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WY10B挖掘机动臂强度分析（一拖（洛阳）工程机械有限公司洛阳 471003）摘要：以WY10B液压挖掘机为研究对象，对反铲挖掘机工作装置——动臂建立Pro/E实体模型，并用Pro/MECHANICA模块对挖掘机动臂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。
对实体动臂在危险工况下进行实际应力测试，与有限元分析结果进行对比，分析差异，为挖掘机动臂改进提供理论和实际依据。
关键字：液压挖掘机动臂有限元应力中图分离号：**** 文献标示码：A1.概述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和工作效率，它被广泛应用于建筑、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程等基本建设之中。
动臂是挖掘机工作装置(铲斗、斗杆、动臂) 3 大部件之一[1],是主要承载件。
在挖掘过程中,动臂直接或间接承受很大外力。
作业环境的状况也对动臂的强度和变形在一定程度上造成很大影响。
目前,在国内液压挖掘机设计中,对动臂的应力进行分析的较多,而对理论与实际结合分析较少。
本文结合WY10B挖掘机的实际作业工况,对挖掘机动臂在受力最大的典型工况下挖掘时进行强度分析和实际应力测试,为挖掘机动臂设计提供理论和实际依据。
2.计算工况选择对挖掘机动臂进行强度分析时,分析采用的工况必须是有限元模型受力最大的危险工况[2]。
根据挖掘机的连接情况, 使用Pro/ MECHANICAMOTION 模块对其进行动力学分析,利用Pro/MECHANICA MO TION 模块的运动仿真功能,模拟工作装置的运动情况,求出了动臂受力最大的工况。
分析发现,危险断面最大应力发生在采用铲斗挖掘的工况下，因此计算位置可按以下条件确定：1）、动臂位于动臂油缸作用力臂最大处；2）、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处；3）、铲斗位于发挥最大挖掘力位置。
3载荷计算工作装置各构件通过销连接，在计算工况中不考虑偏载的影响，可以认为其只承受X、Y向的力，整个结构为静定结构，在计算工况中，铲斗缸产生主动力，大腔半径为27.5mm，压力为28MPa，则最大推力为：F G =R G=πr2P=π×0.02752×28×106=66489.5 N分别求得动臂各铰点的反力如下：动臂各铰点支反力：以上求出的力都是合力，在实际结构中，铰点处的受力并非集中力，而其附近的应力分布又是我们所关心的，为模拟实际情况，作如下假定：1）、载荷在X-Y面内在180°范围内按余弦分布；2）、分布力的方向为沿销孔表面的法向；3）、载荷在Z向均布；由假定构造载荷分布函数为： 式中：F (θ ) = A cos (θ-α) (1) A 为待定常系数，合力R 已知，分布力F 在P 向的合力应等于R ，即式中：l 为销孔长度，r 为销孔半径。
70吨大型液压挖掘机动臂有限元分析一、动臂计算工况挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工现场也各异，其工作装置运动与受力情况比较复杂。
故选择了最危险工况来进行强度校核。
工况一：1)、动臂位于最低（动臂油缸全缩）；2）、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位。
图1 工作装置挖掘姿态（工况一、二）工况二：在工况一的基础上：3）斗边点遭遇障碍，侧向力W k。
工况三：1)、动臂位于动臂液压缸作用力臂最大处；2）、斗杆油缸作用力臂最大（斗杆油缸与斗杆尾部夹角为90°）；3）铲斗发挥最大挖掘力位置，进行正常挖掘。
工况四：在工况三的基础上：3）斗边点遭遇障碍，侧向力W k。
图2 工作装置挖掘姿态（工况三）三、斗杆受力分析1）、斗杆铰点载荷的确定①计算工况一：θ1=-41.68°，θ2=131.684°，θ3=180°。
从重庆大学反铲分析软件中提取进行有限元分析所需要的数据：动臂缸作用力为：-927.87kN；斗杆缸作用力为：423.386KN；铲斗缸作用力为：318.225kN；动臂油缸铰点：Rx=915.301 kN；Ry=150.391 kN；斗杆油缸铰点：Rx=264.623 kN；Ry=330.5 kN；斗杆动臂铰点：Rx=-370.888 kN；Ry=-376.969 kN；图3挖掘工况一、二示意图②计算工况二：在工况一的基础上，加上侧齿障碍产生的弯矩和扭矩，及侧向力W k=23.638 KN。
③计算工况三：θ1=4.504°，θ2=111.993°，θ3=151.371°。
图4 挖掘工况三示意图从重庆大学反铲分析软件中提取进行有限元分析所需要的数据：动臂缸作用力为：-927.87 kN；斗杆缸作用力为：834.065 KN；铲斗缸作用力为：584.42kN；动臂油缸铰点：Rx=656.101 kN；Ry=656.106 kN；斗杆油缸铰点：Rx=832.213 kN；Ry=55.55 kN；动臂斗杆铰点：Rx=-1046.18 kN；Ry=20.38 kN；④计算工况四：在工况三的基础上，加上侧齿障碍产生的弯矩和扭矩，及侧向力W k=15.165 KN。
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化摘要：滑移装载机动臂在工程中扮演着重要的角色，它可以在狭小空间内进行灵活的移动和装载工作。
为了确保其稳定性和安全性，有限元分析和优化工作显得尤为重要。
本文将使用ANSYS软件对滑移装载机动臂进行有限元分析，找出其在特定条件下的应力分布和位移，并根据分析结果进行优化设计。
关键词：滑移装载机；动臂；有限元分析；优化设计1. 背景介绍滑移装载机是一种用于狭小空间内进行装载和转运工作的机械设备，它通常由底盘、动臂和斗杆等部件组成。
动臂作为滑移装载机的关键部件之一，不仅要能够承受外部载荷的作用，还要具有足够的稳定性和灵活性。
对动臂进行有限元分析并进行优化设计是非常必要的。
2. 有限元分析在进行有限元分析之前，首先需要建立滑移装载机动臂的几何模型，并确定其受力情况。
然后，将模型导入ANSYS软件中进行网格划分，设定边界条件和加载情况，最终得出动臂在特定条件下的应力分布和位移情况。
通过有限元分析，可以清晰地了解动臂在受力情况下的应力分布和变形情况。
通过对有限元分析结果的分析，可以找出动臂存在的潜在问题，为后续的优化设计提供参考依据。
3. 优化设计根据有限元分析结果，我们可以对滑移装载机动臂的结构进行优化设计。
在优化设计中，我们可以从材料选择、结构形式、连接方式等方面进行考虑，以提高动臂的稳定性和安全性。
可以通过改变材料的选择和厚度来提高动臂的承载能力；可以通过改变结构形式和连接方式来提高动臂的稳定性和灵活性。
通过一系列的优化设计，可以使动臂在滑移装载机的实际工作中达到更好的性能和效果。
4. 结论本文的研究为滑移装载机动臂的工程设计提供了重要的参考意见和建议，有助于提高动臂在实际工作中的性能和效果。
希望本文的研究成果能够为相关领域的工程设计和研究工作提供一定的参考和借鉴。
液压挖掘机工作装置有限元分析【摘要】有限元的计算精度高，具有较强的适应性，对工程各种的复杂形状能够进行全面有效的分析。
在液压挖掘机的工作装置进行全面的分析时，可以基于液压挖掘机整体的工作装置有限元进行全面的分析，从而增强液压挖掘机工作装置水平，提高液压挖掘机工作水平。
同时利用有限元在液压挖掘机工作装置中的应用，可以减少不必要的材料浪费现象，加强产品的改进水平。
【关键词】液压挖掘机；工作装置；有限元我国大部分的机械设备都在很大程度上运用了有限元法。
虽然有限法得到了广泛有效的应用，但是在有些机械设备中它只是应用在某一个关键的构件或者是结构中，没有有效的发挥出有限元法在工程机械中的巨大作用。
而在工程机械中应用有限元法，许多边界的条件以及载荷都没有得到有效的确定，从而工程机械会出现结构简化等问题，在很大的程度上影响了机械设备的运行工作以及准确定。
因此，我们可以就液压挖掘机工作装置有限元进行全面的分析，以此提高工程机械工作水平。
1 液压挖掘机工作装置集成有限元模型的建立1.1 液压挖掘机工作装置整体三维模型的建立组成液压挖掘机工作装置部分主要包括：斗杆、动臂、铲斗和油缸。
因此，为了建立液压挖掘机工作装置的三维几何模型，可以严格的按照液压挖掘机的主要参数，相应的采用UG软件技术。
在建立液压挖掘机工作装置三维模型时，必须要将螺纹孔去掉，保证不会对计算结果的倒角以及运输吊耳等环节产生影响。
另外，要按照连续处理的方法对实际模型进行焊缝，同时要按照与母材相同的材料进行处理，然后装置成一个几何模型。
1.2 液压挖掘机工作装置有限元模型的建立通常都是将薄钢板进行焊接从而构建成液压挖掘机工作装置的实际结构。
构成有限元的几何模型一般都是非常复杂的，因此在划分有限元模型的单元类型时主要都是选择三维实体单元。
2 液压挖掘机工作装置集成有限元分析2.1 液压挖掘机工作装置有限元集成强度分析在对液态挖掘机工作装置有限元集成强度进行分析时，利用现进行的液压挖掘机工作装置为例子。
基于Pro／E5.0和ANSYSWorkbench14.5的挖掘机动臂有限元分析文章以反铲挖掘机的动臂为研究对象，对挖掘机最典型的几种工作状况进行分析，利用Pro/E和ANSYS Workbench两种CAE软件，先在Pro/E中建立了液压挖掘机动臂的三维模型，再对模型进行了强度分析和变形分析，给挖掘机动臂的设计提供了依据。
标签：挖掘机；工作装置；动臂；有限元前言挖掘机是工程建筑机械的主要机种之一，在建筑、交通、采矿、国防及城市建设等土石方施工中起着十分重要的作用。
随着应用范围的日益扩大，在设计理论和方法、分析和研究手段也有了质的飞跃。
本文利用PRO/E建立挖掘机的动臂模型，经Pro/E算出各铰点的受力情况，再利用ANSYS Workbench14.5对动臂的结构强度进行分析。
充分利用这2种CAE软件各自的特点，从而提高对问题的分析效率和计算精度。
1 动臂模型的建立反铲挖掘机的结构如图1所示，其工作装置主要有铲斗、铲斗液压缸、斗杆、斗杆液压缸、动臂以和动臂液压缸。
先对动臂实体结构特征进行分析，确定这些结构特征建立的先后顺序和每个实体特征的建立方法，保证模型所包含的参数尺寸尽量少，结构特征尽量简单。
分析和确定结构特征后，建立动臂模型。
Pro/E 提供了完整的建模功能，利用拉伸、旋转、切割、扫描、切除和抽壳等基本功能和曲面设计，建立工作装置的实体模型。
2 Pro/E与ANSYS对接3 动臂有限元分析3.1 定义单元属性、材料有关特性目前，绝大多数挖掘机的工作装置为不同厚度的16Mn钢材焊接而成，其屈服强度在275MPa附近。
Workbench实体单元类型采用默认的SOLID187，由于Workbench中没有16Mn，需添加新材料赋予新属性，设置动臂材料的基本参数如表1所示。
3.2 动臂网格划分一个好的网格非常重要，可以在求解过程中将误差降低到最小，避免引起数值发散和不正确得到不准确的结果，甚至还会导致不能求解。
挖掘机动臂的有限元分析
挖掘机是一种广泛应用的工程机械。
尽管如此, 也往往是仿制, 缺乏建立在科学分析基础上的设计方法。
由于挖掘机作业的外载荷复杂多变, 难以采用传统的方法分析其结构特性。
我采用有限元方法对某
挖掘机动臂的工作状态进行了分析, 对各国类似工作装置的设计有一定的借鉴意义。
该挖掘机的工作装置为反铲工作装置, 主要由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成。
动臂、斗杆和铲斗均由高强度钢板焊接而成的箱形结构, 动臂根部用一根销轴铰接在平台前端中部, 由两只铰接在转台前部的动力油缸支撑。
油缸作伸缩运动, 动臂作升降运动, 其结构如图 所示。
1. 动臂有限元模型的建立及分析
模型的简化
动臂的整体式弯臂采用大圆弧过度以减小该处的应力集中, 结构简单, 重量轻。
其主体框架由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板焊接而成。
在建立有限元 模型时, 由于一些小构件对整体刚度影响很小, 如焊接上的限位板、吊耳等, 均予以忽略。
载荷的分析：
根据国内几种反铲装置的构件近似重量表2-7
]
7[查出：
满斗处于最大半径时，整个的工作装置的总重量为： 5.37654321≈+++++++=T G G G G G G G G G 总t 即：力F ≈3500kg ×0.98=.3430N
其中，q G T )8.16.1(～=， 在这里取1.6q
由于载荷种类多, 分布复杂, 许多载荷要等效成节点力。
动臂模型应该是边界上全部给定载荷的平衡结构。
铰销外载荷的处理: 在挖掘机的铰接装置中, 铰销是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与油缸之间的传力体, 受力情况比较复杂。
以往对销与销孔之间接触应力的研究缺乏理论依据, 都是按余弦分布等假想分布形式进行等效处理。
实际其间的接触应力的分布与材质、接触方式、配合公差等诸多因素有关。
其中，动臂应力分析图的研究属性和应力结果为：
1）.零件属性
2）.材料属性
3）.载荷和约束信息
载荷集
约束
4）.研究属性
5）.应力结果
位移结果
）.
6
7）.安全系数
8）.结论
通过对模型的有限元计算及试验分析可看出,用板壳单元建立的该有限元模型是可靠、合理的, 并且说明用有限元方法对液压挖掘机的动臂进行分析是一种行之有效的方法, 它可以全面掌握动臂的强度和刚度, 从而指导结构的设计。
同时说明该液压挖掘机的动臂设计满足强度要求。
应力较大的部位在动臂液压缸和动臂的铰接点和后轴座附近, 该区域也是焊接的热影响区。
所以对靠近后轴座的部位适当加强, 可提高该动臂的整体工作性能。
7.２.优化前后的两者对比
结果如下图所示：
在优化前的应力图中可以看出，在两个动臂液压缸和动臂的铰接点受到最大
的应力，从网格线图中可以看出，此处的网格分布有突变，也就是应力相对集中的地方。
通过对动臂结构中的动臂液压缸铰接点结构的重新优化和处理后，得到下面的应力图：
优化后，从应力分析图中可以看出，原来应力比较集中的地方，现在的应力集中较优化前有了明显的提高，网格分布较缓和，应力集中相对较少。
这样有利于提高动臂的机械效能。
