液压挖掘机动臂有限元分析研究
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这 样 的 发 展 趋 势 ［－３ １ ｌ ］ ］
２） 由 斗 杆 油 缸 闭 锁 力 决 定 的 切 向 挖 掘 力
， 受
Ｇ：Ｇ３ 斗 杆 油 缸 受 力 、 对 Ｂ 点 的 各 力 臂 、 、 ： 、 、 及 ｅ、
ｒ影 响 ， ： ２ 得 Ｆｒ （ ｆ ． Ｆ ｅ ）ｒ ２ Ｇ２ ２ Ｇ 盯 ＝２ ／ ＝ Ｂ ２ （ ２）
＝
（ １ Ｇ２ Ｇ３ ＋ ４ ／ Ｇ１ ＋ ＋ Ｇ ）ｒ ５
（） ５
５）整 机 行 走 所 限 制 的 切 向 挖 掘 力
， 受 整 机 重
量 、 走 部 分 与地 面 附着 系数 、 向挖 掘力 与 水 平方 行 切
向 的 夹 角 影 响 ． ： 得
＝
（ ＋ ＋ ＋ ４￣ Ｃ Ｓｔ Ｇ１ Ｇ２ Ｇ３ Ｇ ） Ｊ Ｏ Ｏ Ｌ ｔ
斗 油 缸 的 主 动 推 力 、 、 对 Ｃ 点 的 力 臂 ｅ 、 ｒ 影 Ｇ，及 ，Ｚ ３
响 ． ： 得
＝
（ ｌ ＋ ３ ３／３ Ｇｒ ３ Ｆｅ ）ｒ ｃ
（） ３
４ ）整 机 稳 定 性 所 限 制 的 切 向 挖 掘 力 ． 挖 掘 机 有 当
前 倾 趋 势 时 的 切 向 挖 掘 力
（） ６
综 合 上 述 各 种 因 素 ． 取 ６个 力 中 的 最 小 值 作 为 最 大 理 论 切 向挖 掘 力 ， ： 即
Ｆ ＝ ｎ 。 ， ， ， ， ｝ ￣ｍｉ｛ ，
（） ７
２ 动 臂 的 有 限 元 分 析
２１ ． 建 立 实 体 模 型
ห้องสมุดไป่ตู้
设 计 对 象 实 体 模 型 的 建 立 是 非 常 重 要 的 ． 它 保 证
中 图 分类 号 ：Ｕ ２ Ｔ ６１
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （０ １０ － ０ ５ ０ １０ — ９ ８２ １） ７ ０ ３ — ３
ｌ Ｇ１ １ Ｇ ｌ ＋ Ｚ３ Ｆ ｅ ）ｒ ＝（ Ｚ ＋ ￣ Ｇ３ ＋ ， １／ｌ Ａ ｍ Ａ （ ） １
挖 掘 机 是 一 种 重 要 的现 代 工 程 机 械 ．广 泛 应 用 于
道 路 、 利 、 矿 以 及 建 筑 等 工 程 中 ， 国 民 经 济 与 国 水 采 在 家 建 设 中 起 着 十 分 重 要 的作 用 由 于 产 品 更 新 换 代 的
速 度 加 快 ， 短 新 产 品 的 研 发 周 期 变 得 非 常 重 要 。 挖 缩 对 掘 机 工作 装置 进行 有 限元分 析 ． 高 研 发效率 ． 符合 提 正
运 用 Ｈ ｐ ｒ ｅｈ软件 创 建 动 臂 的 有 限元 模 型 ， 危 险 工 况 下 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ软件 对 其 进 行 静 强度 分 析 ， 出动 臂 的应 力 和 ｙ ｅｍ ｓ 在 使 ＮＹ 得 变 形 云 图 ． 而为 挖 掘 机 的 设 计提 供 参 考 。 从
关键 词 ： 压 挖 掘 机 液 动臂 有 限元 分 析
１ 由 动 臂 油 缸 闭 锁 力 决 定 的 切 向 挖 掘 力 ） ， 受 了 有 限 元 模 型 的 准 确 性 和 可 靠 性 鉴 于 Ｐ ｏＥ ｇｎ ｅ ｒ／ ｎ ｉｅ ｒ
动 臂 重 量 Ｇ 、 杆 重 量 Ｇ：铲 斗 重 量 Ｇ 、 臂 油 缸 受 力 斗 、 。动
、
强 大 快 捷 的 建 模 功 能 ． 本 文 选 用 Ｐ ｏＥ ｇｎ ｅ ｒ／ ｎ ｉｅ ｒ软 件 建 立 动 臂 的 三 维 几 何 模 型 ． 了方 便 有 限 元 分 析 ． 结 果 为 使 更 可 靠 ， 忽 略 小 结 构 的几 何 体 ， ： 微 的 倒 角 、 可 如 细 斜
３ 铲 斗 油 缸 主 动 挖 掘 时 的 切 向 挖 掘 力 ）
，受铲
本 文 对 某 液压 挖 掘 机 的工 作 装 置 进 行受 力 分 析 ．
使 用 三 维 建 模 软 件 Ｐ ０Ｅｎ ｉｅ ｒ建 立 动 臂 的 三 维 实 体 ｒ， ｇｎ ｅ 模 型 ． 用 网 格 划 分 软 件 Ｈｙ ｅｍｅ ｈ创 建 有 限 元 模 型 ． 应 ｐｒ ｓ 在 危 险 工 况 下 ． 用 ＡＮＳ 使 ＹＳ 软 件 的 静 力 分 析 模 块 对 其 进 行 静 强 度 分 析 ． 出应 力 和 变 形 较 大 的 地 方 ． 设 计 得 为 部 门进 一 步 优 化 设 计 提 供 参 考
（ Ｚ＋ ＋ Ｚ ＋ ４／４ Ｇ１１ Ｇ Ｉ Ｇ３３ Ｇ Ｉ ｒ Ｉ ）
（） ４
当 挖 掘 机 有 后 倾 趋 势 时 的 切 向挖 掘 力
，受 Ｇ 、
Ｇ２Ｇ 、 及 对 整 机 后 支 撑 点 的 各 力 臂 、 ２ 、Ｔ、５ 、 ３Ｇ 、 Ｉ ｆ ｒ Ｔ ４ 影响。 ： 得
液 压 挖 掘 机 动 臂 有 限 元 分 析 研 究
口 冯显松 口 杨 为 口 魏攀科
重庆
口 段成财
重 庆 大 学 机 械传 动 国家 重 点 实 验 室 摘
４０４ ｏ０４
要 ： 某 液 压 挖掘 机 为研 究 对 象 ， 其 工作 装 置进 行 受 力 分 析 。 使 用 Ｐｏ ｎｉｅｒ 件 对 其 动 臂 进 行 三 维 建 模 ， 以 对 ｒＥ ｇ ｅ软 ／ ｎ
， Ｇ 、 、 ，机 体 重 量 受 Ｇ：Ｇ 、
Ｇ 、 及 对 整 机 前 支 撑 点 的 各 力 臂 ｆ 、Ｉ 、 、４ 响 ， ｌ ｌ ｒ 影 。 ２
得 ：
＝
１ 工 作 装 置 简 化 模 型 的 受 力 分 析
挖 掘机 有 两 种挖 掘 方 式 ． 种 是 铲 斗 油 缸 主 动 挖 掘 ． 一 另 一 种 是 斗杆 油 缸 主 动 挖 掘 ．两 种 方 式 的受 力 分 析 方 法 相 似 ． 里 主 要 介 绍 铲 斗 油 缸 挖 掘 时 的 受 力 情 况 ［。 这 ４ ］ 参 照 图 １ 利 用 数 学 及 理 论 力 学 的 解 析 方 法 推 导 ． 出挖 掘 机 的 最 大 理 论 切 向 挖 掘 力 由 各 种 闭 锁 条 件 所 得 出 的 切 向 挖 掘 力 分 别 如 下
２） 由 斗 杆 油 缸 闭 锁 力 决 定 的 切 向 挖 掘 力
， 受
Ｇ：Ｇ３ 斗 杆 油 缸 受 力 、 对 Ｂ 点 的 各 力 臂 、 、 ： 、 、 及 ｅ、
ｒ影 响 ， ： ２ 得 Ｆｒ （ ｆ ． Ｆ ｅ ）ｒ ２ Ｇ２ ２ Ｇ 盯 ＝２ ／ ＝ Ｂ ２ （ ２）
＝
（ １ Ｇ２ Ｇ３ ＋ ４ ／ Ｇ１ ＋ ＋ Ｇ ）ｒ ５
（） ５
５）整 机 行 走 所 限 制 的 切 向 挖 掘 力
， 受 整 机 重
量 、 走 部 分 与地 面 附着 系数 、 向挖 掘力 与 水 平方 行 切
向 的 夹 角 影 响 ． ： 得
＝
（ ＋ ＋ ＋ ４￣ Ｃ Ｓｔ Ｇ１ Ｇ２ Ｇ３ Ｇ ） Ｊ Ｏ Ｏ Ｌ ｔ
斗 油 缸 的 主 动 推 力 、 、 对 Ｃ 点 的 力 臂 ｅ 、 ｒ 影 Ｇ，及 ，Ｚ ３
响 ． ： 得
＝
（ ｌ ＋ ３ ３／３ Ｇｒ ３ Ｆｅ ）ｒ ｃ
（） ３
４ ）整 机 稳 定 性 所 限 制 的 切 向 挖 掘 力 ． 挖 掘 机 有 当
前 倾 趋 势 时 的 切 向 挖 掘 力
（） ６
综 合 上 述 各 种 因 素 ． 取 ６个 力 中 的 最 小 值 作 为 最 大 理 论 切 向挖 掘 力 ， ： 即
Ｆ ＝ ｎ 。 ， ， ， ， ｝ ￣ｍｉ｛ ，
（） ７
２ 动 臂 的 有 限 元 分 析
２１ ． 建 立 实 体 模 型
ห้องสมุดไป่ตู้
设 计 对 象 实 体 模 型 的 建 立 是 非 常 重 要 的 ． 它 保 证
中 图 分类 号 ：Ｕ ２ Ｔ ６１
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （０ １０ － ０ ５ ０ １０ — ９ ８２ １） ７ ０ ３ — ３
ｌ Ｇ１ １ Ｇ ｌ ＋ Ｚ３ Ｆ ｅ ）ｒ ＝（ Ｚ ＋ ￣ Ｇ３ ＋ ， １／ｌ Ａ ｍ Ａ （ ） １
挖 掘 机 是 一 种 重 要 的现 代 工 程 机 械 ．广 泛 应 用 于
道 路 、 利 、 矿 以 及 建 筑 等 工 程 中 ， 国 民 经 济 与 国 水 采 在 家 建 设 中 起 着 十 分 重 要 的作 用 由 于 产 品 更 新 换 代 的
速 度 加 快 ， 短 新 产 品 的 研 发 周 期 变 得 非 常 重 要 。 挖 缩 对 掘 机 工作 装置 进行 有 限元分 析 ． 高 研 发效率 ． 符合 提 正
运 用 Ｈ ｐ ｒ ｅｈ软件 创 建 动 臂 的 有 限元 模 型 ， 危 险 工 况 下 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ软件 对 其 进 行 静 强度 分 析 ， 出动 臂 的应 力 和 ｙ ｅｍ ｓ 在 使 ＮＹ 得 变 形 云 图 ． 而为 挖 掘 机 的 设 计提 供 参 考 。 从
关键 词 ： 压 挖 掘 机 液 动臂 有 限元 分 析
１ 由 动 臂 油 缸 闭 锁 力 决 定 的 切 向 挖 掘 力 ） ， 受 了 有 限 元 模 型 的 准 确 性 和 可 靠 性 鉴 于 Ｐ ｏＥ ｇｎ ｅ ｒ／ ｎ ｉｅ ｒ
动 臂 重 量 Ｇ 、 杆 重 量 Ｇ：铲 斗 重 量 Ｇ 、 臂 油 缸 受 力 斗 、 。动
、
强 大 快 捷 的 建 模 功 能 ． 本 文 选 用 Ｐ ｏＥ ｇｎ ｅ ｒ／ ｎ ｉｅ ｒ软 件 建 立 动 臂 的 三 维 几 何 模 型 ． 了方 便 有 限 元 分 析 ． 结 果 为 使 更 可 靠 ， 忽 略 小 结 构 的几 何 体 ， ： 微 的 倒 角 、 可 如 细 斜
３ 铲 斗 油 缸 主 动 挖 掘 时 的 切 向 挖 掘 力 ）
，受铲
本 文 对 某 液压 挖 掘 机 的工 作 装 置 进 行受 力 分 析 ．
使 用 三 维 建 模 软 件 Ｐ ０Ｅｎ ｉｅ ｒ建 立 动 臂 的 三 维 实 体 ｒ， ｇｎ ｅ 模 型 ． 用 网 格 划 分 软 件 Ｈｙ ｅｍｅ ｈ创 建 有 限 元 模 型 ． 应 ｐｒ ｓ 在 危 险 工 况 下 ． 用 ＡＮＳ 使 ＹＳ 软 件 的 静 力 分 析 模 块 对 其 进 行 静 强 度 分 析 ． 出应 力 和 变 形 较 大 的 地 方 ． 设 计 得 为 部 门进 一 步 优 化 设 计 提 供 参 考
（ Ｚ＋ ＋ Ｚ ＋ ４／４ Ｇ１１ Ｇ Ｉ Ｇ３３ Ｇ Ｉ ｒ Ｉ ）
（） ４
当 挖 掘 机 有 后 倾 趋 势 时 的 切 向挖 掘 力
，受 Ｇ 、
Ｇ２Ｇ 、 及 对 整 机 后 支 撑 点 的 各 力 臂 、 ２ 、Ｔ、５ 、 ３Ｇ 、 Ｉ ｆ ｒ Ｔ ４ 影响。 ： 得
液 压 挖 掘 机 动 臂 有 限 元 分 析 研 究
口 冯显松 口 杨 为 口 魏攀科
重庆
口 段成财
重 庆 大 学 机 械传 动 国家 重 点 实 验 室 摘
４０４ ｏ０４
要 ： 某 液 压 挖掘 机 为研 究 对 象 ， 其 工作 装 置进 行 受 力 分 析 。 使 用 Ｐｏ ｎｉｅｒ 件 对 其 动 臂 进 行 三 维 建 模 ， 以 对 ｒＥ ｇ ｅ软 ／ ｎ
， Ｇ 、 、 ，机 体 重 量 受 Ｇ：Ｇ 、
Ｇ 、 及 对 整 机 前 支 撑 点 的 各 力 臂 ｆ 、Ｉ 、 、４ 响 ， ｌ ｌ ｒ 影 。 ２
得 ：
＝
１ 工 作 装 置 简 化 模 型 的 受 力 分 析
挖 掘机 有 两 种挖 掘 方 式 ． 种 是 铲 斗 油 缸 主 动 挖 掘 ． 一 另 一 种 是 斗杆 油 缸 主 动 挖 掘 ．两 种 方 式 的受 力 分 析 方 法 相 似 ． 里 主 要 介 绍 铲 斗 油 缸 挖 掘 时 的 受 力 情 况 ［。 这 ４ ］ 参 照 图 １ 利 用 数 学 及 理 论 力 学 的 解 析 方 法 推 导 ． 出挖 掘 机 的 最 大 理 论 切 向 挖 掘 力 由 各 种 闭 锁 条 件 所 得 出 的 切 向 挖 掘 力 分 别 如 下