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液壓挖掘機伸縮臂CAD設計與有限元分析
發布日期:2011-7-27  信息來源:
  液壓挖掘機是交通運輸、能源開發以及城鎮建設等各項工程建設的重要施工裝備,它的使用也反映了這些部門的施工機械化水平。因此,重視和加速挖掘機改進創新,穩定提高產品質量,滿足用戶需求,對加速現代化工程建設有著重大的意義。在液壓挖掘機的設計中反鏟裝置結構設計的合理性將直接影響到液壓挖掘機的工作性能和可靠性。因此現在面臨的問題***是開發研究伸縮挖掘臂形式的新型液壓挖掘機。本文將挖掘機的斗桿設計為伸縮臂一斗桿結構,并對其進行受力分析和有限元分析。
  1 SolidWorks在挖掘機設計中的應用
  在挖掘機工作裝置設計中,最困難的工作***是運動機構的設計與運動軌跡校核,目前多采用軌跡圖法或根據幾何約束條件建立方程組進行求解,但對于運動部件多于三個的機構,設計起來***要麻煩得多,并且設計工作不直觀,設計結果也不盡人意。三維設計軟件SoildWorks是集設計、運動軌跡校核及有限元分析于一體的強大應用軟件,其建模速度快,直觀,能充分顯示出各部件運動中相互之間的協調關系。
  2伸縮臂——斗桿設計
  2.1伸縮臂——斗桿結構
  伸縮臂與斗桿都采用由鋼板焊接而成的箱型結構,內部安裝有執行伸縮任務的油缸,油缸行程為1300mm。伸縮臂與斗桿相對滑動,靠其中的支撐滑塊來支撐并傳遞力的作用。伸縮臂一斗桿簡圖見圖1。
  2. 2伸縮臂—斗桿受力分析
  反鏟裝置的伸縮臂與斗桿強度計算一般根據反鏟工作中挖掘力對伸縮臂可能產生的最大彎矩來確定。伸縮臂危險斷面最大應力發生在采用轉斗挖掘的工況下。計算時,一般取兩個位置。
  計算位置I:①動臂位于最低;②斗桿液壓缸作用力臂最大;③斗齒尖位于鏟斗與伸縮臂鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上;④側齒有橫向力。
  取鏟斗為隔離體,對鉸點C(鏟斗與伸縮臂鉸點)寫力矩平衡方程ΣMo= 0,求得:
  取工作裝置為隔離體,對動臂底部鉸點A寫力矩平衡方程ΣMA = 0,求得:
  取伸縮臂為隔離體,對斗桿與動臂鉸點B寫力矩平衡方程ΣMB= 0,求得斗桿液壓缸作用力:
  鏟斗側齒遇到障礙時,橫向挖掘阻力Wk由回轉機構的制動器承受,其值為:
  MT為回轉平臺制動器可承受的最大力矩。
  求鉸點C的作用力,可以鏟斗為隔離體,按作用力平衡方程求得民,并沿伸縮臂軸線與垂直于伸縮臂軸線分解為兩分力。再按ΣMo= 0求得鏟斗連桿E的作用力R#。兩力數解或圖解求得Ro,同樣的將RD沿伸縮臂軸線分解為軸向及垂直兩分力。
  此外,伸縮臂鉸點C處還作用有由橫向阻力和法向挖掘阻力Wz產生的橫向力矩Me,值為:
  由于切向挖掘阻力W1作用于斗邊齒,而造成對伸縮臂的扭矩MKP的值為:
  計算位置:①動臂位于對鉸點A有最大作用力臂處;②斗桿液壓缸作用力臂最大;③鏟斗斗尖位于B.C兩鉸點連線的延線上;④正常挖掘時無側向力作用。
  此時工作裝置上的作用力僅為工作裝置的自重及斗齒上的作用力W1及W2。分析方法同上。
  根據以上分析,作伸縮臂內力圖。對位置I,伸縮臂的內力圖包括斗桿軸向力N,伸縮臂平面內、外彎矩Mx.My和剪力Qx、Qy,以及扭矩MKP對位置II,伸縮臂側內力僅有N.Mx.Qx。
  伸縮臂各截面內力合成情況較復雜,而且伸縮臂斷面變化亦較大,因此合成應力最大的危險斷面很難確定。一般是選取幾個斷面進行強度的核算。
  2. 3 伸縮臂——斗桿有限元分析
  2. 3. 1零件材料
  2.3.2載荷和約束信息
  伸縮臂——斗桿應力
  伸縮臂——斗桿應變
  伸縮臂——斗桿位移
  檢查設計結果
  3結論
  本文中利用強大的機械設計分析軟件SolidWorks對液壓挖掘機中的伸縮臂一斗桿進行有限元分析,分析結果表明伸縮臂一斗桿設計合理,最小安全系數=2.9>2.5,達到挖掘機械設計要求。
 
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