挖掘機(jī)動臂有限元分析與優(yōu)化設(shè)計_圖文

1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文挖掘機(jī)動臂有限元分析與優(yōu)化設(shè)計姓名：趙京星申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機(jī)械工程指導(dǎo)教師：蔡力鋼20060321華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要工作裝置是液壓挖掘枕豹重要部件，對挖掰機(jī)性髓有著十分重要的影響。國內(nèi)外工程帆械企監(jiān)郝十分夔褫工作裝置的設(shè)計。要捷王縟裝藿的結(jié)鞫俘設(shè)計褥劐比較可靠麗又經(jīng)濟(jì)的結(jié)孝句尺寸和形狀，就必須采粥先進(jìn)的設(shè)計手段。兩借助計算橇磷牛和軟件技術(shù)羽楚實(shí)現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化盼重要途徑。本文善走分櫥了挖撼梳的市場需求和技術(shù)現(xiàn)狀，提出了提藏挖掘瓤產(chǎn)黥質(zhì)量的薰要瞧積意義。通過挖瓣楓工讒裝囂設(shè)計的分析技本分纓，針對挖掘機(jī)渤臂設(shè)計存在闖題，引出了挖掘杭工程分柝豹有關(guān)褒論，闡述了運(yùn)動

2、仿真和有限元分析的方法和步驟。本文提出了運(yùn)動仿真的方法，在不閽工況和載荷綴合下對動劈指定部位進(jìn)行瘟力普囊分輯，然后根據(jù)分凝結(jié)果，從中選爨對繡毒勾強(qiáng)度影響最大的工況和載萄，作海下一步有限元分析的工況和載荷。并根據(jù)鴦限元分析結(jié)采對動劈結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。然盾以動臂為例，闡述了在設(shè)計過程中，如何利用有限元方法分析動鷲豹應(yīng)力分布、發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的闖遂并及辯解決，成功通對其動謦縮孛句進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從藹縮短設(shè)詩、磷發(fā)時間，降低設(shè)詩進(jìn)程中對物壤樣機(jī)的依賴程度，降低開發(fā)成本。并將有限元方法攤廣運(yùn)用到其它老產(chǎn)品動臂設(shè)計改進(jìn)及耨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件設(shè)計優(yōu)億中去，從而提商產(chǎn)晶紿構(gòu)件豹可靠性，敬褥了良好的運(yùn)閣效果，為企業(yè)刨遺了良好的

3、經(jīng)濟(jì)效螽和社會價馕。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)動臂仿真有限元優(yōu)化設(shè)計華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文豫娃黼缸咖，晌糯聰黔城氆母黼如鋤西辨謝正呔主她越黼幽曲釀塒幽髓如遮腳，讎懶證瘕像瓤攀鉍呈羔氌婦娃也覡缸婭，量囂誦佼赫如量珥芏俑盤融把凇娃疰丘出姆越鈀矗髓幻蠡嘴攮搬搬氆畦，斌棵也啊撕鍛辯，斑融糟拋越撼艷量堇璁釩呔辯齜赫默嗽越霹端）尊娃聆始斑糠正翦，搬秘矗芏塔糟越。瓤，壤小藏搬也沁搬如址弛雒觚辯塌壤，搬王】挑，蔓：烈疵獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲鵯所星交的學(xué)位論文是我個人在學(xué)耀的指霉下遽行豹磷究工俸及取得艙研究成果。盡我所知，除文中已標(biāo)明用的內(nèi)容外，零論文不龜含任何其德久或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫：童的研究成萊。對本文的研究做出賞獻(xiàn)的個

4、入和集體，均已奩文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識薊本聲明的法律結(jié)纂由本人承攫。學(xué)經(jīng)論文佟者簽名：二弛鼉疆期：嘶笨毒舞弓融學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書舉學(xué)位論文午箬礱完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文酌規(guī)定，郯：學(xué)校有救保整并囪圜家密關(guān)郝門載機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印體和壤予版，允誨論文被套瓣和借閱。本人授投華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)癢遂行撿索，哥以采用影印、縮印或手薯搖等復(fù)鑭芋段縑存和匯編零學(xué)位論文。保密強(qiáng)，在年鰓密蓐適用本授權(quán)書。本論文滿予，不傈密喇（請在以上方程內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名：蔓基褪指導(dǎo)教師簽名：氣荔轉(zhuǎn)日期：年乎月澎豳嗣翅：年多月目華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文。前富

5、緒論近年來函家基本建設(shè)酌麴速發(fā)襞，工程楓械市場火瀑，為工援橇械生產(chǎn)髓掇供了發(fā)濺的祝遇。挖擒楓是王稷機(jī)械中的一個主要楓耱，楚±石方麓工工程中匏主要凝藏設(shè)備之一，在圈民經(jīng)濟(jì)建設(shè)貔許多行業(yè)星被廣泛采用，如在工業(yè)與民翔建筑、交通運(yùn)輸、水利電力工程、農(nóng)羽改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工稷等季亍她的機(jī)械化施工中。特別是最近幾年來，挖箍機(jī)是整個工程機(jī)械孝亍避中產(chǎn)、銷薰增長最快的一個橇秭。隨著國民經(jīng)濟(jì)的離速發(fā)鼴，挖掘機(jī)在蚤種工程建設(shè)領(lǐng)域，特剮是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中起的作髑越來越嚼照，挖掘機(jī)作為一種快運(yùn)、離效的施工作業(yè)楓械愈來愈被人們所接受。據(jù)統(tǒng)計，工程施工中約肖以上豹±石方量是靠挖掘襁來完成的，

6、在國家綦本建設(shè)中發(fā)揮著其他工稔機(jī)械產(chǎn)晶所不箋替代的律用，英國內(nèi)市場迅猛增長，年銷量達(dá)臺，年增長率約為。年猛增到臺，年增長率約為。但是，其中，國外合資企駛的市場占有率在；褥國內(nèi)企業(yè)的市場占有率僅占。市場占有率如此之大的合資金戴及外資企業(yè)，給鞫內(nèi)挖掘規(guī)企業(yè)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何提高國內(nèi)企業(yè)挖據(jù)機(jī)靜市場占眷率，成為當(dāng)今鬻內(nèi)掰有挖緩機(jī)企業(yè)的酋要任務(wù)。國內(nèi)挖蝙機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和柳工挖掘機(jī)現(xiàn)狀從世紀(jì)年代起，液疆挖撼稅進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展除段，備匿挖掘撬鍘遣廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。早在七十年代末期，中豳開始研究挖掘機(jī)，年至年麓聞國成液骶挖掘機(jī)平均年產(chǎn)量為臺，年至年期間豳內(nèi)挖掘楓平均年產(chǎn)量為臺，從年開始逐年的產(chǎn)

7、量箍高啦覓下表：表中國工程機(jī)械挖掘桃逐年產(chǎn)爨情況調(diào)查表年份年鑲堂增長率（）。從表可以番出：中圈的挖掘楓年產(chǎn)量年開始進(jìn)入個較快的發(fā)展時期，年增長由小予跨越為大于；年以愛又實(shí)現(xiàn)了一個藏的跨越，鄹蠢綴來的年增長小于，實(shí)現(xiàn)了年增長大予；在統(tǒng)計數(shù)據(jù)中看，年的時闊瀚了近四番。囂內(nèi)挖撼極市場的迅猛增長，與我國豹西部開發(fā)戰(zhàn)略，如蘧氣東送，禹水北讕工程，華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文商速公路的快速建設(shè)等圈象霆點(diǎn)建設(shè)項霞息息相關(guān)【】；褥年產(chǎn)量的提高，又與國外著名工程機(jī)械公司紛紛在中國翎建合資眾渡密切相關(guān)，這些著名的企業(yè)蠢：徐州卡特（莢圜）、成都神鋼（霞本）、常翊現(xiàn)代（韓圈）、合糙霸立（霸本）、小松山推（圜本）、煙臺斗山

8、（韓國）；國內(nèi)生產(chǎn)的公糊有：柳工、黃工、三一熏工、宣工、瞄工、玉柴、山河智能及南特為代表的豳肉企業(yè)；但圍鈴合資企業(yè)的市場占有率在；面國內(nèi)企業(yè)的市場占存率霞占融；黧肉企泣為什么市場占有率翔此之低，不熊程挖攘機(jī)的常場競爭中與合資殘獨(dú)資企歉栩褥并論，究其源羽國內(nèi)企業(yè)大部分進(jìn)入這個行業(yè)的時間較晚，起點(diǎn)也較低，技術(shù)研發(fā)能力與國外有一定的差距醐；多數(shù)是在生產(chǎn)裝載枧技術(shù)酶基礎(chǔ)上求生產(chǎn)挖掘機(jī)豹，導(dǎo)致技術(shù)落后，與合瓷企業(yè)的差距較大，具體表現(xiàn)在產(chǎn)燕的可靠性方露，特別是工體裝置結(jié)椽傳的可靠性方巍，翔動臂豹斷裂、斗杼豹斷裂、鏟斗豹開裝等成為制約困產(chǎn)眾波提高知名瘦和市場占霸率的最大障礙。因此，解決挖掘楓結(jié)構(gòu)件的可靠性，

9、成為提高國產(chǎn)挖搦楓設(shè)計制造水平的首要悶題。擦工從年生產(chǎn)第一套挖掘，熏今已露十余年豹?dú)v史，盡管挖掘機(jī)市場從最初的幾露臺增熱至現(xiàn)在鮑幾萬臺，但挪工的產(chǎn)銷量卻一直沒奄突破臺，究英藏因是產(chǎn)品的霹靠牲低，用戶的認(rèn)可度低。近年來，柳工高層意識到，面對強(qiáng)大的國際競爭對手，柳工必須以全新的觀念來對特挖摭機(jī)。零部件不懊尋求專業(yè)醞套，藤鼠從革翻內(nèi)怒套轉(zhuǎn)向豳際協(xié)律的設(shè)計思想上束?？得魉拱l(fā)動機(jī)，囊本東芝閥、川游泵、帝入行走馬達(dá)、的液原油觳等箍品質(zhì)配套，都使產(chǎn)品的性能及可靠性均有大幅度的提高。但是，自制縮構(gòu)件的質(zhì)鲞及可靠性不高幫嚴(yán)重鍘終了整頓水平的提裔。尤其以工作裝置結(jié)構(gòu)傳表現(xiàn)褥最為突攥，與先進(jìn)靜配套牛形成極大的反差，

10、嚴(yán)藿縫影響了柳工產(chǎn)品的市場形象及柳工品簿的建設(shè)，間時也大大增加了產(chǎn)鼎的售后服務(wù)的成本。究其原因主要是挖掘楓技術(shù)研發(fā)能力較低，設(shè)計技術(shù)水平落藤，設(shè)計主要采取類艮試湊等傳統(tǒng)方法。這靜低水平的設(shè)計方法存在蓿很多、癱題，其中最主要的燕工作裝黌結(jié)構(gòu)停強(qiáng)度等方面的問題。因?yàn)轭惼窃嚋惙ㄔ谝欢ǔ潭壬洗嬖谛竽慷?，容易形裁設(shè)計中的“人為”應(yīng)力集中點(diǎn)，造成機(jī)構(gòu)整體強(qiáng)度的削弱旗至破壞。按這種設(shè)計生產(chǎn)出的產(chǎn)品，外觀上看上去很強(qiáng)壯，剮性很查子，健卻存在潛在或杰在的設(shè)詩缺陷，使用過程中常因王作裝囂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等琢因產(chǎn)生開裂，甚至斷裂，致使熬個梅件報廢，造成熏大經(jīng)濟(jì)損失。隨麓國際化的步伐越來越快和圈外黼套市場的開放，給國內(nèi)挖掘機(jī)

11、提供了前所未有的機(jī)遇，柳工離層也意識翻柳工要在競爭中處于有利地位，就必須不叛遺開發(fā)凝產(chǎn)品，以最快速度占領(lǐng)市場來滿足客戶戇需要。傳統(tǒng)的設(shè)計方法霸設(shè)詩體鍘綴難逶?，F(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，眾業(yè)必須利用各種計算機(jī)設(shè)計軟件幫分橇軟件來提高產(chǎn)晶設(shè)計裁力扣，縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品性能，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提離企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和技術(shù)實(shí)力。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文挖搌視工作特點(diǎn)翔工作裝置設(shè)計要求。單斗液囂挖撼搬的特點(diǎn)單斗液壓挖掘機(jī)是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動進(jìn)行挖掘作她的機(jī)械。它是目前挖掘楓中重要韻楓種弘。零斗滾愿挖掘橇的作渡過程楚以鏟斗（一般裝蠢斗凌）的切潮刃切澍土壤并裝入斗內(nèi)，斗裝滿后提舞，燕轉(zhuǎn)至蠲主垃藿進(jìn)行卸土

12、，卸空露鏟斗褥轉(zhuǎn)豳并下降至挖撼露遴行下一次挖掘。當(dāng)挖掰橇挖憲一段土藉，機(jī)械移動一段距離，以便繼續(xù)乍鼗。溜鼗攀斗液壓挖掘桃是種周期作業(yè)的垂行式主方極械【】。每一作業(yè)循環(huán)包括挖掘、闡轉(zhuǎn)、卸料和返回等四個過程。挖掘辯先將鏟斗向前伸出，動臂帶蓑鏟斗落在工作面上，然后鏟斗向羞挖掘楓方向拉轉(zhuǎn)，鏟斗農(nóng)工手麗上挖出條弧形挖掇帶并裝滿士壤。隧后將鏟斗連同動甓一起舞起，上部轉(zhuǎn)念帶動鏟斗總成及凌甓翻轉(zhuǎn)到卸土處。將鏟斗良靜摧賚，使斗嗣朝下進(jìn)行卸±。卸土屆將動臀及鏟萼圓轉(zhuǎn)并下放至工佟瓤，準(zhǔn)備下一循環(huán)的挖擒佟業(yè)。葷斗液壓挖撼機(jī)的蒸本組成單斗液壓挖掘機(jī)為實(shí)現(xiàn)周期憔作業(yè)的要求，設(shè)裔下列基本組成部分：工作裝置、翻轉(zhuǎn)裝

13、置、動力裝置、傳動捺級枧構(gòu)，行走裝囂嗣輔助設(shè)備等。挖掘機(jī)瓣基本性能決定予各組成郝分的構(gòu)造、轂§及其綜會的效裂。常啜挖掘作業(yè)方武反鏟挖掘楓的纂本館業(yè)方式肖溝端挖掘、溝側(cè)挖掘、贏線挖箍、藏線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖擒和溝坡挖掘等【帆。溝端挖掘挖撼楓從溝橫的滿開始挖掘，然霜澄溝糟的中心線剩逐挖掘，整卸車停在溝禳一側(cè)，挖掘枕動臂及鏟斗回轉(zhuǎn)。即可幫料。童日聚溝寬為挖掘機(jī)最大圓轉(zhuǎn)半徑的兩倍時，自卸車只能停在挖掘機(jī)的側(cè)面，動臂及鏟斗簧瞄轉(zhuǎn)。方可卸料。若挖掘的溝槽較寬，可分段挖掘，德挖擒到盡頭時調(diào)頭挖掘毗鄰辯的一段。分段開挖的每段挖掘?qū)挾炔诲具^大，默囊翻車戇在溝耩一側(cè)行駛為原則，這梯可減少作

14、業(yè)循環(huán)豹時間，提高作鼗效率。溝側(cè)挖掘溝側(cè)挖掘與溝漾挖掘不間的是，自卸車停在溝耩端幫，挖撅楓停在溝耩一倒，動髂及鏟斗固轉(zhuǎn)小于可卸料。溝側(cè)挖掘的作業(yè)循環(huán)時間短、效率離，健挖掘楓始終沿溝側(cè)行駛，藤此挖菰避的溝邊坡較大。壹線挖獬華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文當(dāng)溝糟寬度與鏟斗寬度相同時，可將挖撼機(jī)羆于溝槽的中心線上，從正面進(jìn)行直線挖掇。挖到蕊要求的深度愛再愿退撼搦，囊至挖完全郝長度。利用這釋挖掘方法撩攥淺溝槽對挖箍楓移動的遮度較快，反之剿較慢，僚都髓很好地使溝槽底部挖褥符合要求。曲線挖掘挖掘蘸線溝槽時可用短的蠢線挖搦相繼連接露成。為使溝廓有灝滑的藏線，需要將挖掘橇中心線稍微向鈐偏瓣，同時挖撩樁緩漫避肉矮移動。

15、保持一定角度的挖掘保持一定角度的挖掘方法通常用予鋪設(shè)管道的溝槽挖掘，多數(shù)情況下挖掘機(jī)與崴線溝槽保持一定的建度，露鯖線部分很小。超深溝挖撼當(dāng)需要挖掘面積很大、深度也很大的溝槽時，可采用分層挖獺方法或正、反鏟雙橇聯(lián)合作業(yè)。溝坡挖撼挖掘溝坡肘將挖撼機(jī)位于溝槽一側(cè)，最好耀可調(diào)的加長斗杼進(jìn)囂挖掘，這樣可以使挖出的溝坡不需要作任何修整。王作裝顯的工作原疆栩蒸本組成工作裝囂采用連桿機(jī)構(gòu)原理，備部分的運(yùn)動通過液壓缸的審縮來實(shí)現(xiàn)。液壓挖掘桃最普遍使用的是反鏟工彳乍裝置。它豳動臂、斗櫛、鏟斗、動臂液壓缸、斗軒液逶氟、鏟斗液疆教、遙耱、搖稈等組成（如圖卜）。各邦件之間的 聯(lián)系全部采用鉸接心。動鴦下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺上，

16、并以動臂鍍來支承，通霪動髂缸瓣伸縮，使動臂漣翊整個工作裝置繞下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。斗杼鉸接于動臀上端，斗枵與動臂的楣對位囂由斗釋蠢控翻，當(dāng)斗枵缸伸縮辯，斗杼可以繞動臀上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。鏟斗與斗稈前端鉸接，通過鏟斗缸伸縮饅鏟斗繞斗輯翁鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動囝。圈工作裝藿結(jié)構(gòu)豳華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文。王傣裝霰構(gòu)設(shè)計要求挖攘梳工佟裝爨的可靠性對熬棍絳熊影蛹綴大。挖撅槐雀工佟過程中，箕工露弱轉(zhuǎn)中心怒沿著疆帶行走機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行工作的，其工作的穩(wěn)定性取決于韻臀、勘臀、漆缸、斗杼、洼缸、斗拇、翻斗漓缸、鏟斗等綴合成的懋臂組傳的熏餐【。著這部分的組件較重，雖滿足了結(jié)梅強(qiáng)度剩余的需求，但麗轉(zhuǎn)貫性慰露轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)豹可爨性豹影釃也是不富藤喻熬，

17、工佟裝囂藿爨過大會使其工俸能力下降，故為了滿足其工侔能力聚大限菠的發(fā)攆，就應(yīng)該考慮到在滿足結(jié)孛奄設(shè)詩強(qiáng)度豹蔫提下，盡量減輕這部分懸鷲綴俘鵑結(jié)李每設(shè)計熏量、減薄其板傳板浮。所以如何使這部分結(jié)構(gòu)件的設(shè)計達(dá)到最經(jīng)濟(jì)合理而又可靠是我們工作裝置設(shè)計融首先要考慮的。挖掘枧動臀存在潤題零課遂是在年下半年開始開展靛，由于挖掘梳工作裝爨結(jié)構(gòu)孛的鈐反饋較蠢，嚴(yán)囂的影響了市場的銷甾。年柳工年產(chǎn)贊孵黧挖掘飆儀食，根據(jù)市場反饋統(tǒng)計，動臀局部斷裂藏肖臺之多，市場反饋率。更為嚴(yán)重的楚黼試鎊樣機(jī)在試驗(yàn)過穗中動甓就出現(xiàn)了開裂，嚴(yán)重地拖延了該產(chǎn)品的小批爨生產(chǎn)和市場導(dǎo)入的進(jìn)度。挖掘機(jī)動臂的乍姨王況挖掘祝楚長期在較魏惡劣的工作環(huán)轆下

18、工作的，市場對產(chǎn)器的可纛瞧要求楚隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)的步伐加快麗提高，開由劈石掰用豹振動破碎頭（覓圖），篡工況豹惡劣擺嶷胃恕囂知。傳統(tǒng)上，采鬻爆破方式將出石炸成碎塊，裝運(yùn)撾走寵成作業(yè)，麓聞有較大的石塊直接用振動破碎頭皴碎，導(dǎo)致英動臂、斗杼承受較大的振動疲勞載荷。 豳裝有振動破碎頭的挖掘機(jī)圈一擦擒祝承受側(cè)淘載萄朗作攮環(huán)城華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文根據(jù)長期的用戶實(shí)際作業(yè)觀察，挖掘機(jī)在山區(qū)修路的作業(yè)環(huán)境下，其工作對象往往是山坡上的巍生±、出石，乍業(yè)方式是溝坡作業(yè)，它的主要受力部件動臀、斗釋，褒承受挖掘載禱的同時，還要承受來自于溝敬盼側(cè)翔載荷（覓圈），弱箍要求主要受力邦傳的抗彎、抗掇的熊力較強(qiáng)”。

19、挖搦機(jī)動譬的失效彩式和郝緞無論是裝有破稚頭的、還楚東溝玻作業(yè)豹挖掘楓，其主要受力元件，均楚崧承受著交交載荷，即挖掘時受載荷作用蔚使構(gòu)件的肉應(yīng)力加大，卸載時外力釋放廄使構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力減小，如此周麗復(fù)始的工作，導(dǎo)致主要受力元俘在應(yīng)力集中區(qū) 產(chǎn)生裂紋，最終使主要受力元俘斷裂失效，使整機(jī)無法工作，不但給用戶帶來虢誤工期所造成豹經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時還會造成設(shè)鑄、人身安全事故。往往用戶的作泣地點(diǎn)遠(yuǎn)離能夠維修場贗，更換備件桶當(dāng)困難，受到震戶抱怨，嚴(yán)熏影響產(chǎn)晶豹市場競爭能力。圖挖掘機(jī)受力結(jié)構(gòu)件的失效形式動臂的失效形式以斷裂為主，失效部位易發(fā)生在廒力集中蘸，交叉焊縫處（如形焊縫處）和結(jié)構(gòu)截囂突變酃位。論文的磊的近年來

20、，挖掘橇在匿家蒸本建設(shè)中發(fā)揮著其弛工程橇械產(chǎn)暴不熊所替代的作用，其溪肉市場逐猿增長，年銷量達(dá)，年增長率為。傻蘑孫合姿或獨(dú)資企業(yè)產(chǎn)品的市場占農(nóng)率在，而豳內(nèi)企業(yè)的市場占有率僅占。這是出予國內(nèi)企業(yè)大郝分進(jìn)入這個行業(yè)豹時聞較晚，技術(shù)研發(fā)能力較低、制造技術(shù)水平落題，特別是工乍裝囂結(jié)梅件的可靠性方面存在較大、西懟，如韻臀的疲勞、斗朽的疲勞壤裂等。藤結(jié)構(gòu)件的可靠靛，從力學(xué)角度講，就是結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要滿足使震工況麴要求。本課題所取得的研究成果在提嵩工作裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和減少應(yīng)力集中方面得到了較好成效。從現(xiàn)場施工表現(xiàn)看，在綴構(gòu)件可靠矬方箍達(dá)爨或超過了韓國同類產(chǎn)品的品質(zhì)，著囪舞美同類產(chǎn)赭靠近。以襁工挖掘視

21、近兩年來在國內(nèi)市場占有搴穩(wěn)步上舞，可為側(cè)誕。液玨挖掘機(jī)工作裝鬣的動臂、斗耗為了實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計及對危險截麗和應(yīng)力集中部使豹加強(qiáng)作用，一般浚計成不規(guī)則的箱形焊接結(jié)構(gòu)。瓶我們以往在漾行產(chǎn)品開發(fā)時，對動臂、斗枰的強(qiáng)度計算，通常采用材料力學(xué)的方法，把動臀、斗桿假定為梁，計算若干藏酒斡彎曲強(qiáng)度。健由予動臂、斗書結(jié)構(gòu)與理想梁穗蓮旗遠(yuǎn)，顯在工作時逶常承受拉（廈）、彎、扭等凡靜終力，斷西應(yīng)力分布十分復(fù)雜【”。，按梁來計算澀然會蠢較大的誤差，并顯這種方法無法及姨練構(gòu)整體的變形幫應(yīng)力幘況，難以指導(dǎo)設(shè)計¨”。隨著世界先進(jìn)水平的液筮挖掘機(jī)紛紛涌入中辮，柳工等鬻內(nèi)挖掘槐毒逸商戩傳統(tǒng)設(shè)計方法和鍘造工藝生產(chǎn)出來的挖

22、掘機(jī)其可靠性蓑的缺點(diǎn)被暴露出來。本課題關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計方法在挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計中的爨體威用，使襁工在挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)傳設(shè)計方兩達(dá)至了一個贛的水平，蒸本滿足了與狼共舞的階段性要求。當(dāng)然，羽宥鼴元法解決縮棗句饞強(qiáng)度設(shè)詩方灝的闖邋，只是現(xiàn)代設(shè)計方法在柳工產(chǎn)貂設(shè)計中的初步應(yīng)用，隨著受多琥代設(shè)計方法被研究和應(yīng)用，我們存信心使柳工的產(chǎn)品設(shè)計承平達(dá)到更離的高度。在對液羼挖掘機(jī)試鐿樣樾進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計時，采用有限元方法束計算動臂和斗杼的強(qiáng)度，以準(zhǔn)確校核英強(qiáng)度，評估設(shè)計的合理蠖。在本文后續(xù)章節(jié)中將以滾囂挖掘極的動臂為鋸，柬其體說明露羧元法在撼掘楓結(jié)構(gòu)牛設(shè)計中的斑麓。論文的煮要內(nèi)容在本文中，詳細(xì)介紹了挖掘極工乍裝鬣的設(shè)計分柝技術(shù)

23、，挖掘機(jī)工程學(xué)分糖、運(yùn)動仿囊，強(qiáng)度計算秘綴秘優(yōu)飽和有限元法和分豐廳步驟，以及魏褥運(yùn)弼計算釩軟件對挖掘攤的動臂進(jìn)行有限元分析的過程以及蝴關(guān)懿技術(shù)難點(diǎn)和解決辦法。首先利用挖掘橇運(yùn)葶亍仿真模擬挖掘桃各種作妲王況，找出動臀的最不利工況作為巍限元分豐廳的計算工況，然后利用有限元分拆軟件分柝動臂在斃計算工況下的應(yīng)力分布。最后對分祈結(jié)果進(jìn)行評價，并對動甓結(jié)構(gòu)進(jìn)行改遴，以及改進(jìn)屆的褥分柝。論文的主要組成本文分成阻下六個部分進(jìn)行介緩：第一部分：緒論，通過分輯國內(nèi)挖掘機(jī)市場的發(fā)展?fàn)顩r和柳工挖掘機(jī)現(xiàn)狀和動臂存在婚題，以及傳統(tǒng)設(shè)計方法的茸囂餓，提出了論文研究的主要性稠必要性，闡述了諜題的磷究秘豹和主要工作；第二部分：

24、箍要介紹工作裝愛的工程分析計箕和套隈元分板方法及其榻關(guān)理論；第三部分：挖掘機(jī)動臂計算方法研究；第四部分：利用挖攘楓輔助設(shè)詩程序系統(tǒng)和有限元分析動臂豹應(yīng)力分布，評價動臂綏構(gòu)戇合理性，并稷據(jù)分耩結(jié)果對渤甓結(jié)構(gòu)送行改遴，并對修改盾的緒棗每遞行再分椽翻評徐；第五部分；有戳元設(shè)計方法靜效巢謹(jǐn)嵇；第六部分：總續(xù)與矮整，憨紿了全文，弗對成采運(yùn)翔鍛了鼴望。挖掘視工作裝置設(shè)計的分析技術(shù)挖掘機(jī)的工程分析計算挖掘橇的工程分析包括：挖掘枕運(yùn)動仿真、動力學(xué)分孝斥幫主要結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度計算鞠結(jié)梅饒純設(shè)計等【。王程分櫥在掇蕊產(chǎn)最掛艉鞠震璧過程中熬重要終稿越來越多遮被眾救和研究部門所認(rèn)識，霹以幫助設(shè)計人員在新產(chǎn)赫建逡和成型之蘸，

25、在產(chǎn)品開發(fā)的早期就能了髂產(chǎn)赫的有關(guān)特性、整體矮豢水平、可纛性鞠安全憔，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中豹閥蘧，勞及瓣勰決，珂續(xù)綴設(shè)計、研發(fā)時瀚，降氐產(chǎn)酷野發(fā)過程中對物理檬稅蘞賴稷度，降低產(chǎn)斑開發(fā)成本淵。挖援轆瓣遺動傍冀鞫動力學(xué)分凝在設(shè)計階段，慰生成的挖掘視的零部件和整橇盼三維嶷體給出邊界約束、動約柬和擒加工俸載穗等計算參數(shù)輸入計算桃，在物理樣楓沒有遴行制造前用計算機(jī)就能十分究善幫精確楚仿糞分掇擻挖掘機(jī)豹運(yùn)凌援律，如運(yùn)凌仿真、運(yùn)動轅跡、經(jīng)移、速度、加速度、力、力矩等參數(shù)計算和干涉檢查，從而把從蘸需要數(shù)月牙能完成整楓實(shí)體物理實(shí)驗(yàn)，繯短到數(shù)小時就能在計冀機(jī)上完成】。強(qiáng)褒討冀葛縫褥優(yōu)純在挖掇楓主要縫構(gòu)搏設(shè)計對，設(shè)詩人員關(guān)心

26、的是綾搦件的安全系數(shù)、應(yīng)力分布、交形大小、困番頻率等。為了使計算穗確，應(yīng)猴礴遮確定：（）挖掘秘實(shí)際工作載萄；（）緒梅偉不利工作位露；（）枧掏計算模毯豹精確擒述；（）正確的計算方法。采用有陵元法，對挖掘機(jī)備部件進(jìn)行靜力學(xué)分析、動力學(xué)分耩和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。靜力學(xué)分析用來求解結(jié)擒與對潤無關(guān)的黲力學(xué)載荷捧用下熬晌應(yīng)，并褥出所鬣節(jié)點(diǎn)豹位移、節(jié)點(diǎn)力、單元力、單元應(yīng)力和廒變等】。動力學(xué)分析不同予靜力擘分析，常用來確定動載荷對整個臻掏辯部件的影響包括一般模態(tài)及復(fù)特征俊分板，頻率及瞬時響應(yīng)分析等。通過動力學(xué)分析，褥到挖掘機(jī)工作桃構(gòu)圈有的特性，為結(jié)構(gòu)的設(shè)詩和修改提供依據(jù)。沒詩人灝邋過續(xù)鐫酌有限元分椽詩算結(jié)果，在強(qiáng)紙沒詩

27、鼢段藏可找蠢挖掘凝結(jié)構(gòu)件設(shè)計中潛在麴缺陷和不足，根據(jù)這避缺陷和不足，再轉(zhuǎn)入優(yōu)訖模塊，搬據(jù)設(shè)計要求，繪凄結(jié)擒饒倪的鼴檬邈數(shù)、約柬條停、性麓條件，對綴掏進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計邵，對原有設(shè)詩缺陷或不筵進(jìn)行修改，慰到最德豹結(jié)構(gòu)和外形。這樣在設(shè)計初期，設(shè)計人員簸可借助予絡(luò)構(gòu)優(yōu)化模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)的饒佬設(shè)計，縮短了樣機(jī)制逑一測試改迸藤鎊造豹研制溺期，降低了產(chǎn)品研發(fā)的成本，弱時也使產(chǎn)品盡快的攙囪市場，加快了市場產(chǎn)鼯的更新?lián)Q代。有限元概述睫蓑現(xiàn)代科學(xué)技零的發(fā)震，人們正在不斷建設(shè)更為快速的交遽工具、更大援模的建筑物、蔓大跨度豹轎粱，更大功率的發(fā)電機(jī)綴和曼必精密的機(jī)械設(shè)備。這一切都要求工穰師在設(shè)計除段麟能精確璁預(yù)測戮產(chǎn)品和工程的

28、技術(shù)性能，需要對結(jié)構(gòu)豹靜、動力強(qiáng)度以及溫度場、流場、電磁場等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析計算。近年來在計葬機(jī)技術(shù)數(shù)值分析方法支持下發(fā)鼴起來的有限元分轎方法則為解決這些復(fù)雜的工程分拆計算問題提供了蠢效豹途絳【冽。程工程實(shí)踐中，奇鞭元分橇軟俘與系統(tǒng)的集成巍用網(wǎng)，傻設(shè)詩水平發(fā)生質(zhì)的飛躍。有限元方法（）作為一種非常有效的數(shù)德方法，已為工程界所普遍接受和廣泛使用【。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從建模、求解到程序?qū)崿F(xiàn)，都取季導(dǎo)了重大進(jìn)展。尤其是隨著詩算楓軟硬牛技本的發(fā)震秘有限元分孝廳軟件的逐漸改進(jìn)，的分析功能弱分櫥效率網(wǎng)豢掇離，在結(jié)構(gòu)工程中，更是一張不可少的分櫥工爨。霞蔫，在工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)及其他各類工程瓣題的數(shù)字建模、分析

29、、設(shè)計、仿糞等各方菰都發(fā)擺著非常重要豹作用。年代羼，由于數(shù)值方法的發(fā)展和一黛復(fù)雜工稔潤題數(shù)值求解的霈要，逐漸出現(xiàn)并形成了一凜新的有鞭元處理方法。懿囊遙疲有限元方法、隧楓有限元方法、并行有袋元方法、智髓型鴦隈元方法、超級鴦限元方法等。這燕先進(jìn)愚憨方法靜發(fā)展，逐步克服了傳統(tǒng)豹在物聯(lián)建模、計算效率和分析糖度等方面所存在豹一些不足。有限元法越源有鞭元法的基本愿想最早國璦予世紀(jì)年代初期，但是寞到年，莢溺鯰克撾夫在一篇論文中酋次使用“蠢限元法”這個名詞。在世紀(jì)年代末年代初，有限單元法在理論上濺基本成熟，并開始陸續(xù)出現(xiàn)商業(yè)他的有限元分板軟件。有限元法的出現(xiàn)與發(fā)展有著深刻的王程背景。擻紀(jì)每代，美、英等嗣的飛機(jī)

30、嘉造披存大幅度翡發(fā)展，隨蔫飛極績穩(wěn)鮑逐激變純，準(zhǔn)確蟪了解飛機(jī)的靜態(tài)特性鞠動態(tài)特性越來越皴褥迫切，僚是傳統(tǒng)的設(shè)計分析方法意經(jīng)不自§滿足沒計靜需要，因茂工程設(shè)計人員便開始尋找一種更適合分析的方法，于是出現(xiàn)了有限單元法的思想。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個單元”，著在每個單元中設(shè)定有限個節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連接的一續(xù)幫元的集合體；嗣對選定場遵數(shù)的節(jié)點(diǎn)值佟為纂零未熟量，勞在每一單元中鎂滾一近似搖僮函數(shù)戳表示單元中場函數(shù)的分布溉律；進(jìn)兩剩露力學(xué)中的菜熊變分原理去建立粥以求解節(jié)點(diǎn)未知黛的有限元法方程，從而將個連續(xù)域中的無限留由度悶題化為離散域中的有限自由度問題。一經(jīng)求

31、解就霹以羽髑解褥的節(jié)點(diǎn)鑲和設(shè)定購撬值舔數(shù)確定單元上以至熬個集合體上豹場函數(shù)。蠢漿元求解程序豹內(nèi)部過程可從圖中看出。莖篷整墨塑！塞篷墼爰壁整黧鏖絲整÷，±一，鹽篡茭墊堂整垂塑窒壟麴毒限元程序強(qiáng)由于單元戮設(shè)計成不同的幾何形狀，因囂可靈活地模擬和邋近復(fù)雜的求躲域。照然，婦裂搖值函數(shù)滿足定要求，邋著攀元數(shù)疆的增加，解的精度會不斷掇嵩麗最終收斂予瓣題懿精確怨。恩然從壤論上說，無羧藩縫磺秀援攀元豹數(shù)強(qiáng)可以使數(shù)值分褥鰓最終收斂予隧鼷的精確解，但是這卻增加了計算機(jī)計算所耗費(fèi)的對聞。在實(shí)際工程應(yīng)用中，哭瑟所得的數(shù)據(jù)能夠滿足工程需要就足夠了，因此，有限元分析方法的蒸本策路就是在分櫥的耪度和分析

32、靛辯閹上找到一個最佳平衡點(diǎn)。商限元鬻閹求語（）氅元結(jié)攙單元的網(wǎng)袼翊分中的每一個小豹塊體稱炎一個摹元。常覓的馨元類型蠢線段妻華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文單元、三角形單元、四邊形單元、四箍體單元和六兩體孽元幾種。出于單元是組成套限元模型的基礎(chǔ)，因此單元的類型對于有限元分析是至關(guān)重瑟的。一個有限元程序所提供豹單元種類越多，這個程序豹功能則越強(qiáng)大。（）節(jié)點(diǎn)確定單元形狀的點(diǎn)就列節(jié)點(diǎn)。例如線段擎元只蠢兩個節(jié)點(diǎn)，三角形零元有三個或囂六個節(jié)點(diǎn)，唾邊形單元至少有翻個節(jié)點(diǎn)等。（）載荷工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力稱為載荷。包括集中力幫分布力等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義也不盡穗同。（）邊界條件邊界條饞就是攙結(jié)構(gòu)邊賽上掰

33、受到的外加約束。在有限元分據(jù)中，邊界條件的礁定是非常重要的因素。錯誤的邊界條件的選擇往徒使有限元中的剛度矩陣發(fā)生奇異，使程序無法正常運(yùn)行。施加正確的邊界條件越獲褥正確的分析結(jié)槊和較高的分柝精度的重要條傳。禱限元輿體分析過程（）結(jié)構(gòu)的模型化指從現(xiàn)實(shí)物理磚象中撼象出反映結(jié)構(gòu)孝亍為特攝的理想他數(shù)學(xué)模黧【。涉及多個層次，包括根據(jù)對物璞悶趲豹璞解抽象懣物瑾模型弗轉(zhuǎn)化為適當(dāng)弱計舞力學(xué)模型。郎包括物理模型化和數(shù)嬗摸懋優(yōu)兩個階級朝。在物理模型化階段，需確定結(jié)構(gòu)的所有典型的物理特征及基本的力舉特征，識別主要載荷等。在數(shù)值模黧憂階段，需定義結(jié)構(gòu)的幾何形狀，選擇表達(dá)結(jié)構(gòu)物理行為特征的數(shù)學(xué)摟述及攮型豹離散化。由于不受

34、幾何形狀謦秘邊界條件及材辯特征的限制，毅露適用瞧狠強(qiáng)。（）模型酶求解完成數(shù)僮模型驗(yàn)求解，涉及計算方法、分折軟佟及模型參數(shù)的選擇和大鬣代數(shù)方程的求解運(yùn)算【。數(shù)值模型求解還包括有限元的精度估計及據(jù)此修改模型后的黧新求解。（）有限元解豹解釋評價及摸懋修改勰釋評價是將存限元數(shù)傻維采與原聞題的物理征聯(lián)系越來驗(yàn)涯模型中髓綴設(shè)及續(xù)巢的合璦羲，一般蘺次有限元鰓很少麓滿足要求，通常黌根撼檢驗(yàn)結(jié)柴或設(shè)計要求修改數(shù)傻模型，良得到滿意的結(jié)糶。有限元先進(jìn)算法華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（）蠢適暾有限元方法趣遙應(yīng)有限元方法是一種能通過自適瘦分櫥翔動調(diào)黎算法以改進(jìn)求解遴程豹數(shù)值方法瞄”。根據(jù)求解的精度要求和誤麓容限裔適應(yīng)選擇有

35、限元網(wǎng)格和形函數(shù)階次。它以傳統(tǒng)靜囂為蒸礎(chǔ)，以誤差估詩和蠡逶斑溺格改進(jìn)技術(shù)為核心，是通避農(nóng)鞭元網(wǎng)格和形函數(shù)的褒動選擇掇離求鰓豹精度積效率。鑫逶應(yīng)豹發(fā)展，極大泡提高了裔隈元數(shù)壤分析的效率和精度。它幫、優(yōu)豫設(shè)計、計算機(jī)可褫化等先進(jìn)技術(shù)的綴合，饅工程設(shè)計的貊動純程度大掇贏。已成為發(fā)展的一個重要方向。鹺前對線瞧閥透崖適應(yīng)性豹研究已較為成熟。對菲線性問題的磷究述較少。隨餐非線性工程問題的翻蘸突逝，譙此領(lǐng)域發(fā)腱露適應(yīng)技術(shù)非常必要，也很奄意義。（）隨機(jī)有限元方法毽楓有限元方法燕一種利用常規(guī)的確定憾和概率分析技術(shù)求麟隨機(jī)結(jié)構(gòu)潤題豹蘧梳數(shù)俊方法”。它霹以考慮奉季料特性、幾可特性、俸用載荷等客觀上的隧梳可交瞧。即禚

36、物壤建模上將客瘸不定性搐述為髓椒量，建立的是隨砜模型。其分撰過程主要包犄隨機(jī)結(jié)掏瓣離散純幫隨祝鴦限元控制方程靜求解，最終晷的在于傣計結(jié)構(gòu)的霹靠性。隨機(jī)有隈元在物理建模上更加符合客觀實(shí)際。在模型級合理處瑗有關(guān)隧楓效廒，褥使結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計更加合壤。（）并行有限元法隨著計算襁技術(shù)的發(fā)展，年代出現(xiàn)了采用新型體系結(jié)構(gòu)的大越并行計算橇和可佟并幸予處理的微機(jī)網(wǎng)格，使詩算機(jī)的運(yùn)算速成度有了大幅的提嘉。因時，各種數(shù)值分孝廳算法的并行純得弱快速發(fā)展。為適疲并幸亍雛的優(yōu)點(diǎn)，逐漸形成了并彳亍有限元輿法御。著行蠢限元瓣發(fā)展在于提贏存羧元分櫥能運(yùn)算速度。由予工程菲線健問題瓣態(tài)閆遂和大燮麓雜結(jié)梅麴分輯囂常耗眩，在這些領(lǐng)域

37、研究和應(yīng)角勢行蠢限霓綴套意義猙戤。（）智能型鴦鞭元方法般指以計算力學(xué)和特定工程領(lǐng)域的集體知識為襖據(jù)豹有限元專家系統(tǒng)，楚集模墅化過程、有限元分豐廳和解釋評價予一體的智能純分析系統(tǒng)。匿前的專家按其功能分，霉包括智能化前溻系統(tǒng)和模型化系統(tǒng)鼴炎。智能仡前端系統(tǒng)主要幫助用戶根據(jù)闖題的物聯(lián)特性進(jìn)行分析決策、準(zhǔn)備輸入文件、選擇適當(dāng)?shù)那蠼夥椒ê蛙浖?。模型化系統(tǒng)則幫助用戶輾據(jù)問題的掇撲特性和載荷特性，模型化物理聞題，建立有限元樓黧，并結(jié)合蘸端系統(tǒng)生藏輸入文牛。（）超級有限元法怒級裔限元法是將原多掏牛系統(tǒng)假設(shè)為連續(xù)體，按實(shí)體翊傳統(tǒng)有隈元的離散方法離華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文散結(jié)構(gòu)，使每個單元含大量構(gòu)件，同辯選取總

38、體自由度。再對每個構(gòu)件進(jìn)行一般有限元分輯】。由于結(jié)構(gòu)離教所形成的每個擎元中包含大爨構(gòu)牛，因麗稱為越級元，越級單元肉任一點(diǎn)的力學(xué)量和所存內(nèi)都構(gòu)件豹自由度被總體自由度敷約寒，可將所有肉郝自由度轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的總體自由度求解。從而可有效地降低求解模，減少計算工作量。有黻囂分撰軟件余臻（）作為檄癸藩名的大型通用工程仿真軟件，被廣泛疲耀于各個行效的設(shè)計、有限元分櫥、機(jī)械運(yùn)動仿真巾包括靜力、動力、流體、熱傳導(dǎo)、電磁場、管道、工芑滾搖設(shè)計等，§§夠幫助設(shè)計入員頸溺和撿驗(yàn)在真實(shí)狀態(tài)下的各耱情況，快遽、低成本完成更安全更可靠的設(shè)計項目。以其分析功熊齊全，使用操作簡便和對硬件的要求低，在從事設(shè)計分

39、析和科技工作者中享有感譽(yù)。作為中高檔分板工具的代表之一，在汽車、電予、航空航天、醫(yī)學(xué)、翻用品生產(chǎn)、軍事、電力系統(tǒng)、石油、大型建筑以及徽魄予機(jī)械系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中均蠢廣泛應(yīng)愛。工程師懿逐過使懲乙進(jìn)行設(shè)計，虛擬測試和健能分析，縮短了產(chǎn)品投入市場的雕間，并能以更低的成本制造出優(yōu)質(zhì)藤可靠的產(chǎn)菇。（）州￥程序楚美圜刪￥公磷司鍘瓣大型鴦限元分析軟傍，現(xiàn)在已發(fā)展成為念球范圍一個多用途豹設(shè)計分析軟傳。程凈是一個功能強(qiáng)大的設(shè)計分櫥及優(yōu)優(yōu)軟件包。怒完全的程序，從麗使應(yīng)用熙加方便，產(chǎn)鼎系列由一整套可擴(kuò)展的、靈活集成的各模塊組成，函而蘸滿足備行各業(yè)的工程需要。不僅可以進(jìn)行線性分櫥，述霹毆進(jìn)行備類罪線性分輯，是一個綜合的

40、多物理場藕合分掇軟譬，用戶不但可用其進(jìn)行結(jié)構(gòu)、熱、流體流動、電磁等豹單獨(dú)研究，還可以進(jìn)褥這熙分毒斥的稆互影響研究【”。挖掘機(jī)工作裝墨設(shè)計方法現(xiàn)狀分析隨麓科舉技術(shù)的發(fā)熊各種分孝廳技術(shù)秘分零斤軟件的發(fā)展，挖藏梳瓣設(shè)計承平發(fā)生了蔟的飛躍。但跫我公司挖掘機(jī)的設(shè)計卻沒有跟上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是工作裝鬣的設(shè)計常落后。多年寒，工作裝鬟的設(shè)計一壹采藤類比法，這靜設(shè)計方法在一定程凄上存在鬻蠢囂譙，容易形成設(shè)計中的“人為”虛力集中點(diǎn)，造成結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的削弱甚至破壞。弼工作裝置備結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核魄一直沿用材料力學(xué)等提供的傳統(tǒng)計算方法。雖然這些方法蠢一定的科學(xué)惶和霹靠性，侄由于各構(gòu)件結(jié)構(gòu)院較復(fù)雜，在遴行詩算對對計算

41、模型要進(jìn)行許多簡化，計算精度較茇，應(yīng)懲時印使取較大酌安全系數(shù)，也沒法游除人為的應(yīng)力集中點(diǎn)。按這種方法設(shè)計生產(chǎn)出來的產(chǎn)赭，只是外觀上看上去很強(qiáng)壯，剛性很好，假在使華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文閔過程中鬻發(fā)慧殲焊、開裂等現(xiàn)象，致使整個工俸裝鬻報廢，造成重大綴濟(jì)損失。從（現(xiàn)在明一）的工俸裝黌設(shè)計程使用情況就是以說明這種設(shè)計方法存在很多閼遂。孵工偉裝置設(shè)計時，各結(jié)構(gòu)件援楗厚度，裁露形狀簿都是參照國外間類先進(jìn)承平挖搬楓進(jìn)行設(shè)計的，趟其佼震效采去】遠(yuǎn)邋沒有達(dá)到先進(jìn)挖掘機(jī)的水平。動臀茬支廉、中支座，油缸霉板處甚黧板材都出現(xiàn)開裂；斗稈厥支座、油缸鮮板處也出現(xiàn)開裂璐象；鬟嚴(yán)黧的怒鏟斗鍘板農(nóng)切測板、鍘板鞠斗底板焊縫經(jīng)常

42、開裂。其中鍘逡水平低是其中個因素外，像露莛要的是設(shè)計方法落螽，特別是工作裝置結(jié)梅件豹載穩(wěn)鄢強(qiáng)度計算方法落后。王佟裝爨動臀、斗釋、鏟斗激及透枵楓桷秘各種王傳液愿缸綴戲。對這些續(xù)構(gòu)傳豹分析計冀，首先廒確定備結(jié)構(gòu)件的最不利工況，邸在這工況下對萊一構(gòu)件可熊出現(xiàn)最大的應(yīng)力，以這工況作為設(shè)計該結(jié)構(gòu)譬游依據(jù)，巍藏是強(qiáng)度設(shè)詩中計露像置能選耩，計算鬻式和載萄的確定。然慝根據(jù)這一計籜位矍，對構(gòu)件進(jìn)行捧腭力分析，進(jìn)萼亍強(qiáng)度的校核。從這可以蓉出最不利工況瓣選取成為縮褥設(shè)計和強(qiáng)度校孩煞關(guān)鍵，最不稠工況選淑的準(zhǔn)礁與否識靛關(guān)系列強(qiáng)度校核的準(zhǔn)確性。其次怒強(qiáng)度校核的準(zhǔn)確憔，尤其楚結(jié)構(gòu)件中新面突變、外形突變處的準(zhǔn)確性是結(jié)構(gòu)睪設(shè)計

43、的另一羹要方藤。科工佟裝囂設(shè)計辯，工囂裝鬟各結(jié)構(gòu)體的最不鍘王況校撰教科書提供的方法避行選取。動臂、斗杼備選取兩個典型位置作為最不利工況。如動臀選取以下兩個位置：動禱波筵缸全縮，韻臂穰予最低，斗齒尖、鏟斗與斗糨鉸點(diǎn)、斗杼與動臀鉸點(diǎn)三點(diǎn)盈予穗贏線上，鏟斗挖掘，斗逸翡遇到障薅辯；動甓經(jīng)于渤臀液題缸你用力劈最大馕處，斗杼渡滕缸侔用力髂最大（斗檉蕊緞與萼稃怒部軸線夾焦痰對），鏟斗發(fā)攆最大挖掘力僚鬣，進(jìn)行正常挖擒。國予影響挖掘極挖掇力馳因素很多，如三個工佟液壓瀣的題配、整機(jī)穩(wěn)定瞧聞題等，并且各釩型腦工依裝囂備鱧擒傳戇形式不一，這兩個典受便鬣不一定愚翮動臀斑璐最大應(yīng)力的位援。按這樣選取崗來的工況俸為最不利王

44、況滋行強(qiáng)度校核，其計繁的準(zhǔn)確性當(dāng)然不能保歪。蝌設(shè)詩時，工作裝置動臂、斗稈的強(qiáng)度校核墩哭怒選取幾個躲藏（鉸點(diǎn)掰在敝蕊、外形突變處以及內(nèi)力較大的斷蕊）進(jìn)行強(qiáng)度的授核，然后根據(jù)這幾個斷西的強(qiáng)度推斷整個掬牛的強(qiáng)度。設(shè)計入員不能準(zhǔn)確遺了解熬個構(gòu)釋麴應(yīng)力水平，更發(fā)琥不了構(gòu)傍的應(yīng)力集中煮，沒法消除設(shè)計的內(nèi)在缺陷。這樣設(shè)計出來瓣動鷲、斗釋蹬現(xiàn)斷裂是難免的。鏟斗南予雛形復(fù)雜，加上載荷情況較復(fù)雜，設(shè)計辯根本就沒有道矛亍強(qiáng)度校核。因戴實(shí)際工終辯蠲嬤烊縫開裂。從以上分毒慝可以謄出：要想提禽挖掘機(jī)王作裝鬣的設(shè)計水平，蘺先最不嗣工況的選華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文取要準(zhǔn)確，其次楚提高各構(gòu)件的強(qiáng)度分析計辣精度。要找出最不利工況

45、，最好的辦法是對挖掘機(jī)所有王況及其挖掘過程中的干酉個位麓進(jìn)行作用力分櫥和對備結(jié)構(gòu)件送行較多豹霹熊怒陵斷謠進(jìn)行應(yīng)力計算，從露找搬陂力最大的工況。箍著電子計纂機(jī)的普及和疲用，這已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。我公司和太琢熏整機(jī)械學(xué)院聯(lián)合研制的液壓挖糖楓驤助設(shè)計程事系統(tǒng)（筒稱），其中有一矮廉用稷序運(yùn)動妨真分櫥，可以模薹實(shí)舔挖掘工凝，遴行工佟裝囂器構(gòu)傳的受力分析和挖獺全過程酌強(qiáng)度普查。透進(jìn)該軟孛豹邋動彷爨分析可以受準(zhǔn)確地我出最不稍工況。隧潛有限元分櫥方法的發(fā)展幫各種分豐廳軟傳的出現(xiàn)，對于斷露變化較大，外形復(fù)雜的工佟裝置備結(jié)構(gòu)件，不僅可通過毒限元法進(jìn)行分析會西媳了解整個構(gòu)件的應(yīng)力水平，箍置能找出皮力集中點(diǎn)予以消除，饅工作

46、裝羆的結(jié)構(gòu)設(shè)計獲褥可靠弼又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。本耄小結(jié)酋斃麓要介紹挖掘機(jī)工作裝鼗設(shè)計分析的工狂分析計算和有限元法檄述。然聰筵癸分撬現(xiàn)有工作裝置設(shè)計方法垂尊缺點(diǎn)，著攢出提離設(shè)詩水平的方法。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文挖掘動臂計算方法研究挖撼機(jī)動甓計算王咒選取由予挖掘機(jī)工佟裝囂佟業(yè)速度比較氐，試驗(yàn)結(jié)栗表明靜瘟力測試值與動態(tài)測試的高峰德狠按近，所以工俸裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析主要采用靜強(qiáng)度法，西鼗確定綾棗黿的最大應(yīng)力或最危險載葡成為縮構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的關(guān)鍵。關(guān)于挖獺機(jī)動臂載荷及強(qiáng)度計算，過去基本上都是采用典塑王況方法。一般認(rèn)為在挖掘工作中，以下兩彈工況動臀可能出現(xiàn)最大載蘅：（）動臀液巫數(shù)全縮，動臂瘦子簸低，

47、斗齒尖、鏟斗與斗釋鉸點(diǎn)、斗釋與凌臀鉸點(diǎn)三點(diǎn)位子纛豪線上，鏟斗挖掘，斗邊齒遇到障礙辯；（）動臂位于動臀液疆缸作用力臀最大值處，斗杼液疆缸作熊力臂最大（斗栝壓缸與斗稈尾部軸線夾角度時），鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位囂，進(jìn)行正常挖掘。所以傳統(tǒng)方法計算時將這兩干孛作業(yè)位囂和載穗工況作為動臂強(qiáng)度計算的典型工況。但實(shí)際作業(yè)辯，真的是這兩種王況動膂的應(yīng)力最大褥？壹觀分拆會提出這樣的疑問，對于不同的動臂的結(jié)梭參數(shù)秘動力學(xué)參數(shù)，冀所有部位最大應(yīng)力所對皮的工況都一定是上遮的“典型工況”嗎？通過對多種挖掘楓及不同作業(yè)方式、作熊位囂和載猿型式遴行仿真，絡(luò)采顯示上述典型工況不一定楚最大應(yīng)力工況，由于動臂機(jī)構(gòu)尺寸鞠動力學(xué)參數(shù)的不

48、蠲以及結(jié)構(gòu)特征不弼，最大疲力工況也不一樣。運(yùn)動傍糞運(yùn)動仿糞髖楚殿用計算楓方法，模擬各種作業(yè)造程，將挖掘稅作業(yè)時的真實(shí)性態(tài)反映班來，醬蠢和分析渤臀在作業(yè)過程中的載荷稻強(qiáng)度狀況。方法及模型如下：（）將連續(xù)作渡過程離散化。挖掇楓工作裝囂商三組油氛構(gòu)成了三個彥由度，因此律渡方式（互況）變化多樣。采用愉當(dāng)?shù)脑畡澐椒?，將憑限個辛逆工況織納為有限個工況，將每個王況的作業(yè)性態(tài)計算出來，就能反映挖掘楓的實(shí)際作業(yè)性能。如將動臂、斗枵、鏟斗作業(yè)過程中的轉(zhuǎn)角范圍離散化為個轉(zhuǎn)角位凝，整個工作裝置麟有個作業(yè)位鼴，也就代表罄個作渡工況。詩舞每個作業(yè)位髓動黎的載菏和紿構(gòu)繪定部位昀應(yīng)力，整個作潼過程動鷲的強(qiáng)度情況就能反映出來。（）載荷型式取三糖典型的組合挖掘阻力均稚在切削叛上，按集中載荷彳乍用于斗刃的中部（巨）；挖掘照力作用于鏟斗的邊滾，作罔于鏟斗的外側(cè)圖）；華中科技大學(xué)頸士學(xué)位論文挖搦阻力作用于鏟斗的邊蓬，同時有橫辯力的作雕（圈一）。（，）式中：；，§一圓轉(zhuǎn)制動力矩；斗齒到圈轉(zhuǎn)中心的水平距離；卜機(jī)器黧量對一調(diào)履帶的重力矩注：三種載旖均不考慮法向阻力。強(qiáng)一蘭秘典型動臂載荷綴合圈第靜載旖組合可以麓純?yōu)榈谝环N載藕縫合靜基礎(chǔ)上再辮加一個力偶矩，第種載穗組合又是在第種載合組合上多了個力。仿真時，分剮按三種載荷綴合方式，個動臂、斗杼、鏟斗轉(zhuǎn)角進(jìn)行，綴合起來就有個作鼗工況。盛然，取鑲越大，就越接近連續(xù)乍渡過