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基于Inventor的轮式装载机动臂强度分析及设计

2018/2/15    来源:互联网    作者:刘荣生      
关键字:轮式装载机  动臂  Autodesk Inventor  应力分析  强度  
动臂是轮式装载机的主要受力部件,直接影响装载机的使用寿命。选取其插入与掘起联合正载工作状态,算出动臂各铰点受力,利用Autodesk Inventor2014软件进行建模、应力分析,精确模拟动臂整体应力状态,通过合理修改模型,达到提高动臂强度的目的。
    轮式装载机用于土方、碎石等的铲装、卸载工作,在许多行业都可见它的身影。
 
    目前中国的轮式装载机的整体设计水平还处于经验设计阶段,使用寿命短、作业可靠性差、结构强度不足是多年来制约装载机行业发展的主要因素。目前,中国装载机主要存在动臂变形、横梁开焊等强度问题。强度问题解决之后,一方面避免了部件过于笨重,另一方面减少了部件损坏造成的退货或保修。
 
    Inventor具有强大的建模与工程图表达功能和应力分析与运动仿真等模块。其应力分析模块具有可靠的网格划分和求解器功能。
 
1 动臂的力学分析
 
1.1 轮式装载机的典型工作位置
 
    轮式装载机是一种铲、装、运、卸一体化的自行式设备,它的工作过程由插入、铲装、载重运输、举升、卸载、空载运输6种工况组成。
 
    其中,对轮式装载机动臂和摇臂强度影响最大的为插入、插入和掘起联合两个典型工作位置.这两种工作位置又分正载和偏载两种隋况。本文以LG843型轮式装载机为例,研究其插入和掘起联合正载工况下的动臂应力分布与结构改进。
 
1.2 动臂的力学简化计算
 
    忽略铲斗和支承横梁对工作装置各构件受力和变形的影响,假设各构件轴线在同一平面内,忽略各杆件因不在同一平面内所引起的扭矩,计算时用构件的中轴线来代替实际构件,就可将工作装置这样一个空间超静定结构,简化成一般平面问题进行受力分析。装载机工作装置如图1所示。
 
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    图l 作袈置受力
 
    经测试可知.该机型(LG843)最大插入力为117.8KN,当处在插入与铲取联合工况时.最大插入阻力为其2/3,为78530N。
 
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    因为动臂为对称模型,实际动臂各绞点受力只为上述计算值的一半。力若为负号,则与图示方向相反。其中A点和H点只有转动没有移动,为约束,不用算出具体受力大小。
 
2 动臂有限元仿真及结果分析
 
2.1 动臂建模
 
    根据动臂二维图纸,用Inventor2014软件,使用“草图”“拉伸”“镜像”“加强筋”等命令建模,结果如图2所示。
 
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    图2 动臂三维模型
 
    动臂主要由动臂板、梁、支撑板、加强筋焊接而成。材料为Q345A,弹性模量E=206Gpa,泊松比μ=0.27,屈服点σ=345Mpa。
 
2.2 动臂应力分析
 
    打开动臂三维模型,切换到“环境”选项卡,点击“应力分析”按钮,再点击“创建分析”按钮,创建新的分析。根据该软件的特点,在图3“应力分析”选项卡中,按从左到右顺序设置材料(为Q345A),添加A点和H点的“孔销约束”、D点和G点的“轴承载荷”、重力,设置网格密度(考虑精度要求与运行速度,网格平均元素大小设置为O.05),然后点击“分析”按钮进行应力分析.得到如图4所示应力分布图。
 
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    图3 “应力分析”选项卡
 
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    图4 应力分布图
 
    由图4可知,最大应力为376.4MPa,应力较大在(1)、(2)、(3)、(4)、(5)等几处,都在支撑板附近。
 
    因最大应力超过屈服点345Mpa,有提高强度为:支撑板厚由25mm增加到30mm,横梁厚度由16him增加到18mm。改变尺寸后再进行应力分析,结果如图5所示。
 
    由图5可知,最大综合应力为282.3Mpa.小于使用应力345Mpa,达到一定效果。
 
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    图5 修改模型后应力分布图
 
3 小结
 
    本文利用Autodesk Inventor2014软件对LG843轮式装载机的动臂进行建模、应力分析,找出其在插入和掘起联合正载工况状态下的危险点,进而修改支撑板和横梁尺寸,使最大综合应力从376.4Mpa降低到282.3Mpa.对动臂设计具有较好的指导意义。
责任编辑:张纯子
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