基于Pro_E的装载机工作装置动臂的有限元分析及优化设计

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基于Pro／E的装载机工作装置虚拟样机与仿真分析

虚拟样机的设计提供了科学的参考依据。
关键词：装载机；工作装置；虚拟样机；仿真
文献标识码：Ａ
０引言
Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ是一款包括ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ的大型设计软件［１］，其不仅可用来建立相应的几何模型，而且还可对模型进行仿真模拟，并对仿真模拟的结果进行分析，以及时发现设计中所存在的问题，从而在设计阶段就解决这些问题，以减少生产及投入使用后的维修费用，这不仅有利于企业经济效益的提高，而且减少了设计所耗费的时间。
收稿Ｈ期：２０１３ — ０６ — ２４；修回｝］期：２０１３０８ — ２４
图ｌ装载机工作装置虚拟样机
３虚拟样机的动态模拟
虚拟样机装配好后，就可以利用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ软件进行动态模拟及分析，其动态模拟及分析流程见图２。
作者简介：张椭（１９８３一），女，辽宁营口人，讲师，本科，主要研究方向：ＣＡＤ／ＣＡＭ软件应用。
建立连接连接轴设定运动副伺服电动机
建立运动模型
设置运动环境分析运动机构获取分析结果
重力．执行电动机旌加载荷初始条件运动干涉检查运动包络轨迹曲线
运动学动态分析静态分析修改

基于PRO／E的装载机工作装置机构的仿真与优化

运动及力学分析来进一步的优化产品，达到我们的设计系。图１为运动骨架中装载机工作机构各铰接点的位
要求，这是二维软件所不具备的。装载机工作装置是装载机的核心部件，它主要由动臂、铲斗、连杆、动臂油缸、翻转油缸组成，它是实现铲挖及装载物料的机构，其设计水平的高低直接影响
２０１３．Ｏｌ建设机械技术与管理９３
装配关系不会发生改变，这就缩短了设计的周期。图２为参照骨架模型所创建的实体模型。
位置
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优化设计（ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ）是根据最优化原理及方法综合各方面的因素，以人机配合方式或自动探索方式，把机械设计及数学规划理论及方法相结合，借助
高，降低设计成本，提高生产效率等优点。关键词：装载机ＰＲＯ／Ｅ运动骨架仿真优化
随着我国经济的飞速发展，带动了工程机械的发终是各结构件间的绞接点的位置尺寸，而各构件的形状展，其中装载机是工程机械中用途最为广泛的一种，它尺寸则影响较小。因此在行为建模过程中，要保证各绞
豳山东中川液压有限公司：ｒ￣Ｔ／ＧＯＮＧＸｉｕｊｉａｎｇ张洪德／ｚＨＡＮＧＨｏｎｇｄｅ

基于Proe的挖掘机分析

基于Pro/E的液压挖掘机设计集成与轻量化分析2009-11-19 20:18:37 作者：•本文分析了Pro/ENGINEER三维参数化设计流程，结合液压挖掘机的模型和组成特点，对其在参数化设计、装配与运动仿真、有限元分析与结构优化、轻量化设计等方面进行了深入剖析。

通过此流程，可以提高液压挖掘机的设计效率，降低设计时间。

文中完全摒弃了偏重参数化设计的思想，而是以液压挖掘机的实际问题为核心，该方案也适用于其他类似工程机械设备的研发。

一、前言液压挖掘机是土石方工程的主要施工机械，如图1所示。

全世界各种施工作业场约有65%～70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。

近年来，国内外液压挖掘机产量急剧上升，结构逐步完善，在工程建设和施工行业中占有很重要的位置。

液压挖掘机迅速发展的根本原因在于机械本身的优越性、通用性好和操纵轻便，也在于重视试验研究工作和计算机技术的引用。

在Bauma2008展会上展出的液压挖掘机中，传统型和通用型产品样机较少，多是一些有特殊构造、有特色的和多功能产品，这既体现了各厂家市场差异化的产品发展战略，又体现了各自的技术水平和实力。

这些变化大大扩展了液压挖掘机的功用，提高了产品的施工适用性，同时对设计手段和设计效率也提出了更高的要求。

液压挖掘机行业作为工程机械行业的重要分支，其设计方式正经历着革命性变化，计算机辅助设计技术的推广应用势在必行。

采用新结构和新材料，利用现代设计技术和先进制造技术，是保证和提高液压挖掘机性能的重要途径。

以前通过大量的样机和试验方式来验证产品可靠性和稳定性的方法，正在逐渐为虚拟样机和虚拟试验方式所取代。

这些技术既能缩短产品的设计和制造周期，同时又能提高产品的质量。

国外许多有实力的生产厂商、科研机构都已经针对挖掘机设计开发出一些专业软件，如美国卡特匹勒(C a t e r p i l l a r)、德国利勃海尔(L i e b he r r)、英国J B C和日本神钢(C K O B E L C O)等公司都进行了专业化的设计软件开发，但目前市场上可供选用的商品化应用软件却很少。

基于Pro／E软件的装载机虚拟设计制造研究

基于Pro／E软件的装载机虚拟设计制造研究文章运用Pro/E软件对装载机进行了三维建模设计，对其进行虚拟装配和仿真运动，完成了装载机的虚拟设计制造。

通过虚拟设计制造，缩短了产品的设计开发制造周期，提高了装载机的设计制造效率、节约了开发成本。

關键词：装载机；Pro/E虚拟设计；制造研究引言进入新世纪，科技发展突飞猛进。

人们对个性化产品的需求越来越迫切，对产品性能的要求也越来越高。

传统的机械设计在产品的创新开发中，存在开发设计周期长、制造成本高、产品的品质等方面已越来越不能满足人们需求，虚拟设计制造技术正是在这一背景的驱动下产生的。

装载机主要用来铲、装、卸、运土和石料一类散状物料，也可以对岩石、硬土进行轻度铲掘作业。

运用Pro/E软件，设计人员可以在制造真实装载机之前建立整个机构的虚拟样机，然后模拟装载机的运动过程，就可以在装载机的设计开发过程中发现设计存在的不足、缺陷，从而实现设计的优化。

1 虚拟设计及装配流程装载机的虚拟设计主要是用大型参数化建模软件Pro/E对机械结构进行三维实体建模，然后进行装配并各种模拟动作。

为能够方便的解决在装载机产品的设计阶段中各个机械构件在运动过程中的机械运动协调关系及运动范围的设计、可能的部件运动干涉检查等问题找到切实可行的解决问题的方法。

装载机虚拟样机的设计步骤、装配流程如图1 所示。

2 装载机的三维建模2.1 动臂的建模动臂建模设计主要采用拉伸命令，首先进入草绘平面，绘出动臂二维图形，然后给出尺寸值进行拉伸生成动臂三维实体图，再在动臂上进行其上打孔，要注意保证尺寸的准确性。

对另一个动臂采用镜像的方法得到。

如图2 所示。

2.2 铲斗的建模铲斗实体采用拉伸命令建立基本体，再用抽壳命令形成基本的壳体。

在基本体上添加加厚板以及铲齿特征。

添加铲耳特征时还需要建立铲耳特征的二维平面图形特征，后采用工具中的镜像复制命令完成铲斗肋板设计。

如图3所示。

2.3 底座的建模先建立底盘二维平面框架，然后采用拉伸命令，再采用拉伸裁剪命令生成底座结构，最后在框架上生成其他特征。

基于Pro／E的多功能装载机工作装置的设计及仿真分析

（ｏｌ８）Ｔｔｌ１ａｙ９
基于ＰｏＥ的多功能装载机工作装置的ｒ／设计及仿真分析
吕其惠王力夫
（广东交通职业技术学院，Ｉ６０广州１５）５０摘要：ＰｏＥ平台下对多功能装载机工作装置进行建模、在ｒ／装配仿真和人机交互优化，并对设计结果进行动态和静态
臂５摇臂７拉杆６前臂２摆臂８快换架９作业、、、、、（装置）以及提升液压缸４和转斗液压缸３构成的正转式八连杆机构（１示）图所，多功能装载机工作装置具有以下的特点：
用的尺寸都存在数据库中。用户可以运用强大的数学运算方式，建立尺寸参数问的关系式，通过相似的模型可自动计算出应有的外形，各尺寸就不需要逐
作要求
代Ｃ／Ａ系统。软件以全参数化尺寸驱动、ＡＤＣＭ该
基于特征、单一全关联的数据库等优点深受用户好评，成为国际参数化行业标准。该软件强大的参并
数化功能，合其单一的数据库，设计过程中所使配将
多功能装载机工作装置采用了由前车架１动、
维普资讯
２００７年第４期
农业装备与车辆工程
ＡＲＣＬＵＡＱＩＭＥＴ＆ＶＨＣＥＥ￣ＮＥＩＧＧＩＵＴＲＬＥＵＰＮＥＩＬＮＥＲＮ
Ｎｏ４０７．２０
（总第１８９期）
分析．成功实现了在ＰｏＥ环境下的多功能装载机工作装置的虚拟样机设计。结果表明本研究方案－￣提高设计效ｒ／ｑ．－

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ProE的装载机工作装置的实体建模及运动仿真_毕业设计

摘要基于Pro/E的装载机工作装置的实体建模及运动仿真摘要：装载机是一种应用广泛的工程机械。

有其广泛的空间，但由于装载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作：1．介绍了装载机的发展历史及前景，装载机的种类，介绍了仿真技术产生的背景、在国内的发展状况以及仿真技术的实际意义。

2．对液压缸作出了合理的选择。

3．简述了Pro/E软件在工程设计中的应用，利用Pro/E构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在Pro/E 环境下进行了装配干涉检验。

4．在Pro/ENIEER MECHANISM环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能曲线。

关键字：装载机工作装置液压缸仿真技术三维建模Abstract：Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which has wildely space, Aim to the problems that exist in traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is high and the performance test is complex etc, this paper leads virtual prototype technology into research of loader. The following research works are completed:1.The development foreground, the category and loader’s history is introduced, also the background of simulationtechnology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.2.To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used byPro/E software, which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed.3.The simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached.4. A rational choice for the hydraulic actuating cylinder.Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling目录摘要 (I)1 前言 (1)1.1 装载机的简介 (1)1.1.1 装载机的发展历史及前景 (1)1.1.2 装载机的种类 (1)1.1.3 本章小结 (3)1.2 运动仿真技术简介 (4)1.2.1 运动仿真技术产生的背景 (4)1.2.2 运动仿真技术 (4)1.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况 (4)1.2.4 发展运动仿真技术的重要意义 (4)1.2.5 总结 (5)1.3 Pro/ENGINEER软件在工程设计中的应用 (5)1.3.1 Pro/ENGINEER软件介绍 (5)1.3.2 运动仿真技术对装载机设计理念的影响 (6)1.4 本章小结 (7)2 液压缸的选择 (8)2.1 本章小结 (8)3 装载机工作装置三维实体建模 (9)3.1 工作装置零件建模 (9)3.1.1 动臂的生成 (9)3.1.2 铲斗的生成 (10)3.1.3 底座的生成 (11)3.1.4 连杆的生成 (11)3.1.5 摇臂的生成 (12)3.1.6 液压缸筒的生成 (12)3.1.7 液压缸盖的生成 (13)3.1.8 液压缸活塞的生成 (13)3.1.9 连接销轴的生成 (13)3.2 工作装置装配模型建模 (14)3.2.1 底座模型装配 (15)3.2.2 动臂模型装配 (15)3.2.3 铲斗模型装配 (16)3.2.4 液压缸体模型装配 (16)3.2.5 摇杆模型的装配连接 (17)3.2.6 连杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接 (17)3.2.7 销钉模型的连接 (17)3.2.8 本章小结 (20)4 装载机工作装置运动仿真 (21)4.1 概述 (21)4.2 创建装载机工作装置的机械运动仿真 (21)4.2.1 连接轴设置 (21)4.2.2 创建快照 (22)4.2.3 定义伺服电动机................................................................................. 错误！未定义书签。

基于PRO／E的液压挖掘机工作装置系统仿真与分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ３ＤｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅＰＲＯ／Ｅ，ｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｆｏｒａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗａｓ
ＶＯＩ．１０Ｎ０．４Ｄｅｃ．２０１３
文章编号：１６７２ — ７０１０（２０１３）０４ — ００３４ — ０６
Hale Waihona Puke 基于ＰＲＯ／Ｅ的液压挖掘机工作装置系统仿真与分析
张桂菊，肖才远
（邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳４２２０００）
第１Ｏ卷第４期２０１３年９月
邵阳学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｏｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ｍｏｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｍａｄｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｏｆＰＲＯ／Ｅａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇｗｏｒｋｉｎｇｓｃｏｐｅｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗａｓｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｉｆｎｉｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｅｘａｍｉｎｅｄｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｃａｎｓａｔｉｓｆｙｄｅｍａｎｄｓｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌ￣ｒｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌ，Ｐｒｏ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡｓｏｆｔｗａｒｅｒｅａｌｉｚｅｓｅａｍｌｅｓｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｔｏＰＲＯ／Ｅ，ｅｖｅｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｏｍｐｌｅｘｐａｒｔｓ．

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用于装载和卸载物料的设备，广泛应用于建筑工地、港口、仓库等场所。

为了确保机动臂的稳定性和安全性，提高其工作效率和使用寿命，需要进行有限元分析与优化。

有限元分析是一种通过将结构离散成有限个单元，将其模型转化为离散状态，然后通过数学方法求解结构的应力、变形、振动等力学问题的方法。

使用ANSYS软件进行有限元分析与优化可以对机动臂的力学性能进行全面和准确的评估。

需要根据机动臂的实际结构进行建模。

可以将机动臂分为不同的部分，如臂体、伸缩管、液压缸等，并根据实际尺寸和材料参数进行建模。

然后，需要对机动臂受到的各种力进行加载，如自重、载荷、液压力等。

根据机动臂的实际工作条件和使用环境，选择适当的加载方式和加载位置。

然后，通过设置合适的边界条件，如固定支撑点、转动支撑点等，确定机动臂在有限元分析中的自由度。

通过求解有限元方程组，可以得到机动臂在不同加载情况下的应力和变形分布情况。

有限元分析结果的准确性和可靠性对于优化设计至关重要。

根据分析结果，可以识别出机动臂的设计弱点，并针对性地采取改进措施，如增加材料厚度、优化结构形状或增加支撑点等。

通过多次有限元分析和优化，最终得到稳定性更好、安全性更高、效率更高的机动臂设计方案。

在进行有限元分析与优化时，还需要考虑到机动臂的材料特性和工作条件。

如机动臂所使用的材料的强度、刚度、疲劳寿命等，以及机动臂在实际工作中受到的加载频次、加载方式、工作温度等。

这些因素将直接影响到分析与优化结果的准确性和可靠性。

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工程机械设备，用于在建筑工地、矿山等场合进行土方作业。

在使用过程中，动臂承受着巨大的荷载和工作负荷，因此需要进行有限元分析与优化来确保其结构的强度和稳定性。

ANSYS是一款常用的工程有限元分析软件，可以对装载机动臂进行结构分析，找出潜在的设计问题并进行优化。

下面将介绍基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化的步骤和方法。

第一步是建立动臂的有限元模型。

通过CAD软件绘制出动臂的三维模型，并将其导入到ANSYS中。

然后，根据实际情况对动臂进行离散化处理，将其分割成有限元单元，包括梁单元和壳单元。

梁单元用于表示动臂的主要结构部分，壳单元用于表示较薄的板材或薄壳结构，如活塞。

第二步是对动臂进行边界条件的定义。

这包括约束条件和加载条件。

约束条件用于限制动臂部分的位移和旋转，以模拟实际工作状态。

加载条件用于模拟动臂承受的荷载，包括静态荷载和动态荷载。

静态荷载可以通过沉降荷载、施加力矩等方式加在动臂上，动态荷载可以通过模拟工作过程中的振动荷载来加在动臂上。

第三步是进行有限元分析。

在ANSYS中，可以选择不同的求解器和求解方法对动臂进行分析。

常见的求解器包括静力分析、模态分析、疲劳分析等。

根据实际需要，选择合适的求解器来对动臂进行分析，并获取其应力、应变、振动等结果。

根据分析结果，可以找出动臂的潜在问题，如应力过大、振动过大等。

第四步是对动臂进行优化。

根据分析结果，可以对动臂的结构进行优化，以提高其强度和稳定性。

优化的方法包括结构参数优化、材料参数优化等。

结构参数优化可以通过调整梁单元的尺寸、形状等来改善动臂结构；材料参数优化可以通过选择合适的材料来提高动臂的强度和刚度。

通过不断进行优化，可以找到一个最佳的设计方案，以满足动臂工作的要求。

对优化后的设计方案进行验证。

将优化后的设计方案重新导入到ANSYS中，进行有限元分析，以验证其在实际工作条件下的性能。

大型轮式装载机工作装置参数化装配有限元分析与改进设计

准确。
图１整体装配模型
３４
１三维模型建立与零件网格的生成
徐工１０Ｋ轮式装载机额定载重量１ｔ２０２，铲斗宽度３０ｍ４０ｍ，其工作装置的三维实体装配模型如图１所示。动臂、横梁、摇臂支座拉杆是重要受力构件，进行工作装置强度分析时，必须确保这些部位的三维几何特征与实际结构一致；而受力较小的位置和铲斗，可以按照 “ 刚度等效”原则进行适当
维参数化模型并进行网格划分，然后在ＡＳＳＮＹ环境下编制参数化装配程序，将从ＰｏＥ导入的零件ｒ／有限元网格快速装配成整体机构，准确模拟不同零件间的相互作用关系。选择正载铲掘、偏载铲掘为典型计算工况，综合这些工况的应力结果对徐工
１０Ｋ大型轮式装载机的动臂进行了改进设计。实２０践表明，本文提出的工作装置强度分析方法快捷、
分析。
３２载荷计算与边界条件的施加．工作装置受到的载荷主要有插人阻力和铲斗
掘起阻力，其支承边界条件是约束驱动桥和地面的
图３动臂的有限元模型
相对运动。采用装载机作业工况铲斗受力计算方法
ｌ＿］２３
，
得到正载水平最大牵引力为２０Ｎ，正载最５ｋ
Ｐａａｅｒｃａｓｍｂｙｗｉｈｆｔｌｍｅｎａｙｉｎｉｐｒｖｄｄｅｉｎｏｒｍｔｉｓｅｌｔｎｉｅｅｅｎｔａｌｓｓａｄｉｍｏｅｓｇｆ
ｗｏｋｉｇｄｅｉｅｆｌｇ — ｒｎｖｃｓｏａｒｅ— ｄｕｔｙｗｈｅｌｏｄｅｅａｒｌ

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。

基于Pro／E与ANSYS的Z30E型装载村动臂有限元分析

Ｐ＝．７，服极限￣＝０～０ＭＰ。ｏ０２５屈ｓ４７５９ａ
工作机构的其他参数：
Ｒ＿、
ＵＡ＝Ｕ＋Ａ１Ｕ＋
可丽
（３１）
（４１）
对于模型求解分析，得到动臂的Ｖｎｉｓｏｓ应力云图Ｍｅ
见图５。
２一ＵＧ－竹／．２
ＵＧ
在ｙ轴之右为正，反之为负
Ｌ／十一ｃＤ孚】ｚ（＋）・＝ＨＣｓ）ＹＣｎ】、（＋～＋ｓＤ手ｏ＋ｉ
（６）
Ｕ４ａｃｏＧ＝ｒｃｓ
．
（）７
（）８
ＵＧｈａｃｏ — －３＝ｒｃｓＹ１Ｙ－ＨＬ
，
接点、Ａ铰接点是外载荷的作用点。
ｘ９Ｒ１Ｕ，Ｇｄ．，０Ｇ３ＵＴ，
（２１）
２．材料性能参数的确定．３３
Ｚ０３Ｅ型装载机工作机构动
工作机构的独立参数确定之后，可由下列各式导出就
臂所用的材料为１Ｍ钢。弹性模量Ｅ２０ｐ，松比６ｎ＝１Ｇａ泊
ＲＤ、Ｒ１２ＲｌＣＳＵＢ／％ＲＬ２Ｒ２Ｏ（Ａ＝
（５１）
ａｃｏ（ｒｃｓ
）．
（６１）
ＵＤ＝ＵＤｏ＋ＵＤ２３Ｄ】＋￡一．
（７１）
（）１８
Ｒ３、Ｒ１＋４２４ｏ（Ｄ）＝／￣Ｒ２ＲｃｓＵ．２ —
取地面铲掘工况为工作机构的标定分析工况。通过分析发现，除去总体设计时确定的总体参数外，还需表征工作机构的独立参数。这些独立参数可分为２部分：一部分

基于ANSYS的装载机立式动臂的有限元分析及优化设计

基于ANSYS的装载机立式动臂的有限元分析及优化设计刘志鹏（龙工（上海）机械制造有限公司，上海 201612）摘要：依据装载机的作业特点，对立式动臂在铲掘位置进行静力学有限元分析，计算出动臂的应力分布云图，并在有限元分析结果的基础上提出动臂结构的改进方案。

优化后的仿真结果表明，在保证动臂满足工作性能要求的前提下，经优化设计后的动臂受力情况和结构形状得到了合理的改善。

该基于ANSYS 的有限元分析和优化设计方法提高了设计速度和设计质量，降低了生产成本。

关键词：装载机；立式动臂；静力学；有限元分析；优化设计中图分类号：TH243 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.03.016 文章编号：1006－0316 (2017) 03－0059－04Finite Element Analysis and Optimization Design of Vertical Movable Arm of LoaderBased on ANSYSLIU Zhipeng( Lonking (SHANGHAI) Machinery Co., Ltd., Shanghai 201612, China )Abstract：According to the working characteristics of loader, the static finite element analysis is performed in the shoveling and digging position for vertical movable arm, and the stress distribution is calculated. Base on the analysis result, the improved design is put forward. The simulation result after optimization shows that forces and structural shapes of the movable arm are improved after being optimized on the premise of meeting requirement of the movable arm’s work performance. The method of finite element analysis and optimization design based on ANSYS improves design speed and quality, reduces manufacturing costs.Key words：loader；vertical movable arm；static；finite element analysis；optimization design 动臂是装载机的关键结构件，其结构强度及受力情况直接影响装载机的性能优劣[1]。

基于Pro_E的装载机工作装置动臂的有限元分析及优化设计

第4期　2010年4月工矿自动化Industry and Mine AutomationNo.4　Apr.2010　文章编号:1671-251X (2010)04-0050-03基于Pro /E 的装载机工作装置动臂的有限元分析及优化设计戴雪芬(江苏联合职业技术学院镇江机电分院,江苏镇江　212016) 摘要:使用Pro/E 建立了装载机工作装置的动臂三维实体模型,对其进行了有限元分析及参数化设计,并在确定目标函数和约束条件的基础上对动臂进行了优化设计。

仿真结果表明,在保证动臂满足工作性能要求的前提下,经优化设计后的动臂受力情况和结构形状得到了合理的改善。

该基于Pro/E 软件的有限元分析和优化设计方法提高了设计速度和设计质量,降低了制造成本,对装载机工作装置的动臂及整个工作装置的优化研究具有普遍的适用性。

关键词:装载机;工作装置;动臂;有限元分析;优化设计;Pro/E 中图分类号:TP391.7 文献标识码:AFinite Element Analysis and Optimization Design of Movable Arm ofLoader ’s Working Equipment Based on Pro/EDA I Xue 2fen(Zhenjiang Vocational College of Mechanical and Elect rical Technology ofJiangsu Union Technical Instit ute ,Zhenjiang 212016,China ) Abstract :Three 2dimensional solid model of movable arm of loader ’s working equip ment was established by use of Pro/E ,t he finite element analysis and paramet ric design for t he model were performed ,and t he movable arm was optimized after objective f unctions and const raint conditions were determined.The simulation result showed t hat forces and st ruct ural shapes of t he movable arm are improved after being optimized on t he premise of meeting requirment of t he movable arm ’s work performance.The met hod of finite element analysis and optimization design based on Pro/E improves design speed and quality ,reduces manufact uring co st s ,and has universal applicability to optimization research of movable arm of loader ’s working equip ment and t he whole working equip ment.K ey w ords :loader ,working equip ment ,movable arm ,finite element analysis ,optimization design ,Pro/E 收稿日期:2009-12-11基金项目:江苏省高校自然科学基础研究项目(07K JB460113)作者简介:戴雪芬(1982-),女,江苏镇江人,毕业于徐州师范大学机电工程系机械设计制造及其自动化专业,现主要从事机械制造、CAD/CAM 等方面的教学与研究工作,已发表文章数篇。

基于PRO E的挖掘装载机设计与分析

基于PRO E的挖掘装载机设计与分析摘要：文章基于PRO/E三维设计软件对挖掘装载机进行了设计与有限元分析。

关键词：PRO/E；挖掘装载机；有限元分析20世纪60年代前后，世界各国竞相掀起开发挖掘装载机的热潮。

目前，挖掘装载机正朝着体积小、功率大、轻巧灵活和多功能化的方向发展。

1挖掘装载机组成及功能概述挖掘装载机，俗称“两头忙”，实际由一台拖拉机、一台挖掘机和一台装载机合装而成。

一般来说，它的前端是装载装置，后端为挖掘装置。

装载机可以完成多种不同的任务，主要用于拾取和搬运大量的松散材料。

挖掘机是挖掘装载机的主要工具。

2挖掘装载机三维模型建立、装配及仿真①PRO/E三维设计软件简介。

PROE/ENGINEER自1988年问世起来，十余年间已成为全世界及中国地区最普及的三维CAD/CAM系统。

PRO/E由于其自身的优越性，广泛用于汽车电子、机械、模具、航天等各行业。

PRO/E是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一的数据库功能。

②挖掘装载机三维模型建立、装配及仿真。

PROE/ENGINEER的三维建模功能十分强大，几乎可以建任意形状的模型，装配是在完成各个零件的三维建模之后，通过指定零件与零件之间的相互配合关系，从而将各个零件装配为一个整体。

利用PROE/E建立挖掘装载机的各个零件并装配成组件，结果如图1所示。

PROE/ENGINEER的仿真包括运动仿真和动力学仿真。

前者不考虑模型系统的受力情况，直接可以分析机构运动并测量主体位置、速度和加速度的改变，还可以检查零件之间的关系，输出运动轨迹和包络图；后者考虑受力的影响，不仅可以完成所有的机构运动分析功能，还可以进行动态、静态和力平衡分析。

3基于PROE/MECHANICA的挖掘动臂的有限元分析①PROE/MECHANICA有限元分析概述。

有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟的一种方法。

基于Pro／E和AGW的装载机工作装置动臂参数化设计

一
行二次开发而专门研发的工具，该软件由美国
的ＲＡＮＤ公司发布。它把任何能支持ＡｃｔｉｖｅＸＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ技术的应用程序通过ＡＧＷ成功和Ｐｒｏ／Ｅ建立直接联系，进而自动实现二次开发。在这一过程中，ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＧＡＴＥＷＡＹ在ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ和Ｐｒｏ／Ｅ之间起到桥梁和纽带的作用。对用户界面
关键词：参数化设计；Ｐｒｏ／Ｅ；ＡｕｔｏｍａｔｌｏｎＧａｔｅｗａｙ；二次开发中田分类号：ＴＰ３９１．７文献标识码：Ａ文章编号：１００９ —０１３４（２０１３）０３（上）一０１２０一Ｄ３
ＣＡｌＣｏｎｇ－ｙｉ，ＺＨＯＵＤｅ－ｊｉａｎ，ＣＨＥＮＹａｎ．ｈｕｉ
（广西科技大学（筹）机械工程学院，柳州５４５００６）
Hale Waihona Puke 摘要；本文建立了装载机工作装置动臂参数化模型，以Ｐｒｏ／Ｅ为开发平台、以此模型为开发实例，利用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０和ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＧａｔｅｗａｙ进行二次开发，并开发出装载机工作装置动臂参数化设计系统。该设计系统可以通过改变其中的设计参数来实现快速生成新的三维实体模型，减少了同一类产品的重复设计，提高了新产品的设计效率。

基于Pro_E环境下矿用装载机工作装置动臂的有限元分析_李富柱

基于Pro P E 环境下矿用装载机工作装置动臂的有限元分析李富柱,董广强,徐勇(徐州师范大学机电工程学院,江苏徐州221116)摘要:针对煤矿井下使用的装载机工作装置中,动臂极易发生断裂的问题,采用经典三维实体造型软件Pro P E 建立其三维实体模型,并在其环境下对动臂的最大受力位置,即铲掘位置进行静力学有限元分析,从应力云图和位移云图中得到动臂易发生断裂的位置及其应力分布情况,再对各典型工况下的动臂进行分析,从而总结出动臂在一个工作循环下的应力分布规律。

关键词:矿用装载机;工作装置;动臂;有限元中图分类号:TD42213 文献标志码:A 文章编号:1003-0794(2008)01-0075-02Finite Element Analysis of Moving Arm in Working Device of MineLoader Based on Pro P E EnvironmentLI Fu -zhu ,DONG Guang -qiang ,XU Yong(Mechanical and Electronical Engineering College of Xuzhou Normal University,Xuzhou 221116,China)Abstract :In working device of mine loader,one of the easiest breaking parts is the moving arm.In present work,the Pro P E software is used to establish the 3D solid model for the moving arm.Moreover,the static f-i nite element analysis is performed in the shoveling and digging position for moving arm,by stress and displace -ment cloud diagrams revealed analysis results,the easiest break position on the moving arm and stress distribu -tion in this location can be obtained.Finally,the stress distribution regular of moving arm in a working cycle is summarized by analyzing its loading status under a series of typical working c onditions.Key words :mine loader;working device;moving arm;finite element 0 引言矿用防爆装载机是中小型矿井井下作业的自动化生产设备之一,其工作装置是直接实现铲、运、卸的机构,其性能好坏对矿用防爆装载机的使用和工作性能有着直接影响。

基于Pro-E软件的ZL30型装载机工作装置受力分析

基于Pro-E软件的ZL30型装载机工作装置受力分析基于Pro/E软件的ZL30型装载机工作装置受力分析摘要：本文通过使用Pro/E软件对ZL30型装载机工作装置的受力进行分析，探讨了工作装置在各种工况下的受力状况，并通过结果分析提出了一些建议，以提高装载机工作装置的结构设计。

1. 引言ZL30型装载机是一种用于装卸松土、运载物料等工程机械，在矿山、港口、建筑工地等工作场所得到广泛应用。

其工作装置是装载机的核心组成部分，直接影响到装载机的性能和工作效率。

因此，对于工作装置的受力分析和优化设计显得尤为重要。

2. 材料与方法本文使用Pro/E软件对ZL30型装载机的工作装置进行受力分析。

首先，通过建立装载机的三维模型，根据设计要求和实际工况，设置装载机的工作装置姿态和受力情况。

然后，利用Pro/E软件中的结构分析模块，对工作装置进行静力学分析，并得出受力分布和变形情况。

最后，根据分析结果，提出一些结构优化的建议。

3. 结果与讨论通过静力学分析，得到装载机工作装置在各种工作状态下的受力分布和变形情况。

从结果中可以看出，工作装置的各个关键部位受力较为集中，并且在负载较大的情况下，受力更加明显。

此外，工作装置的变形情况也对受力分析产生了较大影响。

通过分析结果，本文提出了几点结构优化的建议。

首先，在工作装置的关键部位加强加强筋或者增加材料厚度，以提高其承载能力。

其次，在关键连接处采用合理的连接方式，如焊接、螺栓等，以增强连接的强度和稳定性。

此外，通过合理设置工作装置的工作角度和移动方式，可以降低其受力集中程度，减小变形情况。

最后，定期对工作装置进行检测和维护，及时发现和解决可能存在的问题，以防止由于疲劳、断裂等原因造成的事故发生。

4. 结论本文通过使用Pro/E软件对ZL30型装载机工作装置进行受力分析，得出了工作装置在各种工作条件下的受力状况。

在分析结果的基础上，提出了一些建议，以优化装载机工作装置的结构设计。

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第4期 2010年4月工矿自动化I ndustr y and M ine Automat ionNo.4 Apr.2010文章编号:1671-251X(2010)04-0050-03基于Pro /E 的装载机工作装置动臂的有限元分析及优化设计戴雪芬(江苏联合职业技术学院镇江机电分院,江苏镇江 212016)摘要:使用Pro/E 建立了装载机工作装置的动臂三维实体模型,对其进行了有限元分析及参数化设计,并在确定目标函数和约束条件的基础上对动臂进行了优化设计。

仿真结果表明,在保证动臂满足工作性能要求的前提下,经优化设计后的动臂受力情况和结构形状得到了合理的改善。

该基于Pr o/E 软件的有限元分析和优化设计方法提高了设计速度和设计质量,降低了制造成本,对装载机工作装置的动臂及整个工作装置的优化研究具有普遍的适用性。

关键词:装载机;工作装置;动臂;有限元分析;优化设计;Pro/E 中图分类号:TP391.7 文献标识码:AFinite Element A nalysis and Optimization Desig n of M ovable Arm ofLoader øs Working Equipment Based on Pro/EDAI Xue -fen(Zhenjiang Vo catio nal Co lleg e of M echanical and Electrical Technolo gy ofJiang su U nio n Technical Institute,Zhenjiang 212016,China)Abstract :Three -dim ensional solid mo del of mo vable arm o f loader øs w orking equipment w as established by use of Pro /E,the finite element analysis and parametr ic desig n for the model w ere performed,and the mo vable arm w as optim ized after objectiv e functions and constraint conditions w ere determ ined.The simulation result sho w ed that forces and structural shapes of the m ovable arm are impr oved after being optimized o n the premise of meeting requirment of the mo vable arm øs w ork performance.The metho d of finite element analy sis and o ptimization design based on Pro/E improv es design speed and quality ,reduces manufactur ing costs,and has univ er sal applicability to optimization resear ch of movable arm of loader øs w orking equipment and the w ho le w orking equipment.Key words :loader,w orking equipment,m ovable arm,finite elem ent analy sis,o ptimization desig n,Pro/E 收稿日期:2009-12-11基金项目:江苏省高校自然科学基础研究项目(07KJB460113)作者简介:戴雪芬(1982-),女,江苏镇江人,毕业于徐州师范大学机电工程系机械设计制造及其自动化专业,现主要从事机械制造、CAD/C AM 等方面的教学与研究工作,已发表文章数篇。

E -mail:xu efen1120@0 引言工作装置作为装载机的作业机构,其性能的好坏直接影响到装载机的使用性能[1]。

而作为工作装置主要部件之一的动臂,其结构尺寸、受力情况对整个工作装置的性能发挥起着重要的作用。

传统的动臂强度计算分析通常使用材料力学方法,将动臂假设为梁,这与实际结构相差甚远,计算误差大,难以反映动臂的真实变形和应力分布情况。

传统的动臂优化设计需要建立大量的数学模型,并对模型进行编程计算,过程繁琐复杂。

针对上述问题,本文以ZL05型装载机为例,使用通用经典点的三维实体分析软件Pro/Engineer(简称Pr o/E)对装载机工作装置的动臂进行有限元分析,并以动臂的外形尺寸为最小优化目标、以动臂铲掘位置时的受力大小为约束条件对动臂进行优化研究。

1 在Pr o/E 环境下对工作装置动臂的有限元分析1.1 前处理阶段将在Pro/E 下建立的动臂三维实体模型导入到Pro/M ECH ANICA 模块中,定义材料属性为16M n,弹性模量E =2.1@105M Pa,屈服极限D s =361M Pa,泊松比L =0.275,密度为7870kg/m 3。

考虑到动臂厚度小于中面轮廓的1/5,由薄壳理论假设采用自动网格划分,共得到2205个四面体单元。

由于是对动臂在铲掘位置的静力学分析,为限制模型的刚体位移,在铲掘位置对动臂与车架的铰接点、动臂与动臂油缸铰接点和动臂与摇杆铰接点处施加固定约束。

由装载机整机纵向稳定条件知,作用于装载机铲斗的最大垂直载荷R y 为R y =G s L 2/L 3(1)式中:G s 为装载机自重;L 2为装载机重心至后轮轴线的水平距离;L 3为斗尖至后轮轴线的水平距离。

以工作装置为研究对象,分别取铲斗、拉杆、摇臂和动臂为隔离体进行静力学分析计算,得到转斗油缸的作用力P 为P =K 1l 42l 3l 5(l 6N g +l 7G K )(2)式中:K 1为连杆机构摩擦损失系数;l 4为转斗油缸到摇杆中间铰接点的距离;l 3为摇杆中间铰接点到连杆铰接点的距离;l 5为铲斗与连杆铰接点到铲斗与动臂铰接点的距离;l 6为铲齿齿尖到铲斗与动臂铰接点的距离;N g 为最大铲起力;l 7为铲斗重心到铲斗与动臂铰接点的距离;G K 为铲斗自重。

1.2 后处理阶段对三维实体动臂模型求解分析,得到动臂在铲掘位置时的应力应变分布,如图1所示。

图1 动臂在铲掘位置时的应力应变分布从图1可看出,动臂大部分的应力值较小,在转斗油缸的支承板位置上受到的最大应力值为256M Pa,这与采用传统计算得到的结果基本符合。

该动臂经过校核检验,具有足够的强度和刚性,满足ZL05型装载机的工作要求。

2 在Pro/E 环境下对装载机动臂的优化设计2.1 确定优化参数将动臂与铲斗的铰接点处的曲线a 、b 、c 、d 定义为变量,利用Pro /MECH ANIC 模块下的参数化功能将这4个变量分别生成为aa 1、bb 1、cc 1和dd 1共4个变量,并根据动臂的实际情况设定变量的取值变化范围为?50mm 。

2.2 确定目标函数在对动臂进行优化设计时,不但要考虑所受应力值减小,还要考虑动臂的尺寸尽量最小,以达到该动臂既能满足使用要求又减少动臂尺寸的目的,故取应力值和尺寸最小为该动臂优化设计的目标函数。

2.3 建立约束条件对动臂在举升位置时进行优化设计。

为了减少动臂质量和动臂最大危险位置的应力值大小,利用软件建立5个约束条件:30mm <aa 1[60mm 30mm <bb 1[60m m 600mm <cc 1[880mm 300mm <dd 1[400mm且最大应力值小于256MPa 。

3 动臂优化前后仿真结果分析通过对Pro/M ECH A NIC 模块的优化设置,并根据优化约束条件的设定以及灵敏度的分析,经过11次迭代计算后,动臂应力云图的优化结果如图2所示。

图2 动臂应力云图的优化结果对比图1、图2可看出,在动臂受力不变的情况下,动臂的最大受力位置没有改变,但是最大值减小为205M Pa,而在动臂与铲斗的铰接点处的应力增加。

现已其中一条曲线为例,优化前后的应力值曲线如图3所示。

#51#2010年第4期戴雪芬:基于Pr o/E 的装载机工作装置动臂的有限元分析及优化设计(a)优化前的应力值曲线(b)优化后的应力值曲线图3在一条曲线上优化前后的应力值曲线4个变量在优化前后的尺寸变化如表1所示。

从图3和表1可看出,优化后变量的尺寸明显减小,既减轻了动臂重量,又节省了材料。

4结论本文以典型的ZL05装载机工作装置的动臂为表14个变量在优化前后的尺寸变化变量名aa1bb1cc1d d1优化前/mm5050820380优化后/mm40.49849.525810.998353.307研究对象,利用Pro/E软件中的Pro/MECH NICA 模块对动臂进行了应力分析,得到了动臂在铲掘位置时的应力变化规律,并在此基础上通过确定优化参数、确定约束条件和目标函数对其进行了优化设计。

仿真结果表明,该方法优化效果明显,为进一步提高装载机工作装置的设计质量提供了一个简捷、快速的设计方法。

参考文献:[1]李战慧,吴运新.装载机反转六连杆机构的优化设计[J].筑路机械与施工机械化,2008(10).[2]朱命怡,张松青.装载机举升机构结构参数优化设计[J].工程机械,2009(5).[3]马文蕾,毕玲霞,毕玉强.装载机工作装置优化设计及多体系统动力学仿真[J].机械研究与应用,2008(3). [4]王国彪,杨力夫.装载机工作装置优化设计[M].北京:机械工业出版社,1996.第4期2010年4月工矿自动化I ndustr y and M ine Automat ionNo.4Apr.2010文章编号:1671-251X(2010)04-0052-03光伏并网变系数正反馈主动频移孤岛检测方法李畸勇,苗红霞,王宏华(河海大学电气工程学院,江苏南京210098)摘要:针对主动频移检测法在检测光伏并网系统中/孤岛效应0时会增加电流总谐波含量的问题,提出了一种变系数正反馈主动频移孤岛检测方法。

该方法根据频率偏差来改变反馈系数,从而可以快速地检测出/孤岛效应0,同时又不会增加光伏并网系统的电流总谐波含量。

仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词:光伏并网发电;孤岛效应;孤岛检测;变系数正反馈主动频移法中图分类号:TD608文献标识码:A0引言很多工矿企业的生产场地分布在较远的边远山区,市电的供电质量较差。