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用于土石方工程的土方機械，其作業效率在很大程度上取決于工作裝置，尤其是工作裝置的結構強度直接影響到土方機械的可靠性和使用性能。土方機械如挖掘機、裝載機等，其工作裝置一般是由動臂、連桿、斗桿及鏟斗組成的連桿機構。長期以來，有限元法在土方機械工作裝置結構分析中得到了廣泛的應用。但是，絕大多數應用僅限于對動臂、斗桿等關鍵部件或者部分結構進行強度分析，由于結構件在進行計算時，存在邊界條件及載荷難以確定的不足，影響了計算結果的準確性。另一方面，土方機械工作裝置上鉸點較多，工作時銷軸和軸套之間傳遞載荷較大，軸和軸套的合理配合問題直接影響工作可靠性。目前，絕大多數研究僅對工作裝置鉸點處的連接銷軸與軸套分別進行有限元分析，往往忽視軸和軸套的接觸配合問題對計算結果的影響。
針對上述問題，結合某小型挖掘機挖掘工作裝置出現結構件斷裂、動臂和斗桿鉸點處斷軸等問題，提出了工作裝置整體結構有限元分析方法。以該小型挖掘機工作裝置為研究對象，對動臂、斗桿、鏟斗、油缸和連接銷軸構成的系統進行整體建模，對工作裝置進行整體結構有限元強度分析，為土方機械同類共性問題的解決提供具有指導意義的分析方法。
某小型液壓挖掘機工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及油缸等組成。利用UG軟件建立車架、動臂、斗桿、鏟斗及連接蓋的三維幾何模型。在建模過程中，去掉了螺紋孔、不影響計算結果的倒角、運輸吊耳等要素。在實際模型中焊縫處都按連續處理，其材料按照與母材相同處理。利用UG中GFEM模塊提供的面向ANSYS軟件的有限元前處理功能生成有限元模型。
由于工作裝置的各個部分如動臂、斗桿、鏟斗的實際結構主要是由薄鋼板焊接成的，并且幾何模型較為復雜，故這些部分在劃分有限元模型時，有限元分析的單元類型選擇三維實體單元Solid45。油缸采用Link8單元模擬。最終的工作裝置由動臂、斗桿、鏟斗等部分裝配而成，動臂和斗桿之間、斗桿和鏟斗之間通過連接套和銷軸連接。通過在相互接觸的銷軸表而和連接套表而采用三維接觸單元，從而能夠建立更為精確的整體工作裝置的有限元模型。
挖掘機的挖掘工況由動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的變化可以組合成幾萬個工況，所以如何確定工作裝置在外載荷作用下的一個或幾個最不利的工況，并作為強度計算工況，進行精確的強度校核是非常重要的。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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