使用SolidWorks有限元分析設(shè)計液壓挖掘機伸縮臂

2013-06-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

文章針對液壓挖掘機中采用的箱形伸縮臂式反鏟裝里,介紹了利用SolidWorks軟件進行實體建模,并利用COSMOS軟件對其進行有限元分析的方法。

作者: 喬春蓉來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 液壓挖掘機反鏟裝置伸縮肴有限元分析

液壓挖掘機是交通運輸、能源開發(fā)以及城鎮(zhèn)建設(shè)等各項工程建設(shè)的重要施工裝備,它的使用也反映了這些部門的施工機械化水平。因此,重視和加速挖掘機改進創(chuàng)新,穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量,滿足用戶需求,對加速現(xiàn)代化工程建設(shè)有著重大的意義。在液壓挖掘機的設(shè)計中反鏟裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性將直接影響到液壓挖掘機的工作性能和可靠性。因此現(xiàn)在面臨的問題就是開發(fā)研究伸縮挖掘臂形式的新型液壓挖掘機。本文將挖掘機的斗桿設(shè)計為伸縮臂一斗桿結(jié)構(gòu),并對其進行受力分析和有限元分析。

    1   SolidWorks在挖掘機設(shè)計中的應(yīng)用

在挖掘機工作裝置設(shè)計中,最困難的工作就是運動機構(gòu)的設(shè)計與運動軌跡校核,目前多采用軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組進行求解,但對于運動部件多于三個的機構(gòu),設(shè)計起來就要麻煩得多,并且設(shè)計工作不直觀,設(shè)計結(jié)果也不盡人意。三維設(shè)計軟件SoildWorks是集設(shè)計、運動軌跡校核及有限元分析于一體的強大應(yīng)用軟件,其建模速度快,直觀,能充分顯示出各部件運動中相互之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

    2伸縮臂——斗桿設(shè)計

    2.1伸縮臂——斗桿結(jié)構(gòu)

伸縮臂與斗桿都采用由鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu),內(nèi)部安裝有執(zhí)行伸縮任務(wù)的油缸,油缸行程為1300mm。伸縮臂與斗桿相對滑動,靠其中的支撐滑塊來支撐并傳遞力的作用。伸縮臂一斗桿簡圖見圖1。

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    2. 2伸縮臂—斗桿受力分析

反鏟裝置的伸縮臂與斗桿強度計算一般根據(jù)反鏟工作中挖掘力對伸縮臂可能產(chǎn)生的最大彎矩來確定。伸縮臂危險斷面最大應(yīng)力發(fā)生在采用轉(zhuǎn)斗挖掘的工況下。計算時,一般取兩個位置。

計算位置I:①動臂位于最低;②斗桿液壓缸作用力臂最大;③斗齒尖位于鏟斗與伸縮臂鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上;④側(cè)齒有橫向力。

取鏟斗為隔離體,對鉸點C(鏟斗與伸縮臂鉸點)寫力矩平衡方程ΣMo= 0,求得:

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取工作裝置為隔離體,對動臂底部鉸點A寫力矩平衡方程ΣMA = 0,求得:

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取伸縮臂為隔離體,對斗桿與動臂鉸點B寫力矩平衡方程ΣMB= 0,求得斗桿液壓缸作用力:

鏟斗側(cè)齒遇到障礙時,橫向挖掘阻力Wk由回轉(zhuǎn)機構(gòu)的制動器承受,其值為:

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    MT為回轉(zhuǎn)平臺制動器可承受的最大力矩。

求鉸點C的作用力,可以鏟斗為隔離體,按作用力平衡方程求得民,并沿伸縮臂軸線與垂直于伸縮臂軸線分解為兩分力。再按ΣMo= 0求得鏟斗連桿E的作用力R#。兩力數(shù)解或圖解求得Ro,同樣的將RD沿伸縮臂軸線分解為軸向及垂直兩分力。

此外,伸縮臂鉸點C處還作用有由橫向阻力和法向挖掘阻力Wz產(chǎn)生的橫向力矩Me,值為:

由于切向挖掘阻力W1作用于斗邊齒,而造成對伸縮臂的扭矩MKP的值為:

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計算位置:①動臂位于對鉸點A有最大作用力臂處;②斗桿液壓缸作用力臂最大;③鏟斗斗尖位于B.C兩鉸點連線的延線上;④正常挖掘時無側(cè)向力作用。

此時工作裝置上的作用力僅為工作裝置的自重及斗齒上的作用力W1及W2。分析方法同上。

    根據(jù)以上分析,作伸縮臂內(nèi)力圖。對位置I,伸縮臂的內(nèi)力圖包括斗桿軸向力N,伸縮臂平面內(nèi)、外彎矩Mx.My和剪力Qx、Qy,以及扭矩MKP對位置II,伸縮臂側(cè)內(nèi)力僅有N.Mx.Qx。

伸縮臂各截面內(nèi)力合成情況較復(fù)雜,而且伸縮臂斷面變化亦較大,因此合成應(yīng)力最大的危險斷面很難確定。一般是選取幾個斷面進行強度的核算。

2. 3伸縮臂——斗桿有限元分析

    2. 3. 1零件材料

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