第34卷第6期2009年12月广西大学学报:自然科学版JournalofGuangxiUniversity:NatSciEdVo.l34No.6Dec.2009文章编号:10017445(2009)06077406基于MATLAB和ANSYS的挖掘机工作装置结构静强度分析1,2111(1中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;2湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100)摘要:液压挖掘机反铲工作装置结构的复杂性和边界条件的多变性给对工作装置强度分析带来了很大困难。在对挖掘机工作装置受力分析的基础上,编程自动求解挖掘范围内各铰点受力,利用坐标旋转变换,得到用于各构件有限元分析的边界载荷,最后在ANSYS中编写载荷步文件自动对构件进行多工况静强度分析。实现了各构件有限元网格模型的共享和边界条件的自动获得,为各构件的多工况有限元分析提供了新的方法;同时也大大降低了对工作装置进行静强度分析的工作量。关键词:MATLAB;ANSYS;挖掘机;工作装置;静强度中图分类号:TP3919文献标识码:AStaticstrengthanalysisofworkingdeviceofhydraulicexcavatorbasedonMATLABandANSYS1,2111(1CollegeofElectromechanicalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China;2HunanIntellectualFacultiesMechanicalLimitedCompany,Changsha410100,China)Abstract:Duetothecomplexityofthestructureofworkingdeviceofbackhoesinglebuckethydraulicexcavatorandvariabilityofboundarycondition,itisverydifficulttoanalyzeitsstaticstrengthTherefore,basedonanalysisoftheforceoftheworkingdevice,theforceactingoneachhingedjointwiththeworkingrangeiscalculatedbyprogrammingandtheboundaryloadforfiniteelementmethod(FEM)analysisforeachpartisobtainedbyusingthecoordinaterotationtransformFinally,staticstructuralanalysisofmultiworkconditionisaccomplishedautomaticallyinANSYSbywritingadocumentofloadstepsAnewwayoftheshareoffiniteelementmeshmodelandboundaryconditionobtainedautomaticallyisprovidedandtheamountofworkatstaticstructuralanalysisaboutworkingdeviceisreducedsignificantlyKeywords:MATLAB;ANSYS;excavator;workingdevice;staticstrength随着计算机技术的发展和有限元分析算法的日益成熟,有限元法在工程机械结构计算中得到了广泛的应用。有限元分析技术的基本流程是:前处理、计算和结果后处理分析。其中前处理往往要占用整个过程的大部分时间,而前处理主要工作是:网格的划分和边界条件的确定。传统针对挖掘机工作装置的有限元静强度分析往往是对典型工况分别建立有限元模型进行分析[17],而对于液压挖掘机工作装置这样复杂的结构,建立每一工况的有限元模型是一个非常耗时、费神的工作,其中有大量重复性工作;同收稿日期:20090820;修订日期:20090924ZHOUHongbing,WANGHuike,GUOXinhua,WANGShihuai周宏兵,王惠科,过新华,王世怀基金项目:国家863项目(2003AA430200)通讯联系人:周宏兵(1967),女,湖南长沙人,中南大学副教授;Emai:lzhbjcr@yahoo.com.cn。Ripi第6期周宏兵等:基于MATLAB和ANSYS的挖掘机工作装置结构静强度分析775时,在对挖掘机挖掘范围内各铰点受力情况不清楚的情况下,选定一些典型工况进行分析,存在一定的盲目性。针对上述问题,本文利用D-H坐标变换,计算各点的空间位置,利用矢量法对挖掘机工作装置进行受力分析,利用MATLAB编写相应计算模块,自动计算挖掘范围内各铰点力,再利用坐标旋转变换,把相对于基坐标系下的力转换到各构件物理坐标系,就可以实现各构件网格模型的共享和力边界条件的自动获得;同时通过对程序计算的结果进行再处理,易于找到各构件的危险工况,减少了有限元分析的盲目性。1坐标系的建立以及坐标变换挖掘机可看成是由一系列连杆通过转动关节串联而成,关节的相对转动导致连杆的运动,以实现铲斗所要求的位姿。研究连杆机构之间的位移关系,根据D-H齐次坐标变换,连杆坐标系i相对于坐标系i-1的变换矩阵i-1Ai称为连杆变换,其修正形式的变换式为[8]:cosi-cosisinisinisiniicosii-1Ai=i-10i-11=sin0icosicossinii-sinicoscosiiisindii,(1)0001其中,i-1Ri是前后坐标系旋转变换;i-1pi是31的向量,表示点的位置。为了对挖...
