挖掘机关键零部件力学性能分析

摘要

挖掘机的工作装置及转台作为直接受力结构，其各方面的性能对挖掘机整机的工作性能、可靠性等方面有着重要的影响。由于作业对象的复杂性、挖掘姿态的多变性等因素的影响，工作装置及转台受力情况十分复杂，挖掘机长时间在恶劣环境下工作，动臂、斗杆及转台等关键零部件的应力集中位置可能会出现疲劳裂纹甚至发生断裂，因此，须通过有限元法对挖掘机关键零部件进行强度分析。
　　本文利用ANSYS对某21吨液压挖掘机的工作装置及转台进行有限元分析，确定其的危险部位，为挖掘机载荷谱测试提供参考依据。根据强度分析结果以及室内加载试验的实际情况确定试验姿态，通过对各试验姿态下工作装置及转台模型施加不同的力以确定各构件上应力与所施加载荷之间的关系，为疲劳试验载荷谱的施加提供参考。首先，根据挖掘机作业对象及切削过程、挖掘受限因素以及偏载情况，对挖掘阻力、理论挖掘力和侧向挖掘力进行分析；确定7种典型的挖掘姿态，并计算各姿态下的切向理论挖掘力和侧向理论挖掘力。其次，建立工作装置及转台的整体有限元模型，采用杆单元模拟液压缸，运用耦合自由度的方法对销轴连接进行处理，分别对正载和偏载工况下各姿态的整体模型进行有限元分析，确定动臂、斗杆和转台上的危险部位，其中，动臂上的危险部位主要在耳板与动臂的焊接处和轴套（动臂和动臂油缸连接销轴轴套）与动臂的焊接处；斗杆上的危险部位主要集中在斗杆与动臂连接的铰孔处以及该铰孔所在的板边缘处；转台上的危险部位主要位于与动臂油缸连接的耳板下端与转台的焊接处、与动臂连接的耳板下端与转台的焊接处。最后，根据强度分析结果和室内实际加载情况确定姿态3和姿态7为室内加载姿态，分别对工作装置及转台整体模型施加一定范围内的载荷，进行有限元分析。在动臂和斗杆上各选取几个位置提取应力值，确定构件上所选位置处应力与外载荷的关系。

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第一章.绪论

1.1挖掘机基本概述

1.2研究背景

1.3国内外研究现状

1.4论文主要研究内容

第二章.工作装置受力分析

2.1挖掘阻力的计算

2.2 理论挖掘力的计算

2.3 侧向挖掘力的计算

2.4挖掘姿态的确定

2.5各姿态下挖掘力计算结果

2.6小结

第三章.挖掘机关键零部件有限元分析

3.1模型的建立

3.2正载时静态有限元分析结果

3.3偏载时静态有限元分析结果

3.4正载与偏载结果比较

3.5小结

第四章.构件应力与外载荷的关系

4.1试验姿态的选取

4.2姿态3下各构件应力与外载荷的关系

4.3姿态7下各构件应力与外载荷的关系

4.4小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢