｕｔｐｕｔ窗口放到桌面的最前面。在求解过程中方向的约束，均不加载荷。如果出现求解过程中断现象，对中断原因进行分析、研究Ｂ铰点：施加载荷不加约束。Ｄ铰点：施加载荷不加约束。和判断；中断不能排除时可以尝试返回开始界面，通过对
Ｂ外侧Ｄ内侧Ｄ外侧Ｆ内侧
Ｆ外侧
— １１１７００－２６２３４ — ２６２３４６５４８０
４３４
— ．１６５９０ — ４２２６ — ４２２６－１８２１６
２６９５２
压缸作用力作为载荷依据动臂的结构特点和受力状况施
图４动臂各铰点载荷图
加在动臂上，将动臂与斗杆的连接铰点作为外载荷处理。时受到Ｚ向力的作用。另一种结构如图５（ｂ）所示，动臂头在有限元分析时对动臂的各铰点进行约束和施加载荷，处部的轴固定在侧板上，动臂头部的一侧受力，另一侧不受

装载机动臂的有限元分析及改进

单元类型 : 装载机动臂是由动臂板、横梁、摇臂支耳焊接而成的, 选取采用 SOLID 4 5 实体单元作为分析的单元类型。材料属性: 装载机动臂由 1 6M n 组成 , 其中动臂上的轴套由 Q 23 5 - D 组成。网格划分: 形式为自由划分, 采用三角形形状划分 , 共产生 1 3 61 个节点, 3 6 64 个单元, 精度适中。
应力工况
插入工况举升工况
பைடு நூலகம்
表 2 2种工况下动臂应力集中部位所受最大应力
单位: M Pa
X 方向最 Y 方向最 Z 方向最 X Y 方向最 YZ 方向最 XZ 方向最最大等效
大应力
大应力
大应力
大剪应力大剪应力大剪应力应力
550. 964 829. 091
246. 557 366. 37
图 4 最大等效应力部位
动臂在 X 、Y、Z 方向上的合位移的最大值为 9. 201mm。动臂的最大等效应力为 374. 934M Pa。最大等效应力部位处于动臂的上铰点处。
( 2 ) 举升工况 : 保持转斗缸长度不变 , 操作举升缸 , 将动臂升至上限位置, 准备卸载。该工况下的有限元分析如图 5、6 所示。
由图 5~ 6可以看出, 动臂的最大等效应力为 5 65. 14 7MP a。最大等效应力部位也处于动臂的上铰点处。
2种工况下动臂下铰点最大变形和应力集中部位所受最大应力情况如表 1~ 2所示。

挖掘机动臂的有限元分析

挖掘机动臂的有限元分析挖掘机是一种广泛应用的工程机械。

尽管如此, 也往往是仿制, 缺乏建立在科学分析基础上的设计方法。

由于挖掘机作业的外载荷复杂多变, 难以采用传统的方法分析其结构特性。

我采用有限元方法对某挖掘机动臂的工作状态进行了分析, 对各国类似工作装置的设计有一定的借鉴意义。

该挖掘机的工作装置为反铲工作装置, 主要由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成。

动臂、斗杆和铲斗均由高强度钢板焊接而成的箱形结构, 动臂根部用一根销轴铰接在平台前端中部, 由两只铰接在转台前部的动力油缸支撑。

油缸作伸缩运动, 动臂作升降运动, 其结构如图所示。

1. 动臂有限元模型的建立及分析模型的简化动臂的整体式弯臂采用大圆弧过度以减小该处的应力集中, 结构简单, 重量轻。

其主体框架由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板焊接而成。

在建立有限元模型时, 由于一些小构件对整体刚度影响很小, 如焊接上的限位板、吊耳等, 均予以忽略。

载荷的分析：根据国内几种反铲装置的构件近似重量表2-7]7[查出：满斗处于最大半径时，整个的工作装置的总重量为： 5.37654321≈+++++++=T G G G G G G G G G 总t 即：力F ≈3500kg ×0.98=.3430N其中，q G T )8.16.1(～=，在这里取1.6q由于载荷种类多, 分布复杂, 许多载荷要等效成节点力。

动臂模型应该是边界上全部给定载荷的平衡结构。

铰销外载荷的处理: 在挖掘机的铰接装置中, 铰销是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与油缸之间的传力体, 受力情况比较复杂。

以往对销与销孔之间接触应力的研究缺乏理论依据, 都是按余弦分布等假想分布形式进行等效处理。

实际其间的接触应力的分布与材质、接触方式、配合公差等诸多因素有关。

其中，动臂应力分析图的研究属性和应力结果为：1）.零件属性2）.材料属性3）.载荷和约束信息载荷集约束4）.研究属性5）.应力结果位移结果）.67）.安全系数8）.结论通过对模型的有限元计算及试验分析可看出,用板壳单元建立的该有限元模型是可靠、合理的, 并且说明用有限元方法对液压挖掘机的动臂进行分析是一种行之有效的方法, 它可以全面掌握动臂的强度和刚度, 从而指导结构的设计。

有限元分析法在挖掘机工作装置分析中的应用

第１期（总第１３１期）
Ｎｏ．１（ＳＵＭＮｏ．１３１）
机械管理开发
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
２０１３年２月
Ｆｅｂ．２０１３
弹性力学是弹性体力学问题的解析解法，有限单元法是弹性体力学问题的数值解法之一，应用灵活方便、适用范围广泛。化整为零，把复杂的结构看成有限个单元组成的整体，这是有限元法的基本思路，分析过
程如下。
２．１弹性连续体的离散化
自由度单元的集合体，使问题简化为适于数值解法的结构型问题ｎ一，可将动臂和斗杆的模型进行合理简化，并用弹性力学理论分析，得到直观的应力及变形
摘
要：将有限元分析法应用在液压挖掘机的工作装置中。分析了挖掘过程中承受的交变复合外力，以及工作装
置的强度和变形情况；从而更好地了解动臂和斗杆是否坚固可靠，用以指导结构改型，使其设计更加合理。
关键词：有限元分析；液压挖掘机；单元矩阵；应力中图分类号：ＴＤ４２２．２文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — ７７３Ｘ（２０１３）０ｌ一００７１ — ０２
有限元分析法在挖掘机工作装置分析中的应用
张晓辉，曹亚巍，黎
３．河北工业大学，天津
霞，董
３００１３０）
超
３０００１９；
（１．中国国机重工集团有限公司，北京１００１０２；２．天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心，天津

挖掘机斗杆各铰点力计算及有限元分析

挖掘机斗杆各铰点力计算及有限元分析挖掘机斗杆是挖掘机的重要部件，用于挥动斗杆和斗头来进行土方工程的作业。

在工作过程中，斗杆各铰点的力对挖掘机的稳定性和工作效率都有很大影响，因此需要对其进行力学分析。

首先，我们需要确定斗杆各铰点的坐标位置和挖掘机质量及载荷情况。

针对不同工况，我们假设挖掘机的几何形状和重量分布均匀，加载的土方质量也经过计算得出。

然后，我们可以采用静力学分析的方法，根据牛顿第三定律和受力平衡原则，计算出斗杆各铰点所受的力。

针对计算得出的力，我们可以采用有限元分析的方法进行进一步研究。

有限元分析是一种数值计算方法，能够模拟物体在受力过程中的变形和应力分布情况，以及预测其破坏的情况。

通过建立斗杆各铰点的有限元模型，我们可以预测斗杆各铰点在工作过程中的变形情况和应力分布情况。

有限元模型可以分为三个部分，即前臂-铰点模块、铰点转臂模块和转臂-机身模块。

每个部分都建立了一个三维模型，并给出了材料的属性、加载情况和边界条件。

在模拟过程中，我们采用了静态荷载和动态荷载的组合，以及不同斗杆各铰点的承载力极限条件，得出了它们在实际工况下的安全性。

最终，我们得出了斗杆各铰点的力学指标和有限元分析结果。

通过分析数据，我们发现每个铰点的受力情况具有明显的差异，在一些特定情况下，甚至会导致某些铰点的破坏。

因此，在设计和制造挖掘机斗杆时，需要对其各铰点的强度和耐久性进行充分考虑，以确保挖掘机的安全稳定和工作效率。

综上所述，挖掘机斗杆各铰点力计算和有限元分析是非常关键的工作，对于提高挖掘机性能和保障工作安全具有重要意义。

我们可以通过合理的分析和设计，提高挖掘机斗杆的性能和使用寿命，为土方工程的顺利进行提供有力保障。

为了更好地了解挖掘机斗杆各铰点力计算和有限元分析的情况，我们可以列出以下数据。

1. 不同工况下的挖掘机总质量及斗杆长度挖掘机总质量：20吨斗杆长度：6米2. 土方质量及土方体积每次挖掘土方质量：1.2吨每次挖掘土方体积：0.8立方米3. 各铰点的位置坐标前臂与铰点之间的距离：2.5米转臂与铰点之间的距离：2.8米机身与转臂之间的距离：0.7米4. 斗杆各铰点所受的力前臂铰点的压力：100KN 转臂铰点的压力：150KN 机身铰点的压力：50KN5. 斗杆各铰点的有限元分析结果前臂铰点的应力值：450MPa 转臂铰点的应力值：650MPa 机身铰点的应力值：300MPa通过分析上述数据，我们可以发现以下几点：首先，挖掘机总质量和斗杆长度对斗杆各铰点受力有很大的影响。

自动化挖掘机动臂结构有限元分析策略研究

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自动化挖掘机动臂结构有限元分析策略研究
ＡｕｔｏｍａｔｅｄＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓＭｅｔｈｏｄｆｏｒＥｘｃａｖａｔｏｒＢｏｏｍ
沈振辉ＳＨＥＮＺｈｅｎ — ｈｕｉ；杨拴强ＹＡＮＧＳｈｕａｎ－ｑｉａｎｇ
关键词：挖掘机；动臂；自动化；有限元分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｃａｖａｔｏｒ；ｂｏｏｍ；ａｕｔｏｍａｔｅｄ；ｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ
限元分析工作流程。结合具有双动臂液压缸的鹅颈式动臂结构，开发人机界面友好的自动化动臂结构有限元分析软件，验证自动化有限元分析方法的可行性及其在提高批量动臂结构有限元分析效率方面的有效性。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎａｌｌｕｓｉｏｎｔｏｔｈｅｄｅｉｆｃｉｅｎｃｉｅｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｃｕｒｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｂｏｏｍｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｎｔｅｎｓｅｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｉｎｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆ

基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化

基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化滑移装载机动臂是一种常见的工程机械设备，广泛用于土方工程、矿山作业等领域。

在机械装载作业中，动臂是承受最大力的部件之一，因此对其进行有限元分析与优化是非常必要的。

有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以模拟和分析复杂结构的力学性能。

在本文中，我们将基于ANSYS软件对滑移装载机动臂进行有限元分析，并通过优化方法对其进行优化，以提高其结构的强度、刚度和可靠性。

我们需要进行零件的建模和网格划分。

基于机动臂的实际几何尺寸进行建模，并使用ANSYS提供的网格划分工具将其划分为有限元网格。

在划分网格时，需要考虑到几何尺寸、材料性质和加载条件等因素，以尽可能准确地模拟实际工作条件。

接下来，我们可以进行静态和动态分析。

静态分析可以模拟机动臂受力情况下的位移、应力和变形等参数，从而评估其结构的强度和刚度。

动态分析可以模拟机动臂在工作过程中的振动响应和动力学性能，以评估其可靠性和安全性。

通过静态和动态分析，我们可以得到机动臂的受力情况和受力部位。

根据这些结果，我们可以对机动臂的结构进行优化。

优化的目标可能是最小化应力和变形，或者最大化刚度和承载能力。

通过调整机动臂的几何形状、材料选择和结构参数等方面，我们可以得到一个优化的设计方案。

在优化过程中，我们可以使用ANSYS软件提供的优化工具，如拓扑优化、形状优化和参数优化等方法。

这些方法可以通过自动迭代和优化算法，寻找最优的设计方案，并在满足设计要求的前提下减小结构的重量和材料消耗。

我们可以对优化后的设计方案进行验证。

通过再次进行有限元分析，我们可以评估优化后的机动臂是否满足设计要求，同时可以比较优化前后的差异，以验证优化的有效性。