挖掘机大小臂结构图|反铲式液压挖掘机动臂有限元分析

 2018-11-19 12:58:51  |  编辑:厄尔挖掘机  |  阅读:371  |   液压油缸  反铲挖掘机  受力分析  有限元分析  结构图
[导读]:本文(《反铲式液压挖掘机动臂有限元分析》)由来自汕尾的客户投稿,并经由本站(厄尔挖掘机)结合主题:挖掘机大小臂结构图,收集整理了众多资料而成。主要记述了有限元分析,反铲挖掘机,受力分析,液压油缸,结构图等方面的信息。相信从本文您一定可以获得自己所需要的!

反铲式液压挖掘机

动臂有限元分析

刘庆荣

山东豪迈化工技术

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引言

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引言

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引言

挖掘机具有机动性强、操作灵活、工作效率高等特点,已经成为现代生产建设中不可缺少的工程机械。随着科学技术的不断发展,用户对挖掘机工作装置的整体性能、强度、刚度等提出了更高的要求。而动臂是挖掘机工作装置中主要机构之一,设计的优劣直接影响斗杆和铲斗的挖掘能力,进而影响整个工作机构的性能。本文以反铲式液压挖掘机为例,应用有限元分析的方法,对动臂在三种典型工况下的强度进行分析,期望能为同类产品的结构优化与改进提供参考

[1]

1 反铲式液压挖掘机工作简述

反铲工作装置是中小型液压挖掘机的主要工作装置。反铲工作装置主要由动臂、动臂液压缸及其活塞杆、斗杆、斗杆液压缸及其活塞杆、铲斗、铲斗液压缸及其活塞杆、连杆和摇臂组成,如图1-1所示。反铲工作装置的动臂根部与上车的回转平台用销轴铰接,动臂液压缸的伸缩使工作装置升降,主要用于物料的提升以及卸载。工作装置的斗杆、铲斗、连杆机构和各液压缸之间均是采用销轴铰接的连接形式,各构件通过相对转动使铲斗进行挖掘作业。反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的物料,再通过平台的回转和下车的移位完成循环作用。

斗杆液压缸 2-动臂 3-油管 4-动臂液压缸 5-铲斗

1-斗杆液压缸 2-动臂 3-油管 4-动臂液压缸 5-铲斗

6-斗齿 7-侧齿 8-连杆 9-摇杆 10-铲斗液压缸 11-斗杆

图1-1反铲式挖掘机结构简图

挖掘机反铲工作装置主要应用于中小挖,其主要对停机面以下的物料进行挖掘。其挖掘方式主要分为:铲斗挖掘、斗杆挖掘、动臂挖掘以及铲斗、斗杆和动臂两两组合或三者组合的复合挖掘方式。其中,铲斗挖掘是以斗杆和铲斗铰接点为圆心,斗尖与该圆心的距离为半径进行挖掘,铲斗挖掘主要用于土质较松软的地面。斗杆挖掘是以动臂与斗杆的铰接点为圆心,斗尖与该圆心的距离为半径进行挖掘,斗杆挖掘常用于辅助挖掘机在较坚硬的土质里进行挖掘,保证能够装满铲斗。动臂挖掘一般不用于实际挖掘,常常用于物料的提升与卸载。而在实际挖掘过程中,大多使用铲斗与斗杆复合挖掘

[2-4]

2 动臂的受力分析

挖掘机工作装置的受力分析是设计和优化各部件具体结构的基础,只有在受力分析的基础上才能使挖掘机工作装置结构满足要求且不浪费材料,达到节约成本提高综合性能优化的目的。由于在挖掘中各部件的运动速度小,受力较大,所以从静力学角度来分析挖掘机动臂的受力。

动臂机构的铰接点有A, B, C, D, F五个铰接点,铰接点D, F分别与斗杆油缸和斗杆铰接,其受力可通过牛顿第三定律得到,所以只要对动臂上A, B,C三点受力就可以了。动臂机构的受力分析图如图2-1所示。

图2-1 动臂机构的受力分析图(一)

图2-1 动臂机构的受力分析图(一)

把动臂和动臂油缸各自分开来受力分析。动臂受到的力有重力G

2

,动臂油缸对动臂在铰接点B处得作用力F

BX

和F

BY

,动臂与机身铰接点受力F

CX

和F

CY

,斗杆油缸在D点的作用力F

DX

和F

DY

,斗杆与动臂铰接点F的受力为F

FX

和F

FY

如图2-2所示。以下为分析过程:

图2-2 动臂机构的受力分析图(二)

图2-2 动臂机构的受力分析图(二)

第一步:求动臂油缸AB施加于动臂上沿垂直于CB方向上的受力F

BV

将图2-1 B点的受力分析转化成沿CB连线方向的力F

BU

和垂直于CB方向上的力F

BV

,如图2-2所示。以C点为中心建立动臂的力矩平衡方程如下:

由式推得:

由力F

BV

和F

BU

受力分解得:

图2-3 动臂液压缸受力分析

图2-3 动臂液压缸受力分析

第二步:对动臂液压缸进行受力分析,求B点受力,如图2-3所示,图中F'

BX

= -F

BX

  F'

BY

= - F

BY

。对A点建立动臂油缸力和力矩平衡方程得:

整理得:

整理得:

整理得:

第三步:求动臂上铰点C的受力。对动臂整体建立如下力平衡方程并整理得:

综上所述A, B, C三个铰接点坐标受力计算公式全都可以计算出来。注意以上计算是不考虑偏载和横向载荷的条件下的动臂纵向受力分析。

3 有限元分析

3.1

计算工况选择

 由于挖掘机在挖掘过程中,要根据具体的挖掘位置来实现动臂上升和下降。所以对动臂的应力分析必须考虑动臂处于不同工况下的应力。只有不同工况下动臂的应力都满足在许用应力之下,才能满足优化要求。

    工况一:动臂液压缸的行程达到最大值,即动臂升至最高位置(空载);

    工况二:动臂转角为0度时,即CF连线处于水平位置(考虑铲斗挖掘力50KN);

工况三:动臂液压缸行程达到最小值,即动臂降至最低位置(考虑铲斗挖掘力50KN)。

3.2

有限元模型的建立

由于挖掘机动臂机构较复杂,所以在建几何模型时,必须先对动臂模型结构进行简化,在此基础上建立适合于有限元分析和反映动臂的力学特征要求的几何模型。在一些结构较复杂的,如动臂的铰点位置处等可省略或以一个简单的特征来代替。因此,对动臂结构主要做如下简化:

    1)不考虑钢板焊接应力和焊缝行程的影响,认为焊接处的材料特性与相邻的材料特性相同。因为在连接处一些太细小的特征会给网格划分带来很多麻烦,甚至不能成功网格划分。

    2)建立模型时,简化贴板、保护套、固定板等。这些细小的结构对动臂整体的强度、刚度影响很小,这样可以节省时间和资源,如不省略,反而会导致网格划分困难。

    3)将动臂的上下底板、两个侧板、连接板、封板和后轴套设计成一体,建模为一个零件。保留与动臂连接的液压缸、斗杆及其铲斗等零件,并对与动臂直接相连的零件间添加接触条件,对不做重点考察的零件则按默认的绑定约束

[5]

根据以上原则,反铲式液压挖掘机吊臂的网格划分示意图如图3-1所示:

图3-1 网格划分示意图

图3-1 网格划分示意图

3.3

材料参数

动臂由各不同厚度的板件焊接而成,材料主要是16Mn,其材料属性如表1所列。

表1 材料属性

边界条件

3.4

边界条件

当网格划分完以后,需要对吊臂施加约束。支耳是吊臂与机身的连接点,支耳的坐标是固定的。所以这边对支耳施加约束让它固定,方便后面的载荷施加。

3.5

载荷施加

在吊臂有限元模型中,载荷的加载按如下方式处理:

    1)吊臂结构件的自重:根据前面输入的材料的密度、单元的形状、重力加速度、实常数等,软件将自动处理为分布载荷加载到动臂结构上。

    2)动臂的工作载荷:指在动臂油缸与动臂的铰接点B上受动臂油缸对动臂的力、斗杆油缸全缩时保证斗杆油缸对斗杆和铲斗有足够提升力而产生的对动臂铰点D的拉力、以及在动臂与斗杆铰点F处产生的力。

    3)工况二及工况三铲斗受到的挖掘力。

3.6

动臂结构有限元分析结果

工况一动臂von Mises 应力云图

工况一动臂von Mises 应力云图

    工况二动臂von Mises 应力云图

    工况二动臂von Mises 应力云图

工况三动臂von Mises 应力云图

针对以上三种不同工况分析发现,在吊臂起吊和挖掘过程中,最大应力均集中在动臂下钢板铰链处。另外,与斗杆、斗杆液压缸、动臂液压缸相连接的铰点位置出现了不同程度的应力集中,大小为30MPa~50MPa。

    从分析的结果和理论力学的角度出发,我们可以看到工况三的位置属于最危险工况且此时动臂油缸到铰点的力臂很小,动臂提升力达到最大值,动臂下钢板受到较大的拉应力,必须考虑有可能带来的变形或断裂等危险情况的影响。就本文分析而言,工况三最大应力在287MPa并未超过材料的屈服强度,仍然处于安全范围之内。

4.结论

通过对动臂模型进行有限元分析计算可以看出,动臂在三种工况下进行作业时,其自身的强度是满足要求的,而且还说明运用有限元分析是一种可靠的方法,它对强度等方面有一个系统性的控制,为动臂的强度设计提供了参考数据。应该指出,在设计因素、材料因素、工艺因素及制造因素相互影响下,引起液压挖掘机结构件失效的原因非常复杂。通过有限元分析来快速评价结构合格与否,须在控制整体应力水平的同时,建立一套符合实际情况的构件各部位的许用应力分布图,使挖掘机结构件满足设计要求。

参考文献

[1] 谢习华,周亮, 张大庆.液压挖掘机技术研究的发展现状[J].工程机械,2007, 08

[2] 林慕义,史青录.单斗液压挖掘机构造与设计[M].北京: 冶金工业出版社,2011.

[3] 李育文,王红卫,丁光显等. WZ-25挖掘机装载机动臂的改进设计[J]. 郑州轻工学院学报, 2001,03(16):

[4] 刘玉强,王学军.液压挖掘机反铲工作装置优化设计[J].机械产品与科技,1997, 01(20):12-15.

[5] 赵京星.挖掘机动臂有限元分析与优化设计「D].武汉:华中科技大学硕士学位论文,2007.

挖掘机大小臂结构图视频

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相关问答

问:CASE挖掘机大臂图纸尺寸 提供一下

答:你可以去铁甲论坛看一看那里有很多专业人士。

问:挖掘机大臂断裂怎么修复? 要细致的过程+图片

答:  一、焊前必须将焊接处清理干净。

  二、焊接前要进行一定的预热。

  三、焊接时必须选用合适的焊接材料。

  四、焊接时必须保证焊透

  焊条型号很重要。如果想弄懂啥材质那就得取些铁沫化验,一验就出来了,然后根据成分配焊条就行了。J507焊条足够用了,抗拉强度50公斤级的,它不过就是一种结构钢。如果507你以前用过又能保证焊透而且还裂,建议你换J607的。应该够用了。

  焊接前必须清理,(就是把原来的开裂焊肉拿掉,用交相磨光机磨或有条件就用碳弧气刨,但刨后必须打磨干净氧化铁)有可能的话还需要在焊接位置预热100度。而后再用直径3.2J507焊条焊,焊一会就停下来,用锤子敲击焊缝和焊缝边缘,待完全焊完后一直用锤子敲击,直到焊缝基本冷却。目的是释放焊接应力,因为焊后不可能做热处理。焊接时必须保证焊透,如果焊缝位置间隙大可以在里边加背板。

问:挖掘机挖地面大小臂怎么操作挖过去是平的?

答:  挖掘的深度,可以目测,就是这个动作,可以用尺子量出来,到那里是多深,时间长了,只看深度就知道有多少了。 1M以内的找平,可以分层的。最后剩下20CM左右,再挎平,记住,铲子在收的时候,铲斗底面和地面要平行。 土堆有高有低的找平。包括这几个动作,往前推,往后沟土,拉着转向左右上下带着土过去。找的平不平呢,第一,就是自己的微操作,手柄动多大的位置,车子动多少,铲斗比自己的胳膊更灵活,那就差不多了。就是手和脑的配合,要自己去领会。第二,就是看出哪里高哪里矮,土该往哪里放。一定要整体性的考虑。 你下来看看就知道不平了,看看哪里不平。然后你再回到车上慢慢的观察就会发现了,不平的地方和平的地方时不一样的。把它找平,完了下来再看,一般就可以了。主要就是观察了,多下来看看。

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来自[南平]的用户2018-11-19 15:22:54

很好,还会继续来的

来自[高安]的用户2018-11-19 16:31:32

质量还不错,可以考虑再次购买!

来自[阿克苏]的用户2018-11-19 16:44:20

光焊钢板不行要把断口处挫干净 然后把钢板点成钢水《或者铁水》把缝子点满 最后在焊上钢板 切记钢板焊的要大于断口!提交回答

来自[忻州]的用户2018-11-19 20:27:11

慢慢体验把・・别人告诉你你也学不会只有自己亲身体验・・挖一点下来看看平不平平的话就顺着挖就可以

来自[溧阳]的用户2018-11-20 01:32:25

可以!满意!好评

来自[鹿泉]的用户2018-11-20 08:28:06

货很好包装也好,好卖再进货。

来自[常德]的用户2018-11-20 12:30:57

满意,下次再帮衬!

来自[北流]的用户2018-11-24 16:14:57

很不错的,客服很好,满意,多次采购,满分

来自[哈尔滨]的用户2018-11-25 09:35:08

卖家服务还蛮好的,发货也快

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很不错 已经又继续补货了 ~希望长期合作愉快

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很满意,如有包邮就更好

来自[宿迁]的用户2018-12-09 00:39:58

满意,给了全五分,就是客服比较忙,物流压坏了一些玩具

来自[双城]的用户2018-12-12 09:19:24

好,再来

来自[潍坊]的用户2018-12-18 09:00:01

最好换一个,因为修的经费也不低多少。