基于有限元分析的挖掘机动臂强度校核及轻量化设计

摘要

在挖掘机行业原材料价格飙升、竞争日趋白热化的残酷现状下,为降低挖掘机工作装置质量和整机能耗,以某型21 t级挖掘机动臂为研究对象,将CROE软件中创建的三维模型导入有限元分析软件,去除不影响分析结果的细小结构,提升划分网格的质量,将形状规则的板类零件划分成六面体单元,结构较复杂的前、中、后支承支座划分成四面体单元,建立数学分析模型;在挖掘机最大负载典型工况下,分解计算各铰点受力;在有限元模型中以remote force型式加载到相关位置,动臂根部采用fixed support加以固定约束,随后进行有限元分析。根据应力分布结果,在确保动臂结构强度前提下,优化斗杆油缸支座等高应力区局部结构,消减结构强度过剩低应力区域的相关板材厚度;对比轻量化设计前后强度,实现动臂质量减轻7%,最大应力降低8.8%,结构强度完全满足要求;轻量化前后整机进行油耗对标测试,轻量化后整机油耗降低了3%。将有限元分析和轻量化设计相融合,实现设计过程数据量化,避免设计缺陷,降低设计、制造成本。