【装载机铲斗强度分析案例2100字】

装载机铲斗强度分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u20882装载机铲斗强度分析案例 1288421.1侧卸铲斗三维模型的建立 125921.2侧卸铲斗的有限元分析 2202091.2.1材料的确定 2114101.2.2载荷的确定 3123871.2.3铲斗约束的确定 4112651.3铲斗有限元分析结果 5195601.4第一次改进方案 6307481.4.1第一次改进方案设计及结果 6148971.4.2第一次改进方案结果分析 683351.5第二次改进方案 7130741.1.1铲斗第二次改进方案设计及结果 721491.1.2第二次改进方案结果分析 722451.1.3尝试再次减小铲斗应力方案 7209401.6新型油缸布置的铲斗建模及分析 8装载机铲斗的设计不仅要满足理论上的力学结构，其铲斗的结构强度也要满足设计要求。目前，用运用计算机辅助分析软件进行装载机铲斗的结构优化及强度校核的方法被大量应用[21]。实践证明,这种运用CAD，UG等辅助分析软件进行结构优和参数设计的办法是极为高效的。在装载机铲斗参数设计的基础上，运用UG软件进行三维建模及分析，既能实现铲斗寿命及强度校核，又可以大大减少计算，节约设计时间，提高设计效率。1.1侧卸铲斗三维模型的建立使用计算机辅助分析软件UG作为分析工具，对铲斗进行有限元分析,分析校核铲斗结构的强度及寿命，需在建模模块中建立相应的三维模型。其模型数据主要来源于铲斗参数的初步设计，并以此为基础，选择合理的经验数值，建立装载机铲斗的侧卸模型，如图5-1所示。图5-1铲斗三维模型1.2侧卸铲斗的有限元分析1.2.1材料的确定目前装载机铲斗主要采用的材料是铸造耐磨合金钢,主刃板多采用强度和耐磨性较高的材料。综合考虑材料的性能和经济性，选用斗体主材料为钢材Q235，主刃板材料为16Mn。为确保安全，取安全系数为1.5，此时Q235材料的许用应力为156.7Mpa。16Mn材料的许用应力为230Mpa。材料具体性能参数见表5-1和5-2。表5-116Mn材料参数材料名称性能参数杨氏模量/（N·mm-2）210000泊松比0.3屈服强度/（Mpa）345抗拉强度（Mpa）660密度（Kg·m3）7.9×103表5-2Q235B材料参数材料名称性能参数杨氏模量/（N·mm-2）205000泊松比0.3屈服强度/（Mpa）235抗拉强度（Mpa）400密度（Kg·m3）7.85×1031.2.2载荷的确定由2.3分析可知，装载机铲斗在铲取阶段工况最恶劣，受力最大，故选择铲取阶段作危险应力分析。同时将铲斗的受力情况简化为插入阻力和最大掘起阻力并将其看为作用在铲斗上的水平和垂直载荷。作用位置选择为作用在刃板两侧呈对称分布。基于铲斗的设计参数，查阅资料，带入参数，最终由公式（2-1）得：水平载荷最大插入力P=50KN。铲斗得垂直载荷经查阅资料确定为铲斗额定崛起力F=60KN。铲斗受载如图5-2所示。图5-2铲斗承受载荷1.2.3铲斗约束的确定在使用UG进行有限元分析时，需铲斗上建立约束条件。不同于一般铲斗，侧卸铲斗需装在铲斗托盘上，主要约束在左右两侧侧翻耳板处，通过两根销轴与托盘链接，故约束为销约束，如图5-3所示。图5-3铲斗受载图1.3铲斗有限元分析结果用过完成前期的三维建模、模型提升、划分网格、分配材料、建立约束、施加载荷等工作，可进行有限元分析计算,分析结果如图5-4所示。图5-4铲斗应力云图初次设计铲斗壁厚为5mm，材料Q235B的屈服极限为235Mpa，由图5-4可得此时铲斗得最大应力出现在铲斗斗底和斗弧面的连接处，最大应力为753Mpa,远远大于材料的屈服极限，铲斗强度不合格，需进行改进，增加铲斗壁厚。1.4第一次改进方案1.4.1第一次改进方案设计及结果原方案主要缺点是铲斗壁厚较薄，需要增加壁厚[22]。第二次设计将壁厚增加到10mm,有限元分析结果如图5-6所示。图5-5铲斗应力云图1.4.2第一次改进方案结果分析第一次改进方案设计铲斗壁厚为10mm，第一次改进铲斗所用材料同样为Q235B，其屈服极限为235Mpa,由图5-5可得此时铲斗得最大应力出现在铲斗斗底和斗弧面的连接处，最大应力为256Mpa，虽较原设计应力有所下降，但还是大于材料的屈服极限，铲斗强度不合格，需进行改进。1.5第二次改进方案1.1.1铲斗第二次改进方案设计及结果第一次改进方案主要缺点依旧是铲斗壁厚较薄，需要增加壁厚。第二次改进方案将壁厚增加到15mm,同时在铲斗后壁增加加强筋，目的是增加铲斗斗体强度。有限元分析结果如图5-6所示图5-6铲斗应力云图1.1.2第二次改进方案结果分析第二次改进方案设计铲斗壁厚为15mm,改进铲斗所用材料同样为Q235B，其屈服极限为235Mpa,由图5-6可得此时铲斗得最大应力出现在铲斗斗底和斗弧面的连接处，最大应力为140Mpa,小于材料的许用应力，且铲斗其余大部分应力在100Mpa以下，符合设计要求，铲斗强度合格。1.1.3尝试再次减小铲斗应力方案在第二次改进铲斗最大应力为140Mpa。虽基本符合要求,但对比屈服极限的235Mpa，140Mpa依然有些偏大，再次尝试增加壁厚，使之达到20mm,分析实验结果。铲斗壁厚为20有限元分析结果如图5-10所示。图5-7铲斗应力云图结果表明在壁厚增加到20mm后，铲斗应力有所减小，但最大应力依然有134Mpa，比140Mpa只减少了7Mpa。而厚度增加5mm却增加了原材料的成本，同时使加工制造难度增加，综合考虑，此方案不可取。1.6新型油缸布置的铲斗建模及分析经以上分析，确定了斗体最佳厚度为15mm,所用主体材料为Q235B，刃版材料为16Mn，在此基础上建立基于新型油缸布置的铲斗模型。新建模型尺寸与上面原模型尺寸相同，只是在背板处的油缸绞支点进行了改进。如图5-8所示。图5-8新型铲斗模型对其进行有限元分析结果如图5-9所示。图5-9新型铲斗应力云图结果分析：新型铲斗设计建模所用材料同样为Q235