挖掘机动臂结构设计及仿真分析

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1、挖掘机动臂结构设计及仿真分析摘要工作装置时液压挖掘机的重要组成部件，对挖掘机性能有着十分重要的影响。国内外工程机械企业都十分重视对工作装置的设计。要使工作装置的结构件设计得到比较可靠而又经济的结构尺寸和形状，就必须采用先进的设计手段。而借助计算机硬件和软件技术用是实现设计优化的重要途径。本文首先分析了挖掘机的市场需求和技术现状，提出了提高挖掘机产品质量的重要性和意义。通过挖掘机工作装置设计的分析技术介绍，针对挖掘机动臂设计存在问题，引出了挖掘机工程分析的有关理论，阐述了运动仿真和有限元分析的方法和步骤。本文提出了运动仿真的方法，就在不同工况和载荷组合下对动臂指定部位进

2、行应力普查分析，然后根据分析结果，从中选出对结构强度影响最大的工况和载荷，作为下一步有限元分析的工况和载荷。并根据有限元分析结果对动臂结构进行设计优化。关键词：挖掘机动臂有限元AbstractKeywords：ExcavatorBoomSimulationfiniteelementl绪论l.l前言挖掘机，又称挖掘机械（excavatingmachinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几来工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中

3、最主要的工程机械之一。挖掘机最重要的三个参数：操作重量（质量），发动机功率和铲斗斗容。挖掘机的工作原理：液压轮胎挖掘机由一个柴油机或电动机驱动两个液压主泵,产生高压油输送到多路阀,由先导控制阀操纵经多路阀送往有关液压执行元件(液压缸或液压马达等),驱动相应的机构进行工作.一般工作装置工作过程中往往需两个以上复合动作以及动臂,斗杆动作的合流,以充分利用发动机功率和缩短作业循环时间.轮式挖掘机的行走一般采用液压一机械传动,即高压油由中心回转体至行走液压马达直接驱动变速箱,再经传动轴,驱动桥驱动车辆的行走.轮挖行走速度一般分为高低两档,低档为工作时行走速度,高档为公路行走速

4、度.　挖掘机的总体结构：液压轮式挖掘机的主要结构由工作装置,驾驶室,回转机构,动力装置,传动操纵机构,底盘和辅助设备等组成.其中驾驶室,动力装置,辅助设备都安装于可全回转式的平台上,通称为上部转台.轮胎底盘由车架,支撑,变速箱,液压马达,前后桥,轮胎等组成,与回转体装配.工作装置主要由动臂,斗杆,铲斗,连杆等部分组成.铲斗按其工作方式有正铲,反铲,拉铲,抓铲等几种形式.动臂主要有鹅颈整体弯曲式和液压作用分体多节动臂.反铲斗多节动臂形式在国外同类产品中得到广泛应用.l.2国内以及国外挖掘机的发展状况l.3挖掘机介绍挖掘机，又称挖掘机械（excavatingmachine

5、ry)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几来工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。挖掘机最重要的三个参数：操作重量（质量），发动机功率和铲斗斗容。1.4挖掘机动臂的作业工况l.5论文的目的l.6论文的主要任务l.7论文的组成部分本文分成以下六部分进行介绍：第一部分：绪论，本部分介绍挖掘机在国内外的发展情况，重点介绍单斗挖掘及其动臂的工作情况。根据挖掘机的不同工况讨论其动臂的受力情况，论述本文需要研究的主要任务和

6、目的。第二部分：简要介绍挖掘机工程分析和有限元分析方法。第三部分:挖掘机动臂受力情况及分析方法。第四部分第五部分第六部分2、挖掘机工程分析和有限元分析方法简介2.1挖掘机工程分析随着科学技术的发展，各种分析技术和分析软件的发展，挖掘机的设计水平发生了质的飞跃。但是我国公司挖掘机的设计却没有跟上科学技术的发展，尤其是工作装置的设计非常落后。多年来，工作装置的设计一直采用类比法，这种设计方法在一定程度上存在着盲目性，容易形成设计中的“人为”应力集中点，造成结构整体强度的削弱甚至破坏。而工作装置各结构件的强度校核也一直沿用材料力学等提供的传统计算方法。虽然这些方法有一定的科

7、学性和可靠性，但由于各构件结构比较复杂，在计算时对计算模型要进行许多简化，计算精度较差，应用时即使取较大的安全系数，也没有办法消除人为的应力集中点。按这种方法设计生产出来的产品，只是外观看上去很强壮，刚性很好，但在使用过程中常发生开焊、开裂等现象，致使整个工作装置报废，造成重大经济损失。2.2、有限元分析方法简介有限元分析法（FEA）是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来