液压挖掘机工作装置强度测试分析.

1、992011.08建设机械技术与管理液压挖掘机工作装置是其主要和关键部件之一，在实际作业中，由于物料的不 确定性，经常出现偏载、横向载荷及冲击振动等危险工况，工作装置被破坏现象时 有发生。工作装置的破坏严重影响机器本身及人员的安全，所以在型式试验中，必 须对挖掘机的工作装置进行不同工况下的强度试验，计算出工作装置的安全系数， 并给出判定结论。1测点的布置液压挖掘机工作装置是由钢板构成的箱形结构，通常承受拉（压）、弯、扭等 几种外力，结构断面的应力分布十分复杂，通常在断面角点沿构件的棱线方向布置 应变片测量其正应力。图1为箱形断面在各种外力作用下的正应力分布图。图中（a）为正应力（T N的分布图

2、，（b ）和（c ）分别为垂直弯曲和水平弯曲正应力 （T M z和（7 My的分布图，（d ）为约束扭转所产生的扇形正应力 c分布图。由于断面为 轴对称，各应力成分在4个角点处各自相等，且组合正应力分布沿断面轴线成线性，因此测得角点处正应力就可 得到断面上正应力分布图。箱形断面在各种作用外力作用下的的正应力分布图可以 为正确地布置测点提供帮助，试验中，在动臂、斗杆两部件上共布置了14个测点。图2为某液压挖掘机型式试验现场测点布置简图。摘 要：为进行液压挖掘机型式试验中的强度试验，对挖掘机工作装置进行了 静态与动态应变测试。根据箱形断面在各种外力作用下的应力分布特点，在动臂、 斗杆等应力集中的位

3、置布置了 14个测点，采集了铲斗斗齿挖掘受阻时各测点的静 态应变时域信号和空载下降冲击、满载铲斗最快速度下降止动、满载铲斗最快速度 上升止动过程各测点的动态应变时域信号，在进行时域特征分析后得到各测点的应 变数据，计算工作装置的安全系数，并判定安全系数是否符合相关规定。关键词：液压挖掘机型式试验应变测试安全系数液压挖掘机工作装置强度测试分析Stren gth Testi ng and An alysis of the Work ing Device of the Hydraulic Excavator福建省特种设备监督检验所傅顶和/FU Din ghe图1箱形断面在各种外力作用下的正应力分布图

4、2工况选择分析表明，危险断面最大应力发生在铲斗挖掘受阻的工况下，位置按以下条件 确定：（1）动臂位于动臂缸作用力臂最大处；（2）斗杆位于斗杆缸作用力臂最大 处；（3）铲斗位于发挥最大挖掘力位置。如图 3所示。此工况下，铲斗GH产生主动力，其最大推力产生最大挖掘力 W max。为了反映挖掘机的复杂作业工况，分析选择了空载下降冲击、满载铲斗最快速度下降止动，满载铲斗最快速度上升止动三种工 况进行比较试验。图2动静态强度试验测点布置(a)(b)All rights reserved. Publishing House. htlp:/ 1994-2011Academic Journal Electro

5、nic（c）（ d）1002011.08CMTM 3 静态和动态试验3.1试验过程以某次型式试验样机为对象，首先按图 2所示位置对各测点依次进行打磨 一表 面清洗一应变片清洗一应变片粘贴一引线连接一质量检查一固化一防护等步骤后， 用带有屏蔽线的长导线在接线端子处进行引线，屏蔽线接仪器外壳。测量选用德国 imc 集成测控公司（Integrated Measurement & Control）生产的 CRPL2-DIO-U NI8 数据采集器，imc系统操作软件imc devices,快速信号分析处理软件FAMOS。 在系统操作软件上设置四分之一桥测量方式、应变片的灵敏度、采样时间、采样频 率、虑

6、波方式，进行桥路平衡后处于待测试状态。依次对挖掘机进行四种工况操作，采集各测试点静态时域信号和动态时域信 号。3.2测试框图整个系统测试框图如图4所示。采用14通道进行数据采集和存储。试验前对 应变仪进行测试前的软件设置，如灵敏度系数、桥路形式、虑波形式。以采样频率 取5 120 Hz进行数据采集。用所有测量数据进行时域特征分析。分析所得各测点 的最大值如表1所示。3.3试验结果讨论分析图5给出的是液压挖掘机工作装置处于如图 3所示位置，进行挖掘受阻时测点所对应的时域信号图。此图横坐标是时间坐标， 单位为s，时间坐标一般不从t=0开始；纵坐标是应变坐标，单位为 卩m/m图5显示，在82s-11

7、2s之间，挖掘机工作 装置挖掘受阻期间，各测点的应变基本保持不变。如表 1所示，最大应变出现在挖 掘受阻时的测点5处，为 尸486.6卩m /。本台型式试验样机工作装置的材料为Q345,屈服强度(T戸345 MPa；弹性模量E =206 000 N/mm2。所以，最大应力 尸 E & =206 000 N/mm 2X486.6 卩 m/m=100.2 MP0全系数 n= c s / (T =345 MPa/100.2 MPa=3.4型式试验技术要求挖掘机工作装置的安全系数不小于1.4,因此本台样机的安全系数满足要求。图3工作装置最大应力位置名称测量点号静态应变/卩动态应变/卩铲斗挖掘受阻空载下

8、降下降冲击满载下降最快速度下降止动满载上升最快速度上升止动斗杆181.7-30380.1-34.22234.899.4-106.7-121.83421.7311.7-221.1-186.44-198.0-205.1338.6-377.55486.6339.3-218.0-183.16-409.0-354.6418.2-417.3动臂7187.1212.2-132.9-109.6847.4-34.749.643.29-266.4-314.6-89.1101.310143.2-221.2120.9238.411269.1-196.7-127.6-144.512-280.8-304.2110.094

9、.41377.3-112.2-256.4-276.8-78.7-130.7181.0156.7表1测点的静态应变和动态应变最大值-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500 卩 m/m859095100105110115s图5部分工况测点的应变时域图1012011.08建设机械技术与管理产品.技术PrcKiuct & Technology在挖掘机工作装置的设计时，关于安全系数的选取，与计算载荷的选取密切相 关。如果计算载荷比较精确，安全系数可较小。由于挖掘机工作装置实际操作过程 中惯性和冲击造成不确定的动载荷，且这方

10、面的试验和统计工作做的不够完善，没 有确切可靠的系数参考，因此，一般在设计时加大安全系数的办法来计算，安全系 数一般取n=3,因此本台样机3.4的安全系数符合设计要求。4结束语本文对液压挖掘机工作装置在四种最恶劣工况下进行了静态和动态应变试验， 对14个测点的数据进行分析，得出各测点应变最大值，对工作装置的安全系数进行判定。为今后挖掘机型式试验中强度试验工作的开展提供参考依据.参考文献1杨为，邱清盈，胡建军.液压挖掘机工作装置动应变的实验 研究.工程 机械2004（11.2张明，苏小光，王妮.力学测试技术基础.北京：国防工业 出版社，2008. 3徐 格宁，滕裕昌.厂内机动车辆技术检验.北京:

11、学苑出版社，2001.4 GB/T 7586-2008液压挖掘机 试验方法，2008. 5刘鸿文.材料力 学2 （第2版），机械工业出版社，2009.收稿日期：2011-06-02通讯地址：福建省福州市鼓楼区北环中路 45号（350001 ）摘 要：以JQ50/180架桥机为 研究对象，利用大型通用有限元程序 ANSYS建立主梁和起吊天车有限元模型，选 取最不利工况进行结构强度和刚度分析，得到架桥机结构的应力分布和挠度，为结 构安全性评价提供理论依据，并为类似结构的设计研究提供参考。关键词：架桥机有限元分析结构强度结构刚度基于ANSYS的JQ50/180架桥机结构有限元分析Make a Fin

12、 ite Eleme nt An alysis of the Structure Parts of JQ50180Bridge Machi ne to Be Based on ANSYS中交第三公路工程局有限公司第五工程分公司吴涛/WU Tao中国路桥工程有限责任公司白鹏宇/BAI Pen gyu1 ANSYS 的 JQ50/180架桥机JQ50/180型架桥机额定起重量为180 t,本文在50 m吊梁工况下，进行结构强 度和刚度分析，其结果可为该提梁机结构安全性评价提供参考。JQ50/180架桥机为桁架结构，结构示意图见图1。2架桥机有限元计算2.1计算模型为了提高计算精度，主梁上弦杆、下弦杆、侧支撑杆、下支撑杆、主梁横向连 接件等均采用空间梁单元beam188,起吊天车为钢板焊接箱型结构，采用板桥单元 shell63模拟。架桥机有限元模型见图 2。2.2计算工况2.2.1 起吊天车计算工况起重天车承受荷载为结构自重和外载荷。外荷载包括混凝土梁自重载荷和横移小车自重。已知