第1页共4页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页共4页轮式装载机工作装置的有限元分析摘要:针对SDZ20型轮式装载机的工作装置,建立了与实际情况吻合的三维有限元模型,在典型载荷工况下,对其进行静态结构分析,得到了整个工作装置的应力、变形分布。分析的结果可作为装载机工作机构设计和结构优化的依据,并对工程机械及同类结构有一定的指导意义。关键词:装载机工作装置有限元FEMAnalysisinWorkingDeviceofWheelLoader(Die&moldengineeringtechnologyresearchcenterofShandongUniv.)LiMengxianLuanYiguoGuanYanjinAbstract:Inthispaper,a3DFEMmodelisconstructedaccordingtotheworkingdeviceofSDZ20wheelloaderinpracticalloadcase,thestaticstructuralanalysisiscarriedoutunderthetypicalload,andthestressandstrainfieldsareobtained.Theresultprovidesthebasisfordesigningtheworkingmechanismandoptimizingtheconstructionofwheelloaders,andhasgeneralguidanceinsimilarconstructionofEngineeringMachine.Keywords:LoaderWorkingdeviceFEM1引言装载机是工程机械的主要机种之一,广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。国外装载机发展迅速,而我国装载机在设计上存在很多问题,其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面[1,2]。由于采取“类比试凑”等设计方法在一定程度上存在盲目性,容易形成设计中的“人为”应力集中点,造成机构整体强度的削弱甚至破坏。按这种设计生产出的产品,外观上看上去很强壮、刚性很好,但却有内在的设计缺陷,使用过程中常因工作装置结构强度等原因,产生开焊、甚至断裂等破坏,致使工作装置报废,造成重大经济损失。本文将以SDZ20型装载机为例,建立有限元模型,在典型工况下用MARC软件进行静态结构分析,获得工作装置整体的应力及变形分布。其结论对该种结构的优化设计有一定的指导意义。2工作装置结构受力破坏与力学特征2.1工作装置的结构如图1所示,工作装置由铲斗、动臂、横梁、支撑、摇臂、拉杆等组成。各构件之间由铰销联接,有相对转动。为了增强摇臂、支撑的刚度,在摇臂及支撑之间有筋板连接,在计算时,可以将其视为一体。动臂上铰点与装载机前车架铰接,中部铰点与举臂油缸铰接;摇臂上铰点与翻斗油缸铰接。用MARC对其图1工作装置结构第2页共4页第1页共4页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第2页共4页做有限元静力分析中,认为工作装置各铰接处没有相对转动。动臂是工作装置的主要受力部件,其截面形状为矩形;又因其长、宽方向远大于厚度方向,故可以用板壳元对动臂进行离散。横梁截面为箱形,为焊接结构。摇臂和支撑也是焊接结构,其焊接板的截面均为矩形。考虑各构件的厚度远小于其它两个方向的厚度,可以认为均为板类零件。2.2结构受力与破坏特征装载机整体结构为对称结构。分析装载机插入、铲起、举升、卸载等的作业过程可知,装载机载初铲时,工作装置受力最大。在整个工作过程中受到的外界载荷为不变载荷,主要是物料的重量以及机构自重。由于物料种类和作业的条件不同,装载机工作时铲斗切削刃并非均匀受载,一般可以简化为两种极端情况:(1)认为载荷沿切削刃均匀分布,并以作用在铲斗切削刃中点的集中载荷来代替均布载荷,称其为对称受载情况;(2)非对称受载情况,由于铲斗偏铲、料堆密集情况不均,使载荷偏于铲斗一侧,通常将其简化为集中载荷作用在铲斗最边缘的斗齿上。这两种处理方法都是偏于安全的。当结构受力超过其极限载荷,材料发生塑性变形直至开裂(焊接部位)或断裂。3有限元模型的建立及边界条件工作装置作为装载机的主要工作部件,强度和刚度必须有充分的保证。根据工作装置的结构特征,建立起与其对应的有限元模型。3.1单元类型的选取有限元网格划分工作装置的各板厚度均匀,且长宽相比较小的多。根据经典薄壳理论假设,厚度小于中面轮廓尺寸1/5的为薄板。因此可以采用空间板壳单元进行网格划分。考虑四边形单元比三角形单元具有更高的计算精度,而三角形单元比四边形单元更利于拟合过渡,所以采用四...