液压挖掘机动臂有限元分析与寿命预测

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1、第1O期机械设计与制造2015年l0月MachineryDesign&Manufacture225液压挖掘机动臂有限元分析与寿命预测冯朝辉，应保胜，张华，魏静(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉430081)摘要：液压挖掘机动臂是完成液压挖掘机各项功能的主要构件，直接承受各种动态工作载荷，其失效形式通常是疲劳失效，对动臂有限元分析与疲劳寿命预测具有实际意义。以某型20t级液压挖掘机为研究对象，基于solidworks,Abaqus和FE—SAFE软件，对其动臂进行了建模、应力应变分析、疲劳强度分析研究。分析过程中，利用应力应变测量技术测得工作装置各测点的应变时间历程，经过分析处理

2、，得到工作装置中动臂的边界条件，估算预测出了动臂各处的疲劳寿命。研究成果对其它工程机械的寿命预测有一定的参考意义。关键词：挖掘机；有限元分析；疲劳寿命分析；FE—SAFE中图分类号：TH16；TU6文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)10—0225—04FiniteElementAnalysisandFatigueLifePredictionofHydraulicExcavatorMobileArmFENGZhao—hui，YINGBao—sheng，ZHANGHua，WEIJing(CollegeofAutomobileandTrafficEngineering，W

3、uhanUniversityofScienceandTechnology，HubeiWuhan430081，China)Abstract：ThearmisaDic~ncomponentofahydraulicexcavatorforcompletingthefunctions．Itdirectlybearsallkindsofdynamicworkingload．s0itsfailuremodeusualisf~iguefailure．Itissignificanttoconductfiniteelementanalysisandfatiguelifepredictionforhydr

4、aulicexcavatormobilearm．Takinga20thydraulicexcavatorforthestudy．basedonSolidworks，Abaqus，FE-SAFEsoftware，anditanalyzesstress-strainedandfatiguestrengthbasedonvirtualprototypemethod．Inthisprogram，theloadtimehistoryofeachtestpointismeasuredusingstraintesttechnology，andboundaryconditionsofboominthe

5、workingdevicesCanbecalculatedtoestimatethefatiguelifeofeachpointafteranalyzing．Thetestresulthassorfl~referencevaluesinotherconstructionmachinerylifeprediction．KeyWords：Excavator；FiniteElementAnalysis；FatigueLifeAnalysis；FE-SAFE1引言为此，挖掘机工作动态载荷测试的基础上，采用Solidworks建立挖掘机动臂三维结构模型，在Abaqus有限元分析中加载动臂三液压挖

6、掘机在挖掘作业时受到的冲击载荷变化剧烈，工作维结构模型，并加载动态载荷进行有限元分析，最后应用FE—装置又是挖掘动作的直接实施者时因此挖掘机工作装置的强度、SAFE软件对动臂疲劳寿命进行分析。可靠性和耐久性与挖掘机的工作效率有着直接的关系，对工作装置的强度及疲劳可靠性研究意义重大且十分必要。2挖掘机工作装置及挖掘载荷据统计工程中约有(50～9O)％的金属结构的破坏属于疲劳2．1挖掘机工作装置破坏『】1。为减少疲劳事故的发生，必须对金属结构的疲劳寿命进行单斗液压挖掘机的总体结构包括动力装置、工作装置、回转准确预测。液压挖掘机的动臂是其主要构件，动臂在使用过程中机构、操纵机构、传动系统、行

7、走机构和辅助设备等[41。工作装置包未被破坏是保证挖掘机工作性能的前提。有限元分析法是动臂结括铲斗、斗杆、动臂、转台、油缸几部分，各部分通过销轴相互连构仿真分析的主要方法，并取得一定的成果。文献抖杆挖掘工接，工作装置通过各个油缸的伸缩协同完成挖掘动作，其布局，如况下，应用ABAQUS建模，求得危险工况下的应力云图；文献[31提图1所示。出了一种基于Solidworks、Hypermesh和Ansys三种方法结合的2_2挖掘机铲斗齿尖挖掘载荷动臂