装载机工作装置结构分析方法分析

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1、山东大学硕士学位论文第一章绪论随着现代科学技术的发展，对工程机械结构提出了越来越高的要求：不仅要求有较高的承载能力、高的疲劳寿命，还要求减少原材料的使用，降低生产成本；在满足强度的前提下，求得最优设计。在对工程机械产品的设计分析中，进行结构强度分析是一个重要的环节。有限元法及其相应的分析软件的出现给工程机械进行结构强度分析提供了有力工具。有限元法与实验应力相结合应用，可以给出工程机械在工作载荷作用下的详细应力、应变分布数据，为产品结构优化设计提供可靠的依据⋯。本文以工程机械中的装载机为例，研究有限元法在工程机械结构分析和优化中的应用。1．1本课题的目的意义从

2、二十世纪70年代起，我国水电、矿山，交通和建筑等部门已经普遍使用装载机进行作业。通常所称的装载机是指单斗装载机，它主要用于装载和搬运松散物料，近年来研制的重型轮式装载机已广泛用于露天采矿和各种场所，用于挖掘、装载、运输和平整等作业。装载机工作装置是装载机上直接实现铲装物料的机构，它的结构和性能都显著地影响着整机的工作尺寸、性能参数、发动机功率等等l2

3、_【”。世界上装载机的发展已经历了60多年，我国装载机的制造也有40多年的历史。目前我国工程机械行业正处于稳步发展的上升时期，但在性能、外观、操作舒适性、产品内在质量尤其是可靠性方面同国外工程机械相比要远比我国

4、汽车行业同国外汽车行业相比的差距大得多【l”。我国工程机械正处于发展的初级阶段，其设计理论还很不完善，设计手段比较落后。目前，国内设计工作装置的方法有三种：类比试凑法，优化设计法和解析法【7】。最常用的是类比作图试凑法，这种方法盲目性很大，需要多次作图试凑，工作量很大；由于在强度设计上采用材料力学中的满应力设计，放大安全系数，使得结构臃肿，设计精度较差。有些单位也开始采用解析法和优化设计法，但使用效果并不理想，仍然未能全面解决卸料性与平移性、动力性与铲斗自动放平性之间的矛盾【36I。近年来，国内外一些厂家开始研究装载机的新型工作装置，并第一章绪论在多功能T程

5、机装载部分实现，如使用快速可更换联接装罱将原

6、T作装胃拆换为其它装置完成多利，作业等，如斯洛伐克ZTS集团生产的UNC·60型多功能工程机和泰安柴油机厂生产的ZLYl0W型多功能工程机等。一种由液压系统来实现的新利T作装霄大火简化了装载机工作结构I乜逐步定向qi产【7I。丌展装载机设计理论和设计方法的研究工作，加快新产品研制开发的步伐，对于推动我国装载机牛产食业乃至整个下程机械行业的技术进步，有着十分蘑要的意义。1．2研究现状与有限元法结构分析的应用机械中的火量零部中l：足用米传递载荷或能量的，这些部件的强度、刚度、稳定性和破坏足设汁rft必须要考虑的。耋i

7、Ii构优化设计为设计人员提供科学T』效的方法以改进设计，采月j较少的材料或费用制造“{具有更高强度和刚度的结构，或者1，省原材料的消耗，或者捉高产品质量I”。有限元蜮‘一足为解决结构计卯：而挺出的，并成功地应圳与．J：程实践中。在机械与车辆结构分析中，有限元法已经作为一种常用的基本方法被广泛应用：一是在结构的设计中，对所有结构件、主要零部件的强度、刚度、稳定性分析，有限元法是一种不可臀代的工具，有着材料力学求解方法不可比拟的优点；二是机械与车辆的结构的计算机辅助设计(CAD)、优化设计中，有限元法作为结构分析的工具，已经成为其中主要组成部分之一；三是应用在机

8、械结构动态分析中，普遍采用有限元法来进行各构件的模态分析，同时在计算机屏幕上直观形象地再现各构件的振动模态，迸一步计算出各构件的动态响应，较真实地描绘出动态过程，为结构的动态设计提供方便有效的工具91。因此机械结构的优化设计也是往往以有限元方法作为其核心算法，通过结构优化对降低应力集中、提高结构疲劳强度、延长结构寿命是非常有效的，在机械结构设计的应用前景十分广阔⋯12911。由于大部分机械零部件的形状都很复杂，运用材料力学或结构力学进行简单的手工分析计算是不可能解决的，必须应用有限元法及其相应的分析软件。对装载机工作装置进行分析和优化设计，截至目前，国内已经

9、有很多人对此做过研究。如，王吉忠用有限元方法对装载机进行结构强度分析得合理计山东大学硕士学位论文!!E!!sIE!!_日!!目!!!!!!j目___-___-___自!_!E_E!!!!!lEl!l_算方法，建立其整机和部件得力学模型及建模时应注意的问题Ⅲ1。耿迎元采用复数矢量法对装载机工作机构进行了运动分析，推导出了动臂和铲斗两个质心的加速度计算公式，为分析该机构举升过程各部件所受载荷的变化，提供了理论基础⋯l。李白贵等以应力一强度干涉理论为依据，介绍了装载阻力与动臂强度为任意分布的动臂强度可靠性设计的基本原理和方法，给出了一种实用的动臂静强度可靠性设计的

10、近似方法¨8】。邹广德等采用有限元与边界元混合求解，