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挖掘装载机伸缩斗杆的有限元分析和应力测试

赵学龙  
【摘要】:随着经济的进步,挖掘机械在工程建设中发挥着越来越重要的作用。在各类挖掘机械中反铲式挖掘装置是主要的挖掘装置,被广泛应用于液压挖掘机和挖掘装载机。反铲式挖掘装置的传统设计方法是类比法,以标杆产品的设计为基础再进行适当变化,此种设计方法容易侵犯标杆产品的专利。从上世纪90年代以来,中国引进了机械设计的二维软件和三维软件,设计师借助各种辅助设计软件,可以进行机械的运动学分析、动力学分析、强度分析等。从上世纪80年代以来,中国企业的产品设计的实验技术也得到提升,各种新的实验仪器、实验方法被投入到产品设计中。这些现代的机械设计方法的应用,使得产品开发速度加快、开发品种多样、具有自主创新能力,最终帮助企业获得更好的经济效益。 伸缩斗杆是一种替代标准斗杆的可选配模块,配置伸缩斗杆后用户可以在原有的主机平台上获得更大的挖掘半径和挖掘深度,只需多花少量费用就可享受更大一号机器所具有的功能。柳工根据国际上该产品的发展趋势,积极响应用户的需求,进行了挖掘装载机伸缩斗杆工作装置的开发。 本文以柳工某款挖掘装载机的伸缩斗杆工作装置的开发过程为例,阐述了有限元分析技术和实验测试技术在产品开发中的应用。首先,参考相关技术资料,推导了挖掘力的理论计算公式。然后,以挖掘力的理论计算公式为基础,叙述了如何将理论计算公式转变为可操作的计算流程:建立挖掘装置的点位文件,在动臂和斗杆上选取典型计算截面,将整个挖掘空间离散为有限的位置姿态,在每个位置姿态初步计算截面的应力强度,进行强度普查并输出危险位置姿态,将危险位置姿态归纳合并,将合并后的危险位置姿态的铰点力输出。再次,在PROE软件中建立斗杆的三维模型,并输入到ANSYS Workbench软件中,将上一步骤输出的铰点力施加在模型上,计算该危险姿态下的模型应力强度。在装配出的样机上粘贴许多应变片,让样机进行模拟作业,根据应力测试的结果从实验角度验证设计的合理性。最后,根据有限元分析和实验应力测试的结果决定产品如何改进。


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