装载机工作装置有限元分析及横梁位置确定0加热圈

装载机工作装置有限元分析及横梁位置确定

装载机工作装置有限元分析及横梁位置确定 2011年12月09日 来源： 目前，国内外装载机的工作装置大都采用单摇臂、单横梁结构。其中，横梁除了用于支在摇臂外，主要还承受由于装载机受偏载而引起的外载荷，横梁的安装位置对动臂的强度、刚度有重要影响。因此，合理确定横梁安装位置而使动臂的强度、刚度最大，对动臂结构的合理性尤为重要。本文根据装载机的实际作业特点，以中国一拖集团有限公司生产的东方红—ZL50装载机为样机，以横梁在动臂上的不同焊接位置，对动臂分别进行了有限元分析。1 计算工况据文献1，取下列两种工况为计算工况：工况1：正载水平切入和掘起联合作业；工况1：偏载水平切入和掘起联合作业。2 动臂有限元计算模型动臂为厚板结构，中间横梁为薄板结构。动臂板的板厚与底面最小尺寸之比为1/5左右，其主要应力沿厚度方向近似线性变化，因此可用板单元剖分动臂和横梁。在动臂的力学模型中，包含简化为梁单元的前后铰接销轴、梁单元与动臂板面垂直，并存在绕轴向转动的刚体位移，要给以相应的约束。如图1，两动臂缸对动臂的作用可作如下处理：假设两动臂用一刚度很大的虚梁联接，将两面三刀个举升缸合成一个，置于虚梁跨中部位置，并与虚梁铰接，取虚梁的刚度比结构刚度大3-4个数量级，两动臂缸简化为一刚度为两个动臂缸实际刚度之和的边界元。3 外载荷的处理在对装载机进行整体计算时，总是假设铰点力是以集中力的形式作用的，单独对铰销分析时，铰销与铰孔之间的作用力实际上是以分布形式相互作用的。销、孔之间接触应力的分布与材质、接触方式、配合公差等诸多因素有关。根据经典弹性理论关于接触问题的研究，销、孔接触应力的分布形式由式（1）确定。[Q(θ)0]3/2+(θ0)=1-θ0 θ0≤θ0 （1） 式中 θ0—接触范围，本计算取 θ0=3Л/8。如图所示，沿圆周上剖分24个节点情况下处于接触区的各节点等效力的计算式，可根据静力系和力的等效原理，列出y的方向的等效力方程：Py=∫+θ0_θ0Qy( θ) ·r·dθ = 10 5 10Σ γI+[ΣZj+ΣZk] (2)I=1 j=1 k=6式中 Zj=-Zk，j=1,2,3,4,5; k=10,9,8,7,6 其中Py为铰点径向力；Qy(θ)为铰销与铰孔之间的作用力的分布函数；r为铰销半径；YI，Zj，Zk分别为y、z方向上的节点等效力；I,j,k为相应的节点编号。从式（2）推导得沿圆周上剖分24个节点情况下处于接触区的各节点等到效力的计算式见表1。 表1 铰点力为Py时各有关节点等效力节点号Y方向分力Z方向分力1Y1=0.0122PyZ1=0.0145Py2Y2=0.0245PyZ2=0.0385Py3Y3=0.094PyZ3=0.0781Py4Y4=0.144PyZ4=0.103Py5Y5=0.2553PyZ5=06Y6=0.2253PyZ6=07Y7=0.144PyZ7=-0.103Py8Y8=0.094PyZ8=-0.0781Py9Y9=0.0245PyZ9=-0.0385Py10Y10=0.0122PyZ10=-0.0145Py4 横梁位置对动臂强度、刚度的影响动臂的有限元模型因横梁位置的变化而有同，如图3所示。其中，横梁沿动板向前下方移20mm时的有限元模型如图3（a）所示；横梁处于实际安装位置时的有限元模型如图3（b）所示；横梁沿动臂板向后上方移20mm时的有限元模型如图3（c）所示。使用Super SAP91程序，在微机上进行计算，篇幅所限，后处理结果从略，此处仅列出各工况横梁处于各位置时动臂的最大相当应力及最大变形计算结果（如表2）。计算结果表明，横梁位置对动臂强度、刚度影响较大，且东方红—ZL35装载机的横梁无论前移还是后移，动臂强度、刚度都变差。因此，东方红—ZL35装载机的横梁焊接位置比较合理。表2 横梁安装位置工况1工况2бxd max(Mpa)δxd max(mm)δxd max(Mpa)δxd max(mm)实际装置位置214.63.4990318.25.58横梁向前下移20mm2153.5383.15.695 结论本文的研究为装载机横梁的合理确定提供 了依据。在确定横梁位置时，在横梁布置可行域内，任意给定横梁一个位置，然后在该位置移动横梁的最大相当应力及其最大变形，如此重复上述计算，直到找到使动臂强度、刚度最大时横梁的位置即为该装载机横梁的最合理位置。由于单元划分规则的要求以及计算机解题规模的限制，笔者未能以横梁位置为自变量，以动臂的最大应力及最大变形最小为目标函数优化。但是，

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