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  小型挖掘机斗杆的力学分析


  1小型挖掘机铲斗挖掘状态下斗杆的力学分析
小型挖掘机斗杆的力学分析

  (1)小型挖掘机约束。在铲斗挖掘工况下,斗杆(图4)只在挖掘前调整挖掘姿势确定挖掘范围,在挖掘过程中,斗杆在斗杆液压缸和动臂的作用下保持静止不动,铲斗翻转,实现挖掘。由于斗杆和斗杆液压缸、斗杆和动臂之间都是通过销轴连接在一起,故在分析过程中采用两个销轴约束。约束添加在斗杆上,斗杆与斗杆缸连接铰接的铰接孔和斗杆与动臂铰接的铰接孔上。


  (2)小型挖掘机斗杆的载荷分析。铲斗挖掘过程中,斗杆始终保持竖直向下,铲斗油缸推动铲斗翻转,故斗杆受到铲斗油缸的作用力、摇杆的拉力和铲斗的作用力。


  (3)小型挖掘机建立有限元模型。在有限元分析之前,对模型进行前处理建立理想化模型,去掉了预案设计中不影响受力分布的倒角和附加不受力部件。减少有限元分析的计算量。

小型挖掘机斗杆的力学分析
  小型挖掘机斗杆有限元模型的边界条件如下:


  网格类型:3D四面体,网格大小为15mm,单元节点和单元总数为243417;


  网格配对条件:粘连重合;


  约束:两个销轴约束,左边斗杆与斗杆缸连接的铰接孔和斗杆与动臂连接的铰接孔内;


  载荷:(水平向右为+X方向,竖直向上为+Y方向)。斗杆与铲斗缸连接的销孔:-X方向:151.667KN;-Y


  方向:2.647KN;斗杆与摇杆连接的销孔:-X方向:49.374KN;Y方向:0.862KN;


  斗杆与铲斗连接的销孔:X方向:119.257KN;-Y方向:7.291KN。


  (4)小型挖掘机铲斗挖掘状态下斗杆的有限元分析结果。完成了有限元分析的一系列前处理工作(准备模型、添加载荷、指定边界条件、划分网格、编辑网格属性、优化设置)之后进行计算。通过有限元分析得到的数据可以知道斗杆的受力在材料Q345的力学性能允许范围内,其安全系数为:S=σmax/σs=345÷245.73=1.40斗杆安全,且安全系数较合理,无需优化。


  绝大部分结构都在材料Q345力学性能的允许范围内,局部出现超出345Mpa的受力,这说明斗杆在极限工作状态下出现了过载或是应力集中现象,应该给与优化。
小型挖掘机斗杆的力学分析

  2.3小型挖掘机动臂的力学分析


  (1)约束。通过前面的分析,可以得知在铲斗挖掘过程中动臂一直保持在最低位置,未发生位移,动臂缸保持位移不变,动臂缸与动臂、车架和动臂之间都是通过销轴连接,故在前处理时在这两个销轴孔上添加销轴约束。


  (2)动臂的受力情况。在整个挖掘的极限工作情况下,动臂缸处于完全压缩状态,保持静止,动臂受到车架对动臂的作用力、动臂缸的作用力、斗杆缸的反作用力、斗杆在动臂与斗杆铰接点的作用力铲斗挖掘工作状态下动臂的受力


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