大型轮式装载机工作装置参数化装配有限元分析与改进设计

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1、大型轮式装载机工作装置参数化装配有限元分析与改进设计魏加洁,朱艳平（徐州工程机械股份有限公司科技分公司，江苏徐州221000）［摘要］  针对大型轮式装载机工作装置受力特点，在Pro/E环境下建立了其三维参数化零件模型和装配模型，并采用高阶四面体单元对每个零件进行网格划分，然后在ANSYS环境下采用APDL编制了参数化装配程序，将从Pro/E导入的零件有限元模型快速装配成整体机构，准确模拟不同零件间的相互作用关系。分析了正载铲掘、偏载铲掘典型作业工况，根据应力情况对动臂进行了改进设计。计算结果表明，应力较大位置在动臂与动臂油缸连接处，偏载作业是导致动臂失效的主要工

2、况。［关键词］  轮式装载机；动臂；有限元分析；参数化［中图分类号］TH243+.3［文献标识码］B［文章编号］1001-554X（2011）04-0095-03Parametricassemblywithfiniteelementanalysisandimproveddesignofworkingdevicesoflarge-dutywheelloaderWEIJia-jie，ZHUYan-ping大型装载机工作装置机构设计和强度设计与中小型机型不同，为避免其工作装置因强度不足导致早期开裂失效，本文在Pro/E环境下建立了其三维参数化模型并进行网格划分，然后在A

3、NSYS环境下编制参数化装配程序，将从Pro/E导入的零件有限元网格快速装配成整体机构，准确模拟不同零图1整体装配模型件间的相互作用关系。选择正载铲掘、偏载铲掘为典型计算工况，综合这些工况的应力结果对徐工1200K大型轮式装载机的动臂进行了改进设计。实践表明，本文提出的工作装置强度分析方法快捷、准确。1三维模型建立与零件网格的生成徐工1200K轮式装载机额定载重量12t，铲斗宽度3400mm，其工作装置的三维实体装配模型如图1所示。动臂、横梁、摇臂支座拉杆是重要受力1.铲斗2.拉杆3.摇臂4.动臂构件，进行工作装置强度分析时，必须确保这些部5.摇臂缸简化模型6.动

4、臂缸简化模型位的三维几何特征与实际结构一致；而受力较小的图2简化后的工作装置三维几何模型位置和铲斗，可以按照“刚度等效”原则进行适当［收稿日期］2010-11-15简化（如忽略局部小圆角、小孔和小倒角等），简［通讯地址］魏加洁，徐州经济开发区驮蓝山路8号徐工科化后的工作装置如图2所示。技装载机所2011.04（上）954实例分析行偏载铲掘作业分析，应力如图8所示，最大应力仍在动臂与动臂油缸连接处，但合成应力值降低到计算得到不同工况下的工作装置应力如图6、7294MPa，证明该改进措施简单有效。所示。其中正载铲掘工况下的应力分布规律见图6，应力较大的位置主要在动臂上

5、，动臂与动臂油缸连接处最大合成应力230MPa，动臂上侧最大应力也达到200MPa。动臂上大应力位置图8改进后结构及其应力分析结果6结束语（1）首先建立了Pro/E三维参数化模型，利用图6正载铲掘工况应力图ADPL命令流文件，实现ANSYS环境下工作装置机偏载铲掘作业工况下的应力见图7，整体应力构的快速装配、约束与载荷的准确快速施加。本文分布与正载铲掘工况基本相似，但局部应力增大，提出的工作装置强度分析方法快捷、准确，充分利最大应力在动臂与动臂油缸连接处，合成应力值为用了Pro/E软件和NASYS软件的参数化设计功能。340MPa；次大应力的位置仍在动臂上侧处，应

6、力值（2）通过典型作业工况下工作装置的应力分析为300MPa。经分析可知，偏载作业是导致动臂失表明：偏载铲掘作业时，动臂应力较大，达到340效的主要工况。MPa，比正载工况大48%，且各工况应力较大位置由此可见，偏载铲掘作业工况下动臂的应力偏分布一致，说明按照偏载铲掘作业工况分析动臂结大，超过了动臂材料许用应力［σ］=300MPa，需构是可行的。要对动臂结构进行改进，降低应力。（3）根据应力分析结果，同时结合企业生产实际情况提出改进措施：在动臂与动臂油缸连接处增加异形法兰，有效提高了该处强度，达到使用要求。［参考文献］动臂上大应力位置［1］陈树勋，梁光明，李会勋.

7、轮式装载机前车架结构载荷计算、有限元分析与优化设计［J］.工程机械，2007，38（6）：37-42.［1］王硕哲，陈超.铰接式装载机车架刚度强度的计算图7偏载铲掘作业工况应力图［J］.工程机械，1987，（09）：11-19.［3］张子达，邹广德，张水兴等.CAT980S装载机前车架5结构改进与应力分析有限元分析［J］.矿山机械，1995，（08）：4-7.在Pro/E动臂三维模型中，在动臂与动臂油缸连接处焊接异形法兰，对改进后工作装置再次进2011.04（上）97