挖掘机动臂有限元模态分析.pdf

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1、第3期机械设计与制造2011年3月MachineryDesign&Manufacture23文章编号：1001—3997(2011)03—0023—02挖掘机动臂有限元模态分析铁巍巍l’王晓枫杨茹萍周雍(’合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009)(河南科技大学建筑工程学院，洛阳471003)ModalanalysisofexcavatorarmbasedonfiniteelementmethodTIEWei-wei1,2WANGXiao-feng1,YANGRu-ping2,ZHOUYong(SchoolofM

2、echanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)(2SchoolofArchitecturalEngineering，He’nanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang471003，China)【摘要】液压挖掘机在工作时由于冲击和振动会引起较大的动态应力，可能造成结构的破坏。在ANSYS环境下对某小型液压挖掘机的动臂进行了建模，分完全自由状态和实际约束状态两种情况对该挖

3、掘机动臂的模态进行了三维仿真分析，提取和扩展了前15阶模态，考察了其固有频率和主振型，为做挖掘机动臂相应分析提供了重要的模态参数，为液压挖掘机的动臂及工作装置整体的振动特性分析及结构动力特性的优化设计提供了依据。关键词：小型挖掘机；动臂；模态分析；有限元【Abstract】willbringbiggerdynamicstressbecauseofimpactandvibrancyofthehydraulicexca-vatorwhenitisworking,whichmaybeleadstothedamageofitss

4、tructure．Themodelofthearmofsmall-scaledhydraulicexcavatorisbuiltbyusingANSYS．The3DSimulationAnalysisofarmofexcavatorisc一riedoutintwostateswhichareabsolutefreenessandpracticalrestriction．Atlast．thefoer15modesareadoptedandextended．Itsinherentfrequencyandmainvibrati

5、onmodeisreviewed．Thestudyprovidesim——portantmodelparameterforanalysisofarmofexcavator，anditprovidesfoundationoftheanalysisofdy—namicperformanceandoptimizationofstructuraldynamiccharacteristicsforthearmofexcavatorandthewholeworkingdevice．Keywords：Small—scaledexcav

6、ator；Armofexcavator；Modalanalysis；Finiteelement中图分类号：TH16，TU621文献标识码：A挖掘机工作装置的传统设计多采用静力计算确定工作装置当系统的自由度很大时对这样一组耦合方程进行求解将非的受力，依靠安全系数的选取保证其强度及可靠性的经验方法，常困难。模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态而未能充分考虑其工作过程中所受动态载荷带来的冲击与振动坐标来代替物理坐标使式(1)解耦，变成各个独立的微分方程。对问题。挖掘机作业过程中工作装置时刻处于振动之中，且其振动式(

7、1)进行拉氏变换后得到：s怕【c]+陶){x(s)}_(5)}(2)为复杂周期振动的合成，传统设计方法不能保证其动态特性满足引入模态坐标{gJ，令s，㈨：[(q}，其中[为振型矩阵，实际工作要求。实验表明工作装置动臂的振动来自于外载荷的激使用[可以将、【c】和旧对角化，进一步可得到解耦后在模态励，与工作装置动态特性及液压系统闭锁时的振动特性有关。在坐标下相互独立的N自由度系统的方程组：挖掘机设计时，应避免结构的固有频率与外载荷的激振频率接Ⅱ(Ci)ql=(i=1、2、⋯、n)(3)近，以防止共振发生。动臂作为挖掘机工作装

8、置的重要部分，除刚式中：K、尬和c厂系统的模态刚度、模态质量和模态阻尼，一度与强度外，其动态特性也直接影响着挖掘机工作装置的性能和模态振型。寿命，因此对其进行有限元模态分析，在挖掘机工作装置的振动因为只需求解动臂的固有频率和振型参数固有模态，与外载特f生分析、振动故障诊断以及结构动态特性的优化设计过程中都荷无关，此外