液压挖掘机斗杆有限元静力分析.pdf

串杆产品， 重新设计了供 1 ～ l O t 叉车使用的全部串杆。 参考文献 [ 1 】兰凤崇， 陈吉清． 承载式车身覆盖件板厚优化及灵敏度 分析[ J ] ． 航空制造技术， 2 0 0 5 3 6 1 6 5 ． [ 2 ] 罗键． 系统灵敏度理论导论[ M] ． 西安 西北工业大学 出版 社 ， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 李辉． 客车车身骨架有限元分析与轻量化改进设计【 D 】 ． 合肥 合肥工业大学， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 邱宣怀． 机械设计【 M 】 ．北京 高等学校出版社， 1 9 9 7 ． [ 5 ] 胡志远， 浦耿强， 高云凯． 轻型客车车身刚度灵敏度分析 及优化【 J ] ．机械强度 ， 2 0 0 3 ， 2 5 1 6 7 7 0 ． 通信地址 合肥市经开区卧云路 1 6 3号安徽合力股份有限 公司技术中心 2 3 0 6 0 1 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 4 液压挖掘机斗杆有限元静力分析 蒋美华 ， 苏俊刚 2陈欣 。 ， 周少良 1 ．军事交通学院科研部装备预研 中心； 2 ． 军事交通学院研究生管理大队； 3 ． 军事交通学院汽车工程系 2 摘要 对液压挖掘机工作装置中的斗杆进行分析， 选择斗杆受力最大的工况即斗杆 和动臂垂直的位置， 进行静力计算 ， 得到斗杆主要铰接点的受力情况 ； 根据计算结果， 利用 A N S Y S Wo r k b e n c h进行斗杆有限元分析 ， 得到斗杆变形云图， 确定其变形最大和安全系数 ； 最低的部位； 提出斗杆改进措施来提高斗杆的强度。 ‘。 l 。I I I l tI I l ‘I 。 l ‘ Il _ t lt l ‘ II t I tt t l ll I I 。 It t tt 。 t I‘ l I II I tt t l‘ l ‘I I I 。I ‘ 。‘ I 关键词 斗杆； 静力学； AN S Y S Wo r k b e n c h ； 有限元 液压挖掘机是土石方工程 的主要施工机械 ， 广 泛应用于交通 、 农 田水利 、 城镇建设以及现代化军 事工程等领域的机械化施工， 其挖掘能力强 ， 生产 率高 ， 通用性好 ， 操纵轻便 ， 在工程建设施工中起着 重要的作用。液压挖掘机利用工作装置进行土石方 挖掘， 工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重 要标志之一[1 ] 。 斗杆是工作装置的重要组成部分之一。在实际 使用过程 中， 斗 杆的破坏形式有很 多种 ， 在很大程 度上影响了工作装置的正常工作。斗杆属于长度较 长而截面较小的杆类零件， 工作时会产生很大的弯 曲应力， 长期处于恶劣工况下工作易使杆体发生变 形， 甚至发生疲劳断裂。在实际工作中， 斗杆破坏主 要发生在杆体 中部和焊接处 。 1 模型建立与工况选择 采用 S o l i d Wo r k s 建 立液压挖 掘机工作装 置模 型 ， 如图 1 所示。 液压挖掘机工作装置在不同工作状态下的受 力情况各不相同。当斗杆和动臂垂直时， 斗杆、 动臂 处于最大受力位置 ， 铲斗在最大挖 掘力位置进行挖 图 1挖掘机工作装置模型 掘 。此时， 动臂液压缸全缩 ， 斗杆与斗杆液压缸铰接 点 、斗杆与铲斗铰接点及铲斗齿尖在 同一直线上 。 据计算， 此工况下， 动臂与斗杆都承受最大力矩 ， 这 一 工况是动臂和斗杆 的危险工况。 2 静力学计算 对工作装置进行静力学计算。 工作装置简化为刚 性结构， 忽略重力的作用， 计算A 斗杆与斗杆液压缸 铰接点 、 日 斗杆与动臂铰接点 、 c 铲斗液压缸与斗 杆铰接点 、 D 摇杆与斗杆的铰接点 、 E 斗杆与铲斗 作者简介 蒋美华 1 9 6 3 一 ， 女， 湖南衡阳人， 高级工程师， 研究方向 车辆运输减振。 - - - 4 0--- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的铰接点 共 5个铰接点 如 图 2所示 的受力情况。 液压挖掘机反铲挖掘时 ， 最大挖掘力 P 0 的计算式囝 1 4 ～ 1 6 、 ／ 1 式中 g为铲斗容量 ， 取 q l m 。 1 1 ． 动 臂2 ． 斗杆液 压缸3 ． 动臂液 压缸4 ． 斗杆5 ． 铲 斗 液压缸6 ． 摇杆7 ． 连杆8 ． 铲斗 图 2 动臂与斗杆垂直工况 取 1 5 0 k N ，即铲斗沿着铲齿方向的最大挖 掘力为 1 5 0 k N。取安全作业时挖掘力 P 1 为 3 3 k N 。 以某型液压挖掘机为例 ， 斗杆与动臂垂直盼隋 况下， E铰接点到 尸 1 作用点的距离 a 为 8 7 5 m m， B 铰接点到斗杆液压缸的距离 C为 3 6 2 mm， P 1 作用点 到斗杆液压缸 的距离 d为 2 4 6 7 mm， 斗杆液压缸与 轴的夹角为 4 3 ． 0 。 ， 与斗杆下边夹角为 8 1 ． 6 。 ， 铲斗 液压缸与斗杆下边夹角为 1 2 ．5 。 ，摇杆与 y轴负半 轴夹角为 6 1 ． 8 。 ， 与斗杆下边夹角为 6 6 ． 8 。 ， 铲斗液压 缸与 y轴夹角为 3 8 ．9 。 ，连杆与 y轴负半轴夹角为 5 9 ． 5 。 ， 斗杆下边与 y轴负半轴夹角为 5 1 ． 4 。 ， c铰接 点到 日铰接点之间的距离 b为 4 4 2 mm。 对 E铰接点和 铰接点进行受力分析 P c b a P 1 2 P I d c P a 3 式 中 P c 为铲斗液压缸力 ； 为斗杆液压缸力 。 可得 P c P 1 ab 6 5 ， 尸 l dc 2 2 4 ，故 C 铰接点所受压力为 6 5 k N， A铰接点所受压力为 P A 22 4k N。 对铲 斗液压缸下端 、连杆 和摇杆 3者铰接处 进行力 三角形分析 ， 根据 图 3所示 的基本尺寸 ， 得 到式 4 ， 设 P D 为 D处连杆所受的压力 ， 为摇杆 所受 的压力。 0 7 3 生 4 0 0 2 1 3 4 】 】 ⋯ 则 P o 2 4 ． 2 k N， P 4 7 3 k N。 对铲斗进行受力分析 ， 铲斗受到 3个力的作用 沿着 4 5 。 向左下的挖掘反力 P l 见 图 3 ； 左端铰接点 的支反力与 尸 4 大小相 同 ， 方 向相反 ， 与垂直方 向夹 角为 5 9 ． 5 。 ； E铰接点的支反力 P ￡ 。根据力平衡方程 得到式 5 和式 6 ， 为 在 轴 上 的分力 ， 为 在 y轴上的分力 下文所述各力的下脚标含义 依此类推 。 一 j j 缸 一 j 1 O 5 广 P - P ly O 6 可得 P a 3 9 ． 6 k N， 5 9 ． 8 k N。 图 3铰接处力三角形的尺寸 对斗杆进行整体受力计算。已知A， c ， D ， E铰接 点的支反力 E铰接点的支反力与 大小相 同， 方 向 相反 ； D铰接点的支反力与 大小相同，方 向相反， 与垂直方 向夹角为 6 1 ． 8 。 ； C铰接点 的支反力 为 6 5 k N， 沿液压缸方 向向上 ， 与垂直方 向的夹角为 3 8 ． 9 。 ； A铰接点的支反力 2 2 4 k N ，与水平方向的夹角为 4 3 ． 0 。 ， 方向沿液压缸向下。根据水平和垂直方向上的 受力平衡得到式 7 和式 8 一 一 一 0 7 一 P D P 尸 一 0 8 计算得 铰接点所受支反力 为 1 5 3 ． 8 k N， 1 38 ． 9 kN。 3 有限元分析 将在 S o l i d Wo r k s 中建立的斗杆模型 x t 格式导 人 A N S Y S Wo r k b e a c h中 ， 此 时 ， 需要一个 基准来进 一 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 强度； 提高斗杆焊接质量或在可以的条件下采用铸 造进行斗杆加工。 2 选用优质的原材料 要使斗杆强度更高 ， 可 以适当选择强度更高的材料， 对于吊环以及铰接点， 尽量采用高强度的合金钢铸造而成。 3 减小应力集 中 结构件 的破坏主要是 由于 冲击疲劳， 实际破坏不一定发生在负荷最大部位， 也 有可能发生在应力集 中部位 。为减少应力集 中 ， 应 使焊缝与应力集中部位错开。 4 进行强化处理 对受力 比较大的部位进行 热处理， 如渗碳、 渗氮等强化处理。 参考文献 【 1 ]杜文清． 液压挖掘机工作装置设计关键技术研究【 D ] ． 吉 林 吉林大学， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 单斗液压挖掘机． 天津工程机械研究所[ M 】 ． 北京 中国建 筑工业 出版社 ， 1 9 7 7 ． [ 3 ]3 刘鸿文． 材料力学【 M] ． 第 4版． 北京 高等教育出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 刘玉强， 王学军． 液压挖掘机反铲工作装置优化设计[ J ] ． 机械产品与科技， 1 9 9 7 1 1 2 1 5 ． [ 5 ] 王艳宜． 2 7 m 矿用挖掘机斗杆结构有限元分析【 J 】 ． 农机 使用与维修， 2 0 1 0 4 2 0 2 3 ． 通信地址 军事 交通学院科研部装备预研中心 3 0 0 1 6 1 收稿 E l 期 2 0 1 2 一 O 1 3 1 稳定土厂拌设备粉料供给系统 连续称重计量的设计 徐 军虎 陕西华山工程机械有限公司 摘要 稳定土厂拌设备粉料供给系统的计量是一种动态连续的计量， 国内目前采用的计量方式有 容积计量、 减量秤称重计量、 连续称重计量等形式， 其中利用螺旋电子秤连续称重计量的方式在国内外连 ； 续式稳定土厂拌设备上得到了广泛的应用， 技术相对成熟。针对稳定土厂拌设备粉料供给系统普遍存在 的粉料下料不畅， 不能均匀供料， 计量精度不高等问题 ， 提出利用工业控制计算机来控制粉料量， 螺旋给 ； 料机和螺旋电子秤连续称重计量的方案， 并成功应用于WB S 4 0 0型稳定土厂拌设备中， 取得满意效果。介 绍采用该方案的粉料供给系统的结构特点和工作原理。 ； I I I ‘ ‘ I I I II I I II I II ‘ l ‘l I I I I II I Il l ‘ ll l ll l‘ l l l ‘ t t ll t t t tt t t t I It t I‘ ‘ 关键词 粉料贮仓 ； 给料机 ； 螺旋秤 ； 传感器 粉料供 给系统是稳定土厂 拌设 备 的主要组成 部分 ， 粉料计量的精度和稳定性直接决定成品料 的 质量 。国内 目前采用的计量方式有容积计量 、 减量 秤称重计量 、 连续称重计量等形式 。随着施工要求 的提高 ， 容积计量 已不能满足要求 ， 逐渐被淘汰 ； 减 量秤称重计量 ， 因占有的空间大 ， 而不能广泛应用 。 陕西华 山工程 机械有 限公 司开发 的 WB S 4 0 0 型稳定土厂拌设备 ， 其粉料供给系统 由工业控制计 算机控制粉料量 ， 采用螺旋给料机和螺旋 电子秤连 续称重计量的方式 ，实现了粉料的连续均匀供给， 保证了级配的准确性。现已应用于数十台设备中， 经实际施工使用 ，用户普遍反映粉料输送稳定 ， 计 量精度高。 l 粉料供给系统及连续称重计量工作原理 图 1 所示 为 WB S 4 0 0型稳定 土厂拌设备粉 料 供给系统的结构简图， 主要由暂时存放水泥的立式 粉料贮仓 ， 用于粉料计量的螺旋给料机和螺旋电子 秤 ， 立式粉料贮仓出料 口的螺旋 阀门以及气破拱装 置组成 。作业 时 ， 散装水泥车用压缩空气将散装水 泥输入立式粉料贮仓 ，水泥在仓 内靠 自重下 降 ， 经 螺旋 阀门、 螺旋给料机送 出， 通过 电子螺旋秤连续 称重计量后送到搅拌机内。当在控制器上设定给料 量后， 系统通过螺旋秤的信号反馈， 会 自动调整螺 旋给料机电机的转速， 达到设定的给料量。 作者简介 徐军虎 1 9 7 4 一 ， 男， 工程师， 学士， 研究方向 工程机械设计及工艺改进。 - - - - 43---- - t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m