挖掘机斗杆有限元分析

挖掘机斗杆有限元分析

姓名:周锋

学号：111684

51吨大型液压挖掘机斗杆有限元分析一. 斗杆外形图

图 1 斗杆结构简图

图2 斗杆三维外形简图

二. 斗杆计算工况

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，其工作装置运动与受力情况比较复杂。故选择了最危险工况来进行强度校核。

工况一：一般挖掘

1.1/2铲斗油缸行程；

2.1/2斗杆油缸行程；

3.斗齿尖V点贴地；

4.挖掘力0.7G，方向与地面成50度夹角，附加偏载。

工况二：伸长挖掘

1.斗杆油缸行程缩至最小；

2.铲斗油缸行程1/2处；

3.斗齿尖V点贴地；

4.挖掘力取0.7G，附加偏载。

三．边界条件的确定及约束的施加

将斗杆简化成如图5所示的模型。对于斗杆，A代表斗杆与动臂连接的铰点，B 代表斗杆与斗杆油缸的铰点。

图5 工作装置边界条件简化模型

1). 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6所示）

图6 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. 斗杆有限元分析

1). 有限元模型

斗杆实体模型采用应用软件Pro/Engineer建立，如图8。有限元模型见图9。斗杆有限元模型共划分单元457890个，节点117226个。

图7斗杆三维实体模型

图8 斗杆有限元模型

2).有限元计算

将各项载荷加入有限元模型各铰点后，计算结果如下:

- 工况一

图9 斗杆Von Mises应力分布云图

图10斗杆Von Mises应力分布云图

图11斗杆Von Mises应力分布云图（最大应力）

图12斗杆Von Mises应力分布云图（铲斗油缸处）

图13斗杆Von Mises应力分布云图（斗杆油缸处）

图14 斗杆前铸件应力分布云图

图15 斗杆位移分布云图

-工况二：

图16斗杆Von Mises应力分布云图

图17斗杆Von Mises应力分布云图

图18斗杆Von Mises最大应力处

图19斗杆Von Mises应力分布云图（铲斗油缸处）

图20斗杆Von Mises应力分布云图（斗杆油缸处）

图20 斗杆前铸件应力分布云图

图21 斗杆位移分布云图

五、结果分析

从以上三种工况计算结果来看，最大可能应力为240Mpa，满足强度使用要求，且最大应力出现于实际中焊缝之地。其中，应注意焊缝必须圆滑过渡，分布均匀，前支座铸钢件及耳座的焊缝应特别注意。此二处在工况一，二处应力相对较大，焊缝必须达到规定要求，焊接后需要仔细检查。

六、参考文献

【1】单斗液压挖掘机