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挖掘机工作装置的有限元分析及其仿真

作　者: 郑东京
导　师: 吕新民
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 挖掘机工作装置有限元虚拟样机
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

挖掘机在各项基础设施的建设中有着广泛的应用,其工作环境一般较为恶劣,工作装置是挖掘机作业时的直接受载部件,受力复杂多变,其设计水平和质量是整机先进性的重要标志。本文以某型挖掘机工作装置为研究对象,对其进行动力学仿真和有限元分析,找出挖掘机动臂在危险工况下的应力集中区域,并以此作为理论依据,对动臂局部结构进行优化改进,从而得到更加可靠、完善的结构。(1)在Pro/ENGINEER中建立了挖掘机工作装置各个部件的三维模型,进行装配后得到整个工作装置的装配模型。(2)使用ADAMS建立了工作装置的虚拟样机。将计算得到的挖掘阻力加载到铲斗上,对工作装置的转斗挖掘过程进行了动力学仿真,得出在特定工况下动臂各铰接点的受力变化曲线。为单个部件的结构强度分析、校核提供了依据。(3)将动臂三维模型导入到ANSYS中对其进行了有限元静力分析。由于动臂与其它部件之间均为铰接,为避免对动臂进行全约束时所造成的局部刚度、应力增大,对铰接的两个构件进行了自由度的耦合来模拟实际的旋转运动。进行分析计算后得到了动臂的应力、变形云图。计算结果显示在动臂上的斗杆油缸支座后端与动臂上盖板的焊接处出现很大的应力,最大应力为398.968MPa ,已经超出材料的屈服极限,需要对结构进行优化改进。(4)对动臂应力集中区域提出了结构改进方案。通过延长斗杆油缸支座的长度,增大了与上盖板的接触面积。对改进后的结构再次进行分析,计算结果显示这一区域的最大应力为277.238MPa ,已经明显减小,结构的强度达到要求。(5)对动臂进行了模态分析,得到了动臂前六阶的固有频率和振型。结果表明动臂固有频率和发动机的工作频率相差较大,在工作时不会发生共振;挖掘机工作时外载荷的激励频率远低于动臂第一阶固有频率,同样不会引起动臂的共振。使用虚拟样机技术和有限元法对动臂进行分析可以在产品设计的过程中及时发现产品不足,进行优化改进。与传统方法相比,能有效地缩短开发周期,减小研发成本,提高研发水平和质量。

挖掘机工作装置的有限元分析及其仿真

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