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挖掘机铲斗强度分析

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第27卷第4期 辽宁石油化工大学学报 Vol.27　No.4 2007年12月　J OU RNAL OF L IAON IN G UN IV ERSIT Y OF PETROL EUM&CH EMICAL TECHNOLO GY　Dec.2007文章编号:1672-6952(2007)04-0045-03挖掘机铲斗强度分析邓子龙,高财禄,付　越(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001)摘　要:　以W Y100C液压挖掘机(斗容量为1m3)为样机,对挖掘机反铲工作装置———铲斗应用Pro/E建立实体模型,并应用Pro/M ECHAN ICA模块对挖掘机铲斗的设计模型在受最大应力的危险工况下进行有限元强度分析。

分析结果表明,挖掘机铲斗的前部斗齿、斗后壁耳板的根部、铰接处和补强区域是最危险的部分,设计时应重点考虑其强度要求,其它部分相对较安全。

挖掘机反铲工作装置-铲斗的强度分析为铲斗的设计及改善铲斗的性能提供了理论依据。

关键词:　液压挖掘机;　Pro/E;　铲斗;　有限元分析;　强度分析中图分类号:T H123+.3 文献标识码:AIntensit y Analysis of t he Excavator BucketDEN G Zi-long,GAO Cai-lu,FU Yue(S chool of Mechanical Engineering,L iaoning Universit y of Pet roleum&Chemical Technology,Fushun L iaoning113001,P.R.China)Received21J ul y2007;revised16October2007;accepted20October2007Abstract:　Taking W Y100C hydraulic excavator(bucket capacity for1m3)as a prototype,a physical model of the excavator backhoe working device(bucket)was established by Pro/E.The finite element intensity analysis of the design model of the bucket was made under the circumstance of dangerous working condition of the largest stress through Pro/M ECHAN ICA module.The results indicate that the bucket teeth in the f ront of the bucket,the roots of the bucket back lug,the hinge areas and the reinforcement areas are the most dangerous parts.Designers should especially take intensity requests of these locations into account.Other parts are relatively safe.The intensity analysis of the excavator backhoe working device(bucket)provides a theoretical basis not only for bucket design,but also for improving the performance of bucket.K ey w ords:　Hydraulic excavator;Pro/E;Bucket;Finite element analysis;Intensity analysisCorresponding author.Tel.:+86-413-6860917;fax:+86-413-6865042;e-mail:dzl568@ 液压挖掘机是工程机械的主要产品之一,具有较高的技术含量,它被广泛应用于矿山开采、道路施工、国防建设、农用水利等基本建设之中。

铲斗是挖掘机工作装置(铲斗、斗杆、动臂)3大部件之一,是主要承载件[1]。

在挖掘过程中,铲斗直接承受很大外力,铲斗与矿岩的接触滑移,造成铲斗激烈的磨损。

作业环境的状况也对铲斗的强度和变形在一定程度上造成很大影响。

因此,铲斗结构性能的好坏对挖掘机工作的影响非常重要[2]。

目前,在国内液压挖掘机设计中,对斗杆和动臂的应力分布进行分析较多,而对铲斗的应力分布规律研究得较少。

本收稿日期:2007-07-21作者简介:邓子龙(1967-),男,辽宁葫芦岛市,副教授,硕士。

文结合W Y100C挖掘机的实际作业工况,对挖掘机铲斗在受力最大的典型工况下挖掘时进行强度分析和变形分析,为挖掘机铲斗设计提供理论依据。

1　强度分析模型的建立1.1　分析方案及条件利用有限元进行强度分析的过程是:①前处理,建立几何模型,将几何模型理想化,施加材料参数和载荷约束条件,进行网格划分;②通过软件进行有限元分析计算;③后处理,将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示,也可将结果以图、表、曲线形式显示或输出[3-4]。

使用Pro/M EC HAN ICA模块,可以将几何模型转换成有限元模型进行分析求解,并以图形方式显示分析结果。

首先,在Pro/E 模块中对铲斗进行三维造型,其次以铲斗受力最大的工况,计算出有限元强度分析的载荷数据,最后应用Pro/M EC HAN ICA 模块对铲斗进行强度分析。

1.2　有限元分析模型的建立根据已知的尺寸数据,在Pro/E 中进行W Y100C 挖掘机的铲斗三维实体造型,为方便划分网格,在对结果不产生影响的情况下,对结构和模型进行简化,分析所用的实体模型如图1所示。

图1　铲斗三维模型1.3　材料条件的确定W Y100C 挖掘机铲斗两侧板采用的材料是20CrMnMo ,其它部分所采用的是16Mn 。

采用20CrMnMo 主要是为了耐磨和抗疲劳,根据以往经验可知,危险位置不在侧壁,因此分析时整体采用16Mn 。

20CrMnMo 的各项性能指标均优于16Mn ,所以这样不但不影响分析结果,还简化了分析过程。

材料具体性能参数见表1。

表1　材料性能参数性能参数20CrMnMo 16Mn 杨氏模量/(N ・mm -2)210000206000泊松比0.30.3屈服强度/(N ・mm -2)885345抗拉强度/(N ・mm -2)1175660密度/(kg ・m -3)7.85×1097.90×1091.4　载荷计算对挖掘机铲斗进行强度分析时,分析采用的工况必须是有限元模型受力最大的危险工况[5]。

根据挖掘机的连接情况,使用Pro/M ECHAN ICA MO TION 模块对其进行动力学分析,利用Pro/M ECHAN ICA MO TION 模块的运动仿真功能,模拟铲斗的运动情况,求出了铲斗受力最大的工况。

铲斗的受力主要是挖掘力、铲斗内土的重力和铲斗自身的重力。

铲斗的挖掘力可以采用Pro /M ECHAN ICA MO TION 的运动分析模块,对铲斗进行动力学分析,计算出各个状态下的铲斗挖掘力的受力情况,并输出铲斗受力图表。

分析发现,铲斗受力最大发生在动臂处在最低位置,动臂缸全缩斗杆缸作用力最大。

用铲斗油缸进行挖掘时[6],斗齿尖、斗齿尖与斗杆交点和斗杆与动臂交点三点成一直线,斗杆油缸与斗杆尾部之间的夹角为90°,铲斗的具体受力数值为:水平受力为83074.6N ,竖直受力为49656.6N ,重力为9039.27N (重力加速度取9800mm/s 2)。

1.5　网格划分有限元分析很重要的一步就是对模型进行有限元网格划分。

进入Pro/M EC HAN ICA 模块,建立挖掘机铲斗的有限元网格模型,其中包括:单元类型、材料属性,对铲斗三维实体模型进行简化处理,选用四面体单元进行网格划分,从运算时间和精度上考虑,以网格全局单元尺寸最大175mm 、最小5mm 进行自动网格划分,从而生成铲斗有限元网格模型。

铲斗有限元网格模型有8021个实体单元如图2所示。

图2　铲斗有限元网格模型1.6　加载荷和确定约束条件根据Pro/M ECHAN ICA 模块分析可知,以挖掘机铲斗最大受力状态作为强度分析工况,即假设铲斗的4个销孔固定。

挖掘机铲斗主要承受的力是挖掘力水平分力与竖直分力的合力、侧向力和重力,侧向水平挖掘力侧向力影响不大,在这里忽略不计。

对铲斗施加的约束和载荷,建立铲斗的有限元分析模型[7],如图3所示。

2　有限元强度分析结果完成了有限元分析的一系列前处理工作(准备模型、添加载荷、指定边界条件、划分网格、编辑网格属性、优化设置)之后进行计算,分析结果见表2。

64 辽宁石油化工大学学报 第27卷表2　铲斗有限元静力分析结果最大剪切应力/MPa 最大拉应力/MPa 最大等效应力/MPa 最大位移/mm 122.9250.6222.95.7889图3　铲斗有限元分析模型 为了更加直观形象地将铲斗的强度分析结果表现出来,通过Pro/M ECHAN ICA 分析模块的后处理程序,绘制出铲斗强度分析的应力云图如图4所示,位移云图如图5所示[8]。

图4　铲斗强度分析应力云图图5　铲斗强度分析位移云图3　铲斗强度校核及结果分析3.1　强度校核强度校核条件[9]:[σ]=σlim /[S ]>σcamax铲斗经有限元强度分析的应力如下:σcamax =222.9N/mm 2<[σ]=243.13N/mm 2从强度校核计算可知,[σ]>σcamax ,铲斗具有足够的设计强度。

铲斗的变形很小,最大位移量为5.7889mm 。

总的来说,斗体前部斗齿、斗后壁耳板的根部、铰接处和补强区域受到的应力较大,但都低于许用应力,其它部位所受应力较小,大部分都低于100M Pa 。

3.2　结果分析(1)斗后壁的加强筋板是增加铲斗刚度和提高铲斗强度的关键,它不但可以大大降低斗后壁应力,而且可以化解应力集中,极大地提高了铲斗抗偏载、抗超载的能力。

(2)斗体前部的斗唇部件和两侧的加强筋板对改善铲斗的挖掘性能和提高斗体的强度都起到了不可替代的作用。

(3)铲斗后壁耳板比其它部位的钢板厚,从而提高了铰接部位抗交变复杂应力和磨损的能力。

(4)作业设备主体在挖掘过程中具有柔性,可以缓解力的作用,设备实际更偏于安全。

(5)以上计算是在铲斗简化了的模型上进行的。

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挖掘机铲斗开裂原因分析及改进方法

挖掘机铲斗开裂原因分析及改进方法

CM&M 2019.0589空调关闭过程如下：点火开关SW 关闭，直流接触器S0的线圈端104#线失电，直流接触器S0触点断开。

如果空调压缩机电磁离合器二极管被击穿，将导致在关闭空调时电磁离合器产生一个高压脉冲信号。

该脉冲信号进入空调控制器面板，传导到保险丝盒F5，因直流接触器S0触点是断开状态，所以ECU 的点火信号线K88不受影响。

改进设计将装载机其他负载如灯、开关、继电器、喇叭、雨刮器等与发动机的ECU 隔离开来，避免了其他部件电磁干扰引起ECU 失效。

同时在直流接触器S0的线圈端并联1个二极管，抑制感性负载的电磁干扰。

4 结论虽然发动机ECU 自身出故障概率不高，但是容易受到外界电磁干扰引发故障，这次改进可以更大限度地降低电磁干扰。

在今后设计装载机电路时应该注意，须将ECU 的电源线路与装载机上其他负载供电线路有效隔离。

■挖掘机铲斗开裂原因分析及改进方法■马瑞永 郭中华 张志洋徐工矿业机械有限公司，江苏徐州 221004摘 要：某挖掘机铲斗的耳板及其下部垫板容易出现开裂故障，对开裂原因进行分析，发现耳板前端强度不够，垫板与斗底主弧板贴合不紧密，在耳板上增加加强筋、延长耳板燕尾接头、增加垫板焊缝，铲斗耳板及下部垫板开裂问题得以解决。

关键词：挖掘机；铲斗；开裂；结构改进图1 铲斗开裂情况1 故障现象挖掘机铲斗由高强度钢板焊接而成，是挖掘机实现挖掘功能的执行部件，其质量的好坏直接影响挖掘机的工作性能。

某型号挖掘机使用一段时间后，铲斗耳板及耳板下部的垫板出现开裂。

耳板出现开裂部位多发生在前端及后端燕尾处，垫板开裂则发生在其侧边焊缝，铲斗开裂情况如图1所示。

2 原因分析2.1 耳板开裂原因铲斗的耳板用于连接铲斗与斗杆，垫板是耳板燕尾处的加强板。

耳板及垫板作为铲斗挖掘驱动力的传递件，受力较大。

铲斗挖掘时在受到正向力的同时还受到侧向力的作用，加剧了耳板受力的复杂性。

结构件的制造精度有限，与理想尺寸存在一定偏差（尤其对称度的偏差）。

土方机械工作装置整体结构的强度分析方法

土方机械工作装置整体结构的强度分析方法

土方机械工作装置整体结构的强度分析方法摘要：基于工作土方机械设备的结构特征，结合有限元方法计算结果提高分析的准确性的问题，以一个小型挖掘机工作装置结构为研究对象，整体结构使用有限元分析方法，提出了工作装置动臂，铲斗，斗杆，油缸和连接销轴系统组成进行整体建模、加载和有限元强度分析，并结合实际的产品开发进行验证。

结果表明，该方法对土方机械及同类产品的设计和分析具有一定的指导意义，为解决类似问题提供了一种可行的分析方法。

关键词：土方机械；工作装置；整体机构；有限元；强度分析1前言在工程土工的机械使用中，其工作效率在很大程度上取决于工作装置，特别是设备的结构强度直接影响到土方机械的可靠性和性能的使用。

土方机械，如挖掘机、装载机等，其工作装置通常由动臂、连杆、斗杆、斗链机构等组成。

有限元法在土方机械结构分析中得到了广泛的应用。

目前，大多数研究只进行有限元分析的连接销轴套筒的铰链点的工作设备，并且经常忽视的联系和协调问题的影响轴和轴套的计算结果。

2工作装置有限元模型及计算工况2.1工作装置整体结构有限元模型的建立小型液压挖掘机的工作装置主要由活动臂、斗杆、桶和油缸组成。

利用UG软件，建立了框架的三维几何模型、动臂、斗杆、桶形和连接盖。

在建模过程中，去掉了螺杆孔，不影响计算结果的倒角，消除了运输吊耳等因素。

在实际模型中，对焊缝进行连续处理，将材料作为母材处理。

利用有限元方法对有限元软件ANSYS有限元模型进行了有限元分析。

由于移动臂、臂等设备的各个部分主要由薄板焊接构成，几何模型非常复杂，所以在有限元模型的划分中，Solid45单元类型选择三维实体单元。

油缸是由Link8单元建模的[1]。

最后的工作装置由活动臂、斗杆和其他部件组装而成，在活动臂与斗杆之间、铲斗之间通过连接套筒和销轴连接。

利用接触针表面的三维接触元件和连接套管的表面，建立了整体工作装置的更精确的有限元模型。

工作装置整体结构的有限元模型。

2.2计算工况的确定挖掘机的挖掘工况由动臂油缸、斗杆油缸，铲斗油缸的变化可以组合成成千上万的工作条件，因此如何确定工作装置，在外载荷作用下的一种或几种最不利条件下，针对强度计算的工作条件，强度的准确是非常重要的。

工程机械性能分析方法

工程机械性能分析方法

工程机械性能分析方法工程机械作为现代建设工程中不可或缺的重要设备，其性能对工程质量和效率有着决定性影响。

因此，对工程机械的性能进行分析是必要的。

本文将介绍几种常用的工程机械性能分析方法。

一、挖掘机性能分析方法挖掘机是常见的土方工程机械，对其性能进行分析非常重要。

在挖掘机性能分析中，常用方法包括：负荷率法、平均速度法和挖掘效率法。

1. 负荷率法：通过测量挖掘机在工作过程中的负荷率，来评估其性能。

负荷率越高，代表挖掘机的工作效率越高。

2. 平均速度法：通过记录挖掘机在工作过程中的平均速度，来评估其性能。

平均速度越快，代表挖掘机的作业能力越强。

3. 挖掘效率法：通过计算挖掘机在单位时间内挖掘的土方量，来评估其性能。

挖掘效率越高，代表挖掘机的工作效率越高。

二、起重机性能分析方法起重机是常见的重型工程机械，对其性能进行分析也是必要的。

在起重机性能分析中，常用方法包括：起重量利用率法、速度利用率法和作业循环法。

1. 起重量利用率法：通过计算起重机实际起重量与额定起重量的比值，来评估其性能。

起重量利用率越高，代表起重机的工作效率越高。

2. 速度利用率法：通过计算起重机实际运行速度与额定运行速度的比值，来评估其性能。

速度利用率越高，代表起重机的作业能力越强。

3. 作业循环法：通过观察起重机在作业过程中的循环时间，来评估其性能。

作业循环时间越短，代表起重机的工作效率越高。

三、压路机性能分析方法压路机在道路施工中扮演着重要角色，对其性能进行分析是提高道路质量的关键。

在压路机性能分析中，常用方法包括：轧辊效能法、行驶速度法和轧压效率法。

1. 轧辊效能法：通过计算压路机在单位时间内轧制的道路面积，来评估其性能。

轧辊效能越高，代表压路机的工作效率越高。

2. 行驶速度法：通过记录压路机在行驶过程中的平均速度，来评估其性能。

行驶速度越快，代表压路机的作业能力越强。

3. 轧压效率法：通过观察压路机在轧压过程中的效率，来评估其性能。

基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计

基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计

基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计∗殷淑芳;尹开勤【摘要】挖掘机铲斗是挖掘机工作装置中最为重要的部件之一，其在工作时，与石块、土壤等直接接触，工作条件极为恶劣。

其结构设计的合理与否，直接影响到挖掘机铲斗的使用寿命。

为解决这一问题，采用SolidWorks Simulation对挖掘机铲斗进行有限元分析，采用实体、壳体混合有限元网格模型，并进行相应的约束及载荷的加载，得到其在极端条件下的应力分布状态。

并应用SolidWorks Simulation中结构参数优化功能，对挖掘机铲斗进行优化设计，以此改善挖掘机铲斗在极端工况下的受力，从而提高其使用寿命。

%Excavator bucket is one of the most important components of the excavator working devices. At work, it directly contacts with the rocks and soil, so its working condition is extremely bad. The structure design is reasonable or not directly affects the service life of the excavator bucket. In order to solve this problem, this paper uses Solid Works simulation on the fi-nite element analysis of the excavator bucket. Using the solid, shell mixed finite element mesh models and loading correspond-ing constraints and loads to obtain the stress distribution on the extreme conditions. And using structure parameters optimiza-tion function of Solid Works simulation,the design of excavator bucket is optimized,which improve the load of the excavator bucket under the extreme conditions, and increase the service life.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】4页(P141-143,147)【关键词】挖掘机;铲斗;SolidWorks Simulation;优化设计【作者】殷淑芳;尹开勤【作者单位】青岛滨海学院，山东青岛 266555;青岛滨海学院，山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】TD422.2挖掘机是通过其工作装置中的铲斗来挖掘土壤、煤泥、疏松后的石块等物料，并运至指定位置或装车的一种机械，主要用于工程作业中的土方作业。