挖掘机动臂的有限元分析.doc

济南大学毕业设计第七章 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查出： 满斗处于最大半径时，整个的工作装置的总重量为： t即：力F3500kg0.98=.3430N其中， 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）.零件属性零件名称挖 掘 机 动 臂.par质量984kg2）.材料属性材料名称钢, 结构质量密度0.000 kg/mm3杨氏模量199947953.000 kPa泊松比0.29热膨胀系数0.0000 /C导热率0.032 kW/m-C屈服强度262000.766 kPa极限强度358527.364 kPa3）.载荷和约束信息载荷集载荷集名称载荷1载荷类型力载荷元素数量8载荷值35000.000 mN约束受约束面的数量104）.研究属性网格类型Tetrahedral 单元网格元素数量20,628节点数量41,549求解器类型Nastran5）.应力结果类型范围值XYZVon Mises 应力最小值1.389e-007 kPa72.83 mm-85.00 mm-72.83 mm最大值6.097e+001 kPa-839.02 mm-303.00 mm1202.29 mm6）.位移结果类型范围值XYZ所得位移最小值0.00e+000 mm-1886.29 mm-297.00 mm1328.03 mm最大值8.84e-004 mm-232.80 mm7.00 mm159.71 mm7）.安全系数安全系数值50008）.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。同时说明该液压挖掘机的动臂设计满足强度要求。应力较大的部位在动臂液压缸和动臂的铰接点和后轴座附近, 该区域也是焊接的热影响区。所以对靠近后轴座的部位适当加强, 可提高该动臂的整体工作性能。7.优化前后的两者对比结果如下图所示： 在优化前的应力图中可以看出，在两个动臂液压缸和动臂的铰接点受到最大的应力，从网格线图中可以看出，此处的网格分布有突变，也就是应力相对集中的地方。通过对动臂结构中的动臂液压缸铰接点结构的重新优化和处理后，得到下面