液压挖掘机动臂有限元分析研究.pdf

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口段成财重庆大学机械传动国家重点实验室重庆4 0 0 0 4 4摘要以某液压挖掘机为研究对象，对其工作装置进行受力分析。使用P r o ／E n g i n e e r 软件对其动臂进行三维建模。运用H y p e r m e s h 软件创建动臂的有限元模型，在危险工况下，使用A N S Y S 软件对其进行静强度分析，得出动臂的应力和变形云图，从而为挖掘机的设计提供参考。关键词液压挖掘机动臂有限元分析中图分类号T U 6 2 1文献标识码B文章编号1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 1 0 7 0 0 3 5 0 3挖掘机是一种重要的现代工程机械。广泛应用于道路、水利、采矿以及建筑等工程中，在国民经济与国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。缩短新产品的研发周期变得非常重要。对挖掘机工作装置进行有限元分析．提高研发效率，正符合这样的发展趋势[ 1 ] 一[ 3 】。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 r o ／E n g i n e e r 建立动臂的三维实体模型，应用网格划分软件H y p e l T n e s h 创建有限元模型。在危险工况下．使用A N S Y S 软件的静力分析模块对其进行静强度分析。得出应力和变形较大的地方，为设计部门进一步优化设计提供参考。1工作装置简化模型的受力分析挖掘机有两种挖掘方式．一种是铲斗油缸主动挖掘，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。这里主要介绍铲斗油缸挖掘时的受力情况【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．1 由动臂油缸闭锁力决定的切向挖掘力E 。，受动臂重量G ，、斗杆重量G 、铲斗重量G ，、动臂油缸受力蜀、及对A 点的各力臂Z 。。、k 、k 、e 。、r 。影响，得收稿日期2 0 1 1 年1 月盛机械制造4 9 卷第5 6 3 期E l G l Z A l G z 2 G Z A 3 j l e1 ／r l 1 2 由斗杆油缸闭锁力决定的切向挖掘力如，受G 、G ，、斗杆油缸受力尼、及对B 点的各力臂l B 2 , , k 、e 、n 影响，得F 2 G 2 f m G I m 赡2 ，r 2 2 3 铲斗油缸主动挖掘时的切向挖掘力R ，受铲斗油缸的主动推力玛、G ，、及对C 点的力臂e 3 x k 、r 3 影响．得如 G ，l c 3 F 3 e 3 ，r 3 3 4 整机稳定性所限制的切向挖掘力．当挖掘机有前倾趋势时的切向挖掘力R ，受G 。、G 、G 。、机体重量G 。、及对整机前支撑点的各力臂Z I 。、如、Z B 、Z w 、r 4 影响，得鼯 G 。厶1 C 鼬G 如 G 以 ／r 4 4 当挖掘机有后倾趋势时的切向挖掘力R ，受G ．、G 2 、G 3 、G 。、及对整机后支撑点的各力臂h 、如、如、k 、r 5影响，得，毛 G l k G 2 6 1 2 G I _ 1 3 G 4 k ／r 5 5 5 整机行走所限制的切向挖掘力R ，受整机重量、行走部分与地面附着系数弘、切向挖掘力与水平方向的夹角a 影响．得R G l G 2 G 3 G 4 ∥c o s 0 [ 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只，即鼯m i n { 一一，如，R ，n ，R ，氏 7 2 动臂的有限元分析2 ．1 建立实体模型设计对象实体模型的建立是非常重要的．它保证了有限元模型的准确性和可靠性。鉴于P r o ／E n g i n e e r强大快捷的建模功能．本文选用P r o ／E n g i l i e e r 软件建立动臂的三维几何模型．为了方便有限元分析，使结果更可靠，可忽略小结构的几何体，如细微的倒角、斜2 0 1 1 ／7 国 万方数据 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 面、小孔，焊接上的限位板等。22 创建有限元模型动臂的上、下盖板．左、右侧板是由钢板组成的．最大厚度是1 9 ⋯长宽方向的最小尺寸大干3 0 0m m ．则它们的厚度小于最小尺寸的五分之一．根据有限元理论．将这艘部件抽取为薄壳．再进行有限兀模型划分．其它部件采用 维实体单，c 进行划分8 ] 。壳单元选用S h e l l l 8 1 单元．实体单元选用S 0 1 i d 4 5单元．壳单元畸实体单元通过点对点耦合．利用阿格划分软件H Y P ⋯s h 进行上述操作。图2 为动臂的有限元模型．共有1 2 76 0 8 个单元．1 3 27 4 5 个节点。动臂的材料选用Q 2 3 5 ．参数见表l 。女1I 镕 ■∞ 料类型Ⅱ} 23 选取计算工况液压挖掘机的各种．1 2 况是一T 动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的不同伸缩状态组合而成需要确定危险工况．进行精确的强度校核才能使产品酷计具有实际意义．动臂的危险工况根据动臂可能出现最大弯矩的位置来确定．即动臂、斗杆油缸作用力臂最大，铲斗发挥最大挖掘力的位置。2 4 确定边界蒂件为了消除总刚度矩阵的奇异性．必须消除动臂模型的刚体位移．可对某些节点加以约柬。其约束条件为所加约束刚好消除全部刚体白由位移．或把约束改为刚度足够大的边界元，作为校核载荷平衡的补充办法㈧。对动臂与底心铰接处的以、u ⋯u 、R O T x 、R O T y 施加约束，对动臂与斗杆铰接处的“、“，施加约束。液压缸的作用力视为外载荷．重力场通过施加一个和重力加速度7 3 - 向相反太小相等的加速度柬寓现。在A N S Y S 中使用接触法模拟销轴连接．即在销轴中心建立一个P i l o t 点与铺轴孔内侧的节点建赢接g O ．单元．如罔3 所示。3 计算结果分析使用E 述有限元模型在危险工况下运用固2 0 1 1 ／7F ’●盂2 亏羔 i 蔷。_ 嚣5 0 1 4 8 45 0 425 1 1 735 I45 13▲t q5m _ f 口”，『，A N S Y S 软件进行分析计算然后在A N S Y S 软件后处理模块中查看动臂的应力和变形云图．见图4 、图5 。结果品示．动臂的最大应力为2 0 9 1M P a 应力大小基本满足设计要求．动臂的最大位移为45 1 3 ⋯说明部件的变形在允许的范罔内．4 结束语通过埘某液压挖掘机动臂进行有限元强度和刚度分析．结果表明．应力较大的地方末要是动臂与底座铰接处区域和动臂与斗杆油缸相连接轴套附近区域变形集中出现在动臂与斗杆饺接端。以上有限元分析结果为产品设计提供了有价值的参考．同时分析过程也为其它工程机械的设计分析提供丁切实可行的方法和手段。垫苎 望竺堂苎竺 选 万方数据 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于A D A M S 的特氟龙输送带链传动多边形效应分析口许番口丁武学南京理工大学机械工程技术学院南京2 1 0 0 9 4摘要基于特氟龙输送带及其链传动的工作特点，进行了链传动的结构设计和链节链轮的选型。建立了链传动的S o l i d W o r k s 数字化模型，进行了多边形效应的理论分析。最后将简化的S o l i d W o r k s 模型导入A D A M S 中。经添加运动副和运动等得到动力学仿真模型，分析了多边形效应的仿真结果。该仿真结果有助于链传动优化设计。关键词链传动多边形效应A D A M S 动力学分析链板中心中图分类号T H l 3 2 ．3 1 ；T H l 3 2 ．4 5文献标识码A文章编号1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 1 0 7 0 0 3 7 0 4汽车内饰件包括车内顶篷和车内地毯，其生产流水线如图1 所示．其中输送轨道部分采用特氟龙带形式．车内顶篷和车内地毯所用材料为G F P 板或麻毡板，尺寸26 5 0m m l7 0 0i E t n l 长宽 ，自重9 0 0 -14 0 0g 或15 0 0 ～19 0 0g ．传送器最大传送行程72 0 0r a i n 。传送速度范围3 0 0 ～6 0 0m m ／s ，保证传送器稳定速度5 0 0m m ] s 。特氟龙传动要求动力稳定。传送功率大。载荷适应性强，并能适用于高温工作环境。该生产线高速送料系统采用链传动．为特氟龙传送带传送动力。由于链传动固有的多边形效应．会使链条和链轮产生冲击，发生振动和速度的周期性变化．并产生噪声，这都会影响链传动。并给正常生产造成很大的影响．为研究特氟龙传送带工作时链传动的多边形效收稿日期2 0 1 0 年1 0 月应，确定其影响因子，本文针对链轮与链条啮合机制，采用S o l i d W o r k s 软件进行建模和运动仿真．可直观反映链条的运动过程．最后导入A D A M S 进行动力学仿真，仿真结果可用于特氟龙传送带用链传动的优化设计。1 多边形效应如图2 所示．链条与链轮接触时不能完整切合链轮节圆轨迹。从几何角度看，链轮半径定为R ，链条与链轮配合转过单链节角度0 后．理论位移为S 。 R O 1 实际上链轮的转动是由圆周运动与弦运动⋯相互[ 2 ][ 3 ]参考文献陈进，吴俊，李维波，等．大型液压正铲挖掘机工作装置有限元分析及应力测试[ J ] ．中国工程机械学报，2 0 0 7 ，5 2 1 9 8 2 0 3 ．杜文靖，崔国华。刘小光．液压挖掘机工作装置整体集成有限元分析[ J ] ．农业机械学报，2 0 0 7 ，3 8 1 0 2 0 - 2 3 ．刘本学．液压挖掘机反铲工作装置的有限元分析[ D ] ．西安长安大学．2 0 0 3 ．盛机械制造4 9 卷第5 6 3 期[ 4 ][ 5 ][ 6 ]同济大学．单斗液压挖掘机[ M ] ．北京中国建筑工业出版社．1 9 8 0 ．龚培康．汽车拖拉机有限元法基础[ M ] ．北京机械工业出版社．1 9 9 5 j丁华，朱茂桃，赵剡水．液压挖掘机动臂有限元分析[ J ] ．中国公路学报，2 0 0 3 ，1 6 4 11 8 1 2 0 ．△ 编辑丁罡2 0 1 1 ／7 回 万方数据 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m