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用于土石方工程的土方機(jī)械，其作業(yè)效率在很大程度上取決于工作裝置，尤其是工作裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響到土方機(jī)械的可靠性和使用性能。土方機(jī)械如挖掘機(jī)、裝載機(jī)等，其工作裝置一般是由動(dòng)臂、連桿、斗桿及鏟斗組成的連桿機(jī)構(gòu)。長(zhǎng)期以來(lái)，有限元法在土方機(jī)械工作裝置結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，絕大多數(shù)應(yīng)用僅限于對(duì)動(dòng)臂、斗桿等關(guān)鍵部件或者部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，由于結(jié)構(gòu)件在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，存在邊界條件及載荷難以確定的不足，影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一方面，土方機(jī)械工作裝置上鉸點(diǎn)較多，工作時(shí)銷軸和軸套之間傳遞載荷較大，軸和軸套的合理配合問(wèn)題直接影響工作可靠性。目前，絕大多數(shù)研究?jī)H對(duì)工作裝置鉸點(diǎn)處的連接銷軸與軸套分別進(jìn)行有限元分析，往往忽視軸和軸套的接觸配合問(wèn)題對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合某小型挖掘機(jī)挖掘工作裝置出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件斷裂、動(dòng)臂和斗桿鉸點(diǎn)處斷軸等問(wèn)題，提出了工作裝置整體結(jié)構(gòu)有限元分析方法。以該小型挖掘機(jī)工作裝置為研究對(duì)象，對(duì)動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、油缸和連接銷軸構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行整體建模，對(duì)工作裝置進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)有限元強(qiáng)度分析，為土方機(jī)械同類共性問(wèn)題的解決提供具有指導(dǎo)意義的分析方法。
某小型液壓挖掘機(jī)工作裝置主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及油缸等組成。利用UG軟件建立車架、動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及連接蓋的三維幾何模型。在建模過(guò)程中，去掉了螺紋孔、不影響計(jì)算結(jié)果的倒角、運(yùn)輸?shù)醵纫亍Ｔ趯?shí)際模型中焊縫處都按連續(xù)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(gè)部分如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的實(shí)際結(jié)構(gòu)主要是由薄鋼板焊接成的，并且?guī)缀文Ｐ洼^為復(fù)雜，故這些部分在劃分有限元模型時(shí)，有限元分析的單元類型選擇三維實(shí)體單元Solid45。油缸采用Link8單元模擬。最終的工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等部分裝配而成，動(dòng)臂和斗桿之間、斗桿和鏟斗之間通過(guò)連接套和銷軸連接。通過(guò)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(jī)的挖掘工況由動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的變化可以組合成幾萬(wàn)個(gè)工況，所以如何確定工作裝置在外載荷作用下的一個(gè)或幾個(gè)最不利的工況，并作為強(qiáng)度計(jì)算工況，進(jìn)行精確的強(qiáng)度校核是非常重要的。
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