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裝載機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在一定程度上存在盲目性，容易形成設(shè)計(jì)中的人為應(yīng)力集中點(diǎn)，造成機(jī)構(gòu)整體強(qiáng)度的削弱甚至破壞。按這種設(shè)計(jì)生產(chǎn)出的產(chǎn)品，外觀上看上去很強(qiáng)壯、剛性很好，但卻有內(nèi)在的設(shè)計(jì)缺陷，使用過程中常因工作裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等原因，產(chǎn)生開焊、甚至斷裂等損壞現(xiàn)象，致使工作裝置報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。動臂是裝載機(jī)工作裝置的重要組成部分，起著主要的承載作用，分別與鏟斗、搖臂、拉桿、前車架相鉸接，是整個(gè)工作裝置部分的核心部件。
ZLSOF雙搖臂裝載機(jī)的動臂一直存在強(qiáng)度問題，已經(jīng)修改過幾次，但并未用有效的方法來進(jìn)行分析。前一段時(shí)間，新改進(jìn)的ZLSOF雙搖臂裝載機(jī)的動臂出現(xiàn)批量斷裂，針對這一情況，運(yùn)用美國大型有限元分析軟件NASTRAN對該動臂進(jìn)行了強(qiáng)度分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，最終使動臂滿足了強(qiáng)度要求。
斷裂時(shí)首先在破壞點(diǎn)處出現(xiàn)裂紋，然后裂紋沿著焊縫開始擴(kuò)展，最終導(dǎo)致整個(gè)動臂斷裂。此種斷裂性質(zhì)嚴(yán)重，使裝載機(jī)不能正常工作。在分析動臂時(shí)沒有將其分離出來單獨(dú)加載，而是對整個(gè)工作裝置進(jìn)行了分析，只在鏟斗上加力，這樣做可以免去中間的動臂受力計(jì)算過程。與鏟斗、搖臂、拉桿、前車架及液壓缸間采用鉸接的方式來模擬，使它們之間只有1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。需要注意的是2個(gè)動臂液壓缸與2個(gè)翻斗液壓缸中的壓力分別相等，在這里，用多點(diǎn)約束來使它們的壓力相等。整個(gè)工作裝置中動臂采用實(shí)體單元劃分，鏟斗、搖臂及拉桿均采用殼單元來模擬。整個(gè)模型共有214968個(gè)單元。該裝載機(jī)所能達(dá)到的最大牽引力為150 kN，最大掘起力為160 kN，傾翻載荷為114 kN。分析時(shí)采用比較典型的兩種工況：聯(lián)合偏載工況與地面支撐掘起工況。將動臂上鉸點(diǎn)、舉升液壓缸和翻斗液壓缸以鉸鏈形式固定。載荷分為水平力Fx、豎直力F，及工作裝置自重。前兩個(gè)載荷的作用點(diǎn)在主導(dǎo)板向后及距鏟斗總長的三分之一處。兩種工況下所施加的載荷大小分別為：
聯(lián)合偏載：F=100 kN，F(xiàn)=114 kN；
地面支撐掘起：F=0，F(xiàn)=160 kN；
自重G由有限元軟件自動計(jì)算。
將滿足工況的載荷和約束施加到有限元網(wǎng)格上，通過計(jì)算可得動臂的有限元分析結(jié)果。
在聯(lián)合偏載工況下，動臂在破壞點(diǎn)處應(yīng)力達(dá)到最大，密賽斯應(yīng)力達(dá)到548 MPa，最大變形發(fā)生在動臂下鉸點(diǎn)處，為24 mm。在支撐掘起工況下應(yīng)力最大達(dá)到156 MPa，最大變形為0.97 mm。
動臂的材料為Q345，其屈服強(qiáng)度為345 MPa。顯而易見，在支撐掘起工況下動臂強(qiáng)度滿足要求，而在聯(lián)合偏載工況下則不能滿足要求，這是由于破壞點(diǎn)處的應(yīng)力集中引起的。
為了使動臂強(qiáng)度滿足要求，對動臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)。破壞點(diǎn)處的兩個(gè)筋板直接焊在動臂應(yīng)力較大位置不合適，由于焊接缺陷會削弱動臂的強(qiáng)度，另一方面也會引起應(yīng)力集中，因此將這兩塊筋板去掉。同時(shí)將隔板上邊緣減小，使其與動臂上邊緣具有間隙。對修改后的動臂再一次進(jìn)行分析，此次分析只取聯(lián)合偏載工況，最大應(yīng)力達(dá)到317 MPa，滿足了強(qiáng)度要求，最大變形仍為24 mm，滿足了剛度要求。
根據(jù)以上分析結(jié)果，裝配出一臺具有新型動臂結(jié)構(gòu)的ZLSOF雙搖臂裝載機(jī)。為了驗(yàn)證分析過程中所建立的有限元模型和載荷模型的正確性，對具有新型動臂結(jié)構(gòu)的裝載機(jī)的動臂進(jìn)行了應(yīng)力測試，試驗(yàn)工況與分析工況相同。
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