挖掘机工作装置运动和疲劳强度分析.pdf

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1、GN＆cul设计计算挖掘机工作装置运动和疲劳强度分析武慧杰，杨建伟，张志强(1．北京建筑大学机电与车辆学院，北京100044；2．中交路桥北方工程有限公司，北京100024)[摘要]针对挖掘机工作装置的疲劳损伤，利用Pro／E及ANSYS进行三维建模及有限元分析。通过Pro／E平台中的机构模块分析工作装置的极限位姿以及运动参数，然后利用工作装置位姿转换，基于力矩平衡关系，对斗杆挖掘和铲斗挖掘]一况下的铰点进行受力分析，获取_T作装置各铰点的最大载荷。在此基础卜，利用ANSYS疲劳强度分析得出挖掘机

2、最小疲劳全寿命。研究结果可为挖掘机T作装置结构设计提供理论参考。[关键词]挖掘机；运动分析；疲劳强度；全寿命[中图分类号]TU621[文献标识码]B[文章编号]1001—554X(2015)06—0089—05KinematicsandfatiguestrengthanalysisofexcavatorworkingdevicewUHui-jie．YANGJian—wei．ZHANGZhi-qiang本文在Pro／E软件中对挖掘机整机进行实体三维建模，并运用Pro／E的机构运动分析模块对挖掘机工作

3、装置的包络图及铲斗齿尖的位移、速度和加速度进行仿真模拟。然后基于ANSYS软件，结合工作装置位姿关系计算T作装置各铰点承受的最大载荷，在此基础上对挖掘机动臂、斗杆进行应力和全寿命分析，得到挖掘机T作强度和使用寿命的校核结果，为挖掘机丁作装置强度和可靠性分析提供了高效的解决办法。1挖掘机三维建模与虚拟仿真1．动臂；2．动臂油缸；3．斗杆；4．斗杆油缸；5．铲斗油缸；6．连杆；7．摇杆；8．铲斗1．1工作装置原理与结构图1挖掘机工作装置液压挖掘机的作业过程包括铲土挖掘、满载回转、举升卸载、空斗返回等，

4、其中反铲作业设备是液压挖掘机的主要工作装置¨，由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、连杆等组成，其结构如图l所示。1．2挖掘机三维模型XG804履带式液压挖掘机是厦工集团生产的一图2XG804挖掘机整机三维模型种小型挖掘机，该机型具有机动灵活、操作便捷、经济耐用等优点。本文以该挖掘机为例，重点研究DOI：10．14189U．cnki．cm1981．2015．06．008[收稿日期]2015—02—27挖掘机工作装置的运动规律和强度分析，基于挖掘[基金项目]国家自然科学基金资助项目(51

5、175028)机的原始参数，利用Pro／E软件进行三维建模，其[通讯地址]武慧杰，北京市西城区展览馆路I~-；IL京建筑模型如同2所示。大学CONSTRUCTIONMACHINERY2015．689设计计算I＆cuL1．3工作装置虚拟仿真析Pro／E装配模块中的机构模块具有强大的运动分析功能，能轻松检测该机构在组装完成后的干涉和运动情况，以及运动时的位置、速度、加速度等。依据挖掘机液压缸的往复运动原理以及滑动。∞∞砌∞姗∞伽∞姗∞杆连接，分别对动臂、斗杆、铲斗油缸添加伺服电机，并以输入表的形式添加

6、油缸的速度运动周期。然后根据挖掘机工作的特性，对工作装置各伺服电机进行工作时间的分配，通过插入轨迹、测量等命令得到挖掘机工作包络图以及铲斗齿尖位置、速度、加速度等参数，如图3—5所示。由图3得到挖掘机极限位置的相关参数一最大挖掘深度、最大挖掘半径、最大挖掘高度和最大卸图3挖掘机包络图载高度，其结果与原始参数的比较如表1所示。稚㈣砌咖砌咖。咖加彻∞∞∞∞∞∞∞∞∞{L{

7、J71lo．002．004．00008．0010．0012．000．002．004．006．008．0010．0012．00时BJ

8、／s时间／sa×轴方向bY轴方向图4铲斗齿尖位移一时间曲线表1挖掘机相关参数比较最大挖掘深度／mm最大挖掘半径／mm最大挖掘高度／mm最大卸载高度／mm原始参数3765570050803250模拟值3681562249623095相对误差／％2．231．372-324．77由表l可知，挖掘机运动仿真模拟的挖掘机参误差在5％内，故挖掘机工作装置满足工作要求。数与原始参数有一定误差，原因在于Pro／E建模过在机构的运动过程中检测xG8O4丁作装置并不存在程中存在模型尺寸误差及装配问距等问题，但相对结构

9、干涉，其运动过程还可以以动画形式导。90建筑机械20"I56‘～-‘^’O．0O2．O04．O06．O08．O010．O012．O00．002．004_O0时：0。8．O010．00l2．00日J／s时间／sa速度b加速度图5铲斗齿尖Y方向速度、加速度南图5a可知，挖掘机在i一6s问，由最高挖掘高以铲斗作为受力对象，由铰点Hl拘力矩及力平度运动到动臂最低点，在6一l1s开始返回运动。在衡关系得6s时，挖掘机满载回转，此时加速度、速度变化较大。在6—11s问挖掘机运动不平稳，出现间歇