吨液压挖掘机上车架有限元分析概述

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1、70吨大型液压挖掘机上车架有限元分析一、上车架计算工况挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工现场也各异，上车架的强度和刚度情况对整机影响很大。故选择了最危险工况来进行强度校核。工况一：1)、动臂水平（上、下铰点连线）；2）、斗杆垂直，铲斗挖掘，且铲斗挖掘力为垂直方向。图1工作装置挖掘姿态（工况一）工况二：1)、动臂位于最低（动臂油缸全缩）；2）、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位。图2工作装置挖掘姿态（工况二）工况三：满斗最大卸载半径，并回转制动。三、上车架受力分析1）、上车

2、架受到配重、发动机、驾驶室、液压油箱、燃油箱、散热器等重量，为了补偿覆盖件等零部件对上车架的影响，通过密度设定来进行补偿，取ρ=9.0×103Kg/m3；另外，对于发动机、配重、液压油箱等由于震动产生的动载效应，设定发动机动载系数为2.0，其它分别为1.2。另外上车架还受到动臂及动臂油缸的反作用力。2）、铰点载荷的处理在挖掘机工作装置中，铰点是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与机体以及各油缸和连杆机构与工作装置的连接构件。因此，对于铰点处的载荷施加就显得尤为关键。以往对于铰点处的载荷大多简化为集中力

3、或等值的面载荷，施加集中载荷会产生很大的集中应力；施加等值面载荷无法全面考虑铰孔的应力分布情况。本有限元计算铰点载荷的施加应用弹性力学的相关理论对销孔内表面的载荷简化为余弦分布的面载荷，（如图3所示）图3铰点处余弦载荷分布余弦载荷分布假设：(1)载荷在x-y平面内在180°范围内按余弦分布；(2)分布力的方向为沿销孔表面的法向；(3)载荷在z向均布。四、上车架有限元计算1）、有限元模型上车架实体模型采用应用软件Pro/Engineer建立，如图4。上车架实体模型采用20节点三维实体单元SOLID

4、95，有限元模型见图5。上车架有限元模型共划分单元224984个，节点431815个。图4动臂三维实体模型图5动臂有限元模型2）、有限元计算将各项载荷加入有限元模型后，计算结果如下：①工况一：图6上车架VonMises应力分布云图图7上车架最大VonMises应力处图8上车架VonMises应力分布云图（动臂铰点，去除最大点后）图9发动机支座VonMises应力分布云图图10中框架VonMises应力分布云图（前后板连接处）图11上车架位移分布云图①工况二：图12上车架VonMises应力分布云

5、图图13上车架最大VonMises应力处图14上车架VonMises应力分布云图（底盘底部）图15上车架VonMises应力分布云图（上车架前端）图16发动机支座VonMises应力分布云图图17上车架位移分布云图①工况三：图18上车架VonMises应力分布云图图19上车架最大VonMises应力处图20上车架VonMises应力分布云图（第2大应力点）图21上车架位移分布云图五、结果分析从以上三种工况计算结果来看，最大应力为182.603Mpa，安全系数为：305/182.603=1.67，

6、大于安全系数1.5，故满足强度使用要求。建议：1）、三种工况的最大VonMises应力均处于燃油箱处，U型梁与中框架焊接处，虽然此处网格质量不好，且没有模拟真实焊缝，但也反映此处容易造成应力集中，可以考虑通过焊缝工艺来达到消除应力的目的，且焊缝须进行严格检查，达到规定要求。2）、中框架前后底板焊接处最大应力为91.461Mpa，此处焊缝须进行严格检查，必须达到规定要求。工况2中，去除掉燃油箱处的最大应力后，第2大应力出现在底板约束附近，与前后底板焊接地方也非常靠近，达到96.234Mpa，也侧面

7、反映此区域应力相对很大，如果焊缝出现缺陷，此区域最大应力很容易转移到焊缝缺陷处。也可以通过增长焊缝长度来达到减小应力的目的。六、参考文献【1】单斗液压挖掘机书是我们时代的生命——别林斯基　　　　书籍是巨大的力量——列宁　　　　书是人类进步的阶梯———高尔基　　　　书籍是人类知识的总统——莎士比亚　　　　书籍是人类思想的宝库——乌申斯基　　　　书籍——举世之宝——梭罗　　　　好的书籍是最贵重的珍宝——别林斯基　　　　书是唯一不死的东西——丘特　　　　书籍使人们成为宇宙的主人——巴甫连柯　　　　书中

8、横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔　　　　人的影响短暂而微弱，书的影响则广泛而深远——普希金　　　　人离开了书，如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫　　　　书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉——库法耶夫　　　　书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯　　　　书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的，是富有启发性的养料。而阅读，则正是这种养料———雨果