单斗液压挖掘机的有限元静强度分析.doc

*** 对 450LCL 单斗挖掘机的有限元静强度分析 1 对 450LC 单斗挖掘机的有限元静强度分析(机械工程与材料能源学部学号: *** ) 摘要: 本文使用 ANSYS 有限元方法对 450LC 液压挖掘机的动臂进行静力强度分析,包括利用中性面法进行有限元动臂模型的建模、单元和实常数的确定、网格划分、计算载荷的确定、施加约束和载荷、刚度与变形的分析等, 得出动臂的应力云图与应变图, 找出其受力最大的区域。关键词: 挖掘机单斗反铲工作装置动臂中性面法单元实常数映射网格 1 挖掘机挖掘机是用来开挖土壤的施工机械。它是用铲斗上的斗齿切削土壤并装入斗中, 装满土后提升铲斗并回转到工作地点卸土, 然后再使转台回转、铲斗下降到挖掘面, 进行下一次挖掘。单斗挖掘机是只有一个铲斗的挖掘机。挖掘机是铲装运输机械中的重要一种, 在国民经济建设中发挥着重要的作用, 广泛的应用于矿山水利、道路施工建设、现代化国防建设和市政建设中。图1单斗反铲挖掘机图 2 反铲工作装置和动臂反铲装置主要由动臂、斗杆, 铲斗、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和四杆机构等组成。反铲主要用于挖掘停机面以下的土壤、基坑和沟壕等。是中小型挖掘机的主要工作装置。挖掘机工作装置在工作过程中其受力与运动的情况都比较复杂,主要体现在: (1) 作业对象千变万化,在多种土质条件与复杂的建筑工地现场使用,受力情况比较复杂; (2) 在工作过程中,每一个运动都是有 2 个或 2 个以上的部件参与工作; (3) 在挖掘的过程中,受拉压、扭转与振动冲击等多种载荷的作用,且随着挖掘机姿态*** 对 450LCL 单斗挖掘机的有限元静强度分析 2 的不同, 挖掘力的大小于方向都在不断发生着变化, 因而实际的挖掘力是不确定的。动臂是由左右侧板、上下盖板、前插板及其它辅助结构件等,动臂是挖掘机的关键件, 也是主要承力部件。 3 动臂的有限元分析挖掘机动臂的实体模型图: 1 X Y Z 45boom DEC 11 2010 10:35:14 AREAS TYPE NUM 图2挖掘机动臂实体模型图通常情况下需要首先建立几何模型, 然后根据几何模型生成有限元模型。在几何模型建立之前, 需要先分析实体的结构特征, 确定这些特征建立的先后顺序, 以及每个模型的建模方法, 使所建立的几何模型尽量准确接近物体的几何结构, 但对于结构形式非常复杂, 而对于要分析的问题来讲又不是很关键的部位, 应根据实际情况进行简化, 使特征尽可能的简单, 参数尺寸尽可能的少, 以便降低建模难度, 节约工作时间。在进行了上述的分析后, 然后利用 ANSYS 提供的建模命令来创建动臂的三维模型。 选取有限元单元和定义材料属性本次的动臂建模采用 Shell 板壳单元 8nodes9 单元类型。单元实常数是依赖于单元类型的单元特性, 对于 Shell 板壳单元, 其单元实常数为厚度。本次建模中, 由于动臂各组成部分的厚度不同,其赋予的实常数值也不同。本次建模中,对 Shell63 单元共赋予了 11 个不同的厚度实常数。动臂主要是由钢板焊接而成, 根据实际模型, 可选择 3。密度 3/ mm g