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正铲挖掘机

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大型液压正铲挖掘机工作装置21点有限元分析及应

发布时间:2019/10/16 点击量:

  大型液压正铲发现机任务安装有限元解析及应力测试解读_中职中专_职业训诲_训诲专区。大型液压正铲发现机任务安装有限元解析及应力测试解读

  第 5 卷第 2 期 2007 年 4 月 中邦工程呆滞学报 UHINESE JOURNAL OF CON 明强 UCTlON M 删№RY Vbl.5No.2 &or.2007 大型液压正铲发现机任务安装 有限元解析及应力测试 陈 进,吴俊,李维波,王旭东 (重庆大学呆滞传动邦度重心试验室,重庆 400030 摘要:针对某大型液压正铲发现机,运用 Pro/Engineer 软件对其任务安装实行实 体筑模,并对各部件(动臂、斗杆 和铲斗最晦气工况的模子实行受力解析,求出各铰 点和被动油缸的受力.分裂竖立各部件的有限元模子,然后 操纵 ANSYS 软件的静力 解析模块对其实行有限元强度和刚度解析,得出各部件的应力和变形云图.结尾采用 静 态应变仪对任务安装实行现场应力测试,将试验结果和外面揣度实行对照,对有限 元解析结果实行了验证.从而 为改善发现机策画、抬高发现机任务的稳固性供应了 外面根据. 环节词:大型正铲发现机;任务安装;有限元;应力测试 中图分类号:TH 17 文献标识码:A 作品编号:1672—5581(200702—0198—06 Finite element analysis and stress testing for manipulator in large? -sized face--shovel hydraul ic excavators CHENJin,wUJun,LI Wei—bo,WANG Xu 一幽孵 (State Key Laboratory of Mechanical Transmission,Chongqing University,Chongqing 400030,China Abstract:The hydraulic excavator,an important category of construction machinery,is broadly utilized in the national—economy? related construction projects with regard to transportation,road—building,mining,forestry, irrigation,municipal works and national defense.Pertaining to the manipulator of a large-sized face-shovel hy. draulic excavator,the solid models of such components aS boom,arm and bucket are established based on Pro/ EngineerTM to solve forces of articulated points and passive cylinder.Under detrimental working conditions, the static mechanics analysis is conducted for finite element analysis(FEAvia ANSYS 彤.Afterwards,the manipulator’comparison with the testing and calculation results,the FEA results are verified.Therefore,this approach will promote the de— sign effcjctiveness and working stability of hydraulic excavators. Key words:large..sized face--shovel excavator;manipulator;finite element analysis;stress testing 液压发现机是一种紧张的土石方施工呆滞,通常用于邦民经济维持中的交通道 途维持、矿山农林水 利、21点市政维持和新颖化邦防维持奇迹中.本文针对某大型液压 正铲发现机的任务安装,运用 Pro/Engineer 竖立其各个部件(动臂、斗杆和铲斗的三 维实体模子,并选用各部件的最晦气工况对其实行静力学分 析[1,然后运用 ANSYS 对其实行有限元强度和刚度解析.结尾对任务安装实行现场静态应力测试,以对 有限 元解析结果实行验证评估,从而为现实策画供应有价格的参考. 作家简介:陈进(1956~,男,教师,博士生导师,工学博士.Email:l 第 2 期 陈进,等:大型液压正铲发现机任务安装有限元解析及应力测试 1 有限元解析的前经管经过 1.1 竖立实体模子 鉴于 Pro/Engineer 筑模功用健壮、便当陕捷,以是采用 Pro/Engineer 分裂竖立动 臂、斗杆和铲斗的三维实 体模子.正在筑模时为了使后面的有限元解析结果牢靠,应尽 量按现实模子的体式和尺寸筑模.同时为了使网 格划分 J 顷利,应适合简化很轻微的 几何形体,如细小的倒角、斜面,对解析结果影响很小的小吊环等[2]2. 运用 Pro/Engineer 筑模的苛重次序如下:①筑树任务目次,采用竖立“零件”;②进 入草图形式绘制 模子的截面;③运用拉伸、盘旋等特点将草绘截面天生三维实体. 动臂、斗杆、铲斗的三维实体模子如图 1 所示. 1.2 竖立有限元模子 竖立有限元模子是有限元解析中特殊紧张的一步, 其直接影响到后续有限元揣度的精度.竖立有限元模子 的苛重次序如下: (1 正在 Pro/Engineer 中将实体模子以 IGES 式子导 出,然后再导人到 ANSYS 中:因为式子转换的差错,导 致极少几何数据讯息丧失,会产生有几个面不行准确地 裁剪,形成大平面的状况.处分的手法是起首增大导人 时的“容差”,看状况有无改进;其次,必要借助于 AN— SYS 的修复东西实行修复, 删除有题目的面,再从头生 成准确的面.修复完毕后就天生了一个实体. (2 按资料类型切分实体模子:因为 构件不是一种 资料制成的,分为锻制件和钢板,要分裂给它们给与材 b 斗杆 C 铲斗 图 1 任务安装三维实体模子 Fig.1Manipulator’S 3D solid models 料属性,以是必需对模子按资料类型差异实行切割,使每一个人是统一种资料. (3 给与单位属性和资料属性:由于模 外 1 任务装景的资料类型及参数 型是三维实体的,况且不章程,以是单位类 Tab? 1Types and parameters of manipulator’s material 型采用 SOLID92(10 节点四面体单位,其 正在四面体每条边上都有中央节点,是 2 阶单 元,精度比 1 阶单位要高.资料分为 2 种:钢 板为 Q345(16Mn,锻制件为 ZG35Mn.这两种资料的参数睹外 1. (4 划分网格:网格划分得长短,直接影响到求解的精度.划分很差的网格会使求解 精度重要低重,甚 至还会导致不行求解.ANSYS 供应 2 种网格划分的式样:智能划分 和手工划分.智能划分是 ANSYS 所提 供的健壮的主动分网东西,有本身的内部揣度 机制,运用智能划分正在许众状况下更有利于正在网格主动天生 的经过中天生体式合理 的单位,以是这里首选智能划分式样来划分网格.若智能网格划分铩羽(如几何形 状 纷乱的部位,则采用手工划分式样,筑树每个面的单位的尺寸巨细【3,4]. 图 2 是任务安装(动臂、。}.杆和铲斗的有限元模子. 图 2 任务安装有限元模子 Fig.2Manipulators finite element models 200 中邦工程呆滞学报 第 5 卷 1.3 确定鸿沟条目 为了毁灭总刚度矩阵的稀奇性,必需毁灭模子的刚体位移,能够对某些节点施加 统制.其统制条目为:所施加统制恰巧毁灭一概刚体自正在位移,或把统制改为刚度足够 大的鸿沟元,行动校核载荷均衡的添补办 法.发现机的任务安装与前车架由动臂铰 点、动臂油缸连合正在沿途.是以,能够将动臂铰点行动任务安装的 支点,把液压缸效用 力行动载荷加正在动臂上.动臂和斗杆的连合铰点,对动臂来说,将其视为外载荷经管; 而对斗杆来说,则将其行动支点经管.斗杆和铲 3}.也作近似经管. 1.4 受力解析 运用 Pro/Engineer 的“力均衡解析”功用来确定任务安装各部件的载 荷.Pro/Engineer 只可对自正在度 为零的体例实行力均衡解析,以是必需通过运用连合 锁定、正在两个主体问运用主体锁定、正在某点运用测力 计锁定或对连合轴运用行径 的伺服电动机,使机构的自正在度减为零.运用 Pro/Engineer 的安装形式对动 臂、斗杆 和铲斗实行安装,然后将其拖动到某一给定神态,并固定(纵然其自正在度为零,正在主动 油缸铰点处 施加主动油缸效用力,如此 Pro/Engineer 就能够算出各铰点处的力和挖 掘阻力. 每一台发现机的发现工况由动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的转变可组合成几 万个工况,以是应选用 任务安装各部件(动臂、斗杆和铲斗正在外载荷效用下的最晦气 工况(即受力最大工况实行解析. (1 对动臂,其受力最大工况是最大发现半径工况,即斗杆缸全伸、斗齿尖点位 V 位于动臂铰点 C 和 斗杆、铲斗铰点 Q 连线的伸长线上,且 CQV 三点为水准.经受力 解析得动臂的受力状况,如图 3 所示. 经 Pro/Engineer 解析求解得:Fd=814.24 kN,G1247.52kN,Fb 21784.04kN,Fg 2 636.99kN.Ff=1417.68kN. (2 对斗杆,其受力最大工况是斗杆缸效用力 臂最大的名望,即斗杆缸力效用线与铰点 B,H 的 连线笔直.经受力解析得其受力状况,如图 4 所示, F。为切向发现阻力.经 Pro/Engineer 解析求解 得:F 斗杆缸=814kN,G2=18.962kN,F。= 358.916kN。Fy=1470.009kN. (3 对铲斗,其受力最大的工况是铲斗缸效用 图 3 动臂的受力模子 Fig.3Pmoms force m(xlel 力为主动力,且其力臂为最大(即铲斗缸力效用线与铰点 Q,K 连线笔直的工况.经 受力解析得其受力情 况,如图 5 所示,经 Pro/Engineer 解析求解得:F 铲斗缸 =1286kN,R=1459.59kN,Fw=337.5kN. 爿傣躐 1 一 ‘耳卡 f=缸=813888kN 坠 {薄 j 艮、 只耸 图 4 斗杆的受力模子 Fig.4Arm7S force model 2 揣度结果的经管 和解析 任务安装各部件的最大位移 D。。睹外 2 一 图 5 铲斗的受力模子 Fig.5Bucket’S force model 第 2 期 陈进,等:大型液压正铲发现机任务安装有限元解析及应力测试 由以上数据能够看出,任务安装各部件的最大位移都对照小,正在准许的弹性变形 领域内,以是刚度是 足够的. 因为载荷是以齐集力的式样施加正在模子上 的,以是正在齐集力施加处会产生应力齐集,有些应 力值乃至赶过许用应力许众,这是分歧理的,应当 舍去.因这种节点很少,况且都正在铰点处,对其他 部位没有影响,以是对解析结果没有众大影响,是 可行的. 外 2 任务安装各部件最大位移 D— Tab.2Maximal displacement of manipulator’S parts 动臂的应力云图睹图 6,动臂的上半个人的最大值为 60.5MPa.此中上盖板应力 较小,非弯曲个人的 应力9MPa,弯曲个人的应力为 20~40]VIPa;动臂下半个人应力 较大,越往下应力越大.两侧板应力呈 层状分散,最下部应力最大,抵达 80MPa. 图 6 动臂应力云图 Fig.6Stress contour of boom 斗杆的应力云图睹图 7,斗杆的两侧板和上盖板的弯曲区域应力为 33--70MPa, 两侧板与上盖板弯 曲处相连合的区域应力为 66~100MPa,上下盖板与旁边支承座连 接处应力为 70~110MPa. 图 7 斗杆应力云图 Fig.7Stress contour of ai m 铲斗应力云图睹图 8.斗前正在斗齿连合相近区域应力较大,以是要用高强板.两侧 板与底板连合的部 分应力为 40~60MPa.斗前轴承的最大应力抵达 70.7MPa;斗后后 板正在两方形孔圆角处应力较大,约为 80MPa,然后慢慢向外扩散. 因为 Q345 的强度极限为 345MPa,ZG35Mn 的强度极限为 340MPa,商酌到和平 系数的原由,任务装 置各部件的强度根本足够. 中邦工程呆滞学报 第 5 卷 图 8 铲斗应力云图 rig.8Stress contour of bucket 3 有限元揣度与应力测试的比照解析 3.1 任务安装的应力测试 应力测试采用一台 YE2539 高速静态应变仪担当测试任务,配一台揣度机行动 上位限定揣度机,如 图 9 所示。 遵照以上解析的 3 种工况对任务安装实行测试,为了 确定任务安装的神态,运用 3 个 HY65 一 D 型角位移传感 器来分裂衡量动臂相对付机座、斗杆相对付动臂和铲斗相 对付斗杆的转角.将它们分裂装配正在动臂与机座、斗杆与 动臂和铲斗与斗杆连合的销轴的中央处. 由于不了解应力的宗旨,以是采用 45。直角型应变花 实行应力测试.应变花的 3 个应变片分裂衡量测点处 0。, 45。和 90。宗旨上的应变. 3.2 测试数据经管及与有限元揣度的比照解析 图 9 应变测试仪 测试的是各测点的 0。,45。和 90。三个宗旨上的应变, rig.9Strain measuring instrument 要通过公式(1 将应变转换为主应力,再通过第 4 强度外面公式将主应力转换为 Von Mises 应力[5J5. 盯一 2 才与“。+£90+赢√“。-e。s2“e451 扩 仃商 n 2 志(e。+e∞一赢√(£。一 e。s2+(e。s—e∞2(1 式中:E 为弹性模量;y 为泊松比;eo,e45,e90 为 0。,45。和 90。宗旨上的应变. 任务安装各工况的代外性测点的 Von Mises 应力测试值与有限元揣度值对比如 外 3 所示 外 3 测试值与有限元揣度值对比 Tab.3Compare results of measured with finite dement calculating values 第2期 陈进,等:大型液压正铲发现机任务安装有限元解析及应力测试 20 3 由对比结果能够看出,各测点的差错均较小,两者根本吻合.产生差错的苛重 原由是:模子的简化和测 试时发现机的工况与揣度工况存正在分别.此中斗唇处测 点的差错稍大,这是由于现实发现时斗齿接触的是 石块,斗齿受力对照纷乱,实 际发现阻力与外面发现阻力相差较大.由外3还可看出,斗杆根部侧板处的测 点 应力较大,这是由于斗杆和铲斗能够简化成悬臂梁,同时受斗杆缸效用力和发现阻 力效用,斗杆根部相 当于悬臂梁的根部,以是其应力较大. 4结论 通过运用Pr o/Engineer和ANSYS对发现机任务安装实行有限元强度和刚度分 析,并通过应力测试 与有限元揣度结果实行比照解析,可看出有限元解析结果是 牢靠、合理的,同时解释该发现机的任务安装 根本餍足强度和刚度哀求.有限元 的解析结果为现实策画供应了有价格的参考,同时解析经过也为其他工 程呆滞的 策画解析供应了可行的手法和手腕. 参考文献: [1]陈精一,蔡邦忠.电脑辅 助工程解析ANSYS运用指南[M].北京:中邦铁道出书社,2001. 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SUN Reabo,WANG Tianming.Mat erial mechanics|M].Beijing:Ccmtructi on Industry Press of China,1999. ? 下期作品摘 要预告? 支座位移对轮胎式起重机臂架弦杆临界载荷的影响 宓为筑,张卫邦 轮胎 式起重机的臂架为桁架构造,该构造的支座位移对臂架弦杆的临界载荷将会产 生 影响.给出了商酌支座位移后轮胎式起重机臂架弦杆临界载荷的揣度手法.通过算 例说 了然商酌支座位移后,轮胎式起重机臂架弦杆的临界载荷将有很大水准的减 小. 万 方数据 大型液压正铲发现机任务安装有限元解析及应力测试 作家: 作家单元: 刊 名: 英文刊名: 年,卷(期: 被援用次数: 陈进, 吴俊, 李维波, 王旭东, CHEN Jin, WU Jun, LI Wei-bo, WANG Xu-dong 重庆大学,呆滞传动邦度重心实 验室,重庆,400030 中邦工程呆滞学报 CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY 2007,5(2 3 次 参考文献(4 条 1.孙仁博;王天明 资料力学 1999 2.美邦 ANSYS 公司北京任事处 ANSYS 构造解析指南 2002 3.蒋孝煜 有限元法基本 1992 4. 陈精一;蔡邦忠 电脑辅助工程解析 ANSYS 运用指南 2001 引证文献(3 条 1.铁巍巍. 王晓枫.杨茹萍.周雍 发现机动臂有限元模态解析[期刊论文]-呆滞策画与筑筑 2011(3 2.李燕.李筑伟.杨玉姣 基于 ABAQUS 的液压反铲发现机斗杆的有限元解析[期刊论 文]-煤矿呆滞 2010(2 3.高成邦.林慕义.任颖颖 大流量电液换向阀强度有限元解析[期 刊论文]-北京讯息科技大学学报(自然科学版) 2009(2 本文链接: