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以XT810小型礦用防爆裝載機(jī)為例，在ADAMS中建立礦用防爆裝載機(jī)工作裝置的模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出典型工況下動(dòng)臂上各個(gè)鉸接點(diǎn)的載荷。在CATIA軟件中建立動(dòng)臂的三維實(shí)體模型并對(duì)典型工況下的動(dòng)臂進(jìn)行靜力學(xué)有限元分析，找出應(yīng)力集中區(qū)域并加以修改，以使其整體受力分布更加合理。
裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)的惡劣狀況：鏟斗在裝載機(jī)牽引力的作用下，先插入料堆最大深度，同時(shí)動(dòng)臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鏟斗鏟裝物料，即邊插入邊轉(zhuǎn)斗的工況，這時(shí)插入阻力和鏟取阻力均達(dá)到最大值。而此位置又可分為正載和偏載2種工況，在此主要研究正載工況。
建模過程：
(1)按照工作裝置各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸輸入鉸點(diǎn)坐標(biāo)建立各個(gè)零部件。
(2)對(duì)各個(gè)鉸點(diǎn)施加鉸接約束。
(3)施加力和油缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)。以系統(tǒng)提供的STEP(tl,xl,t2,x2}函數(shù)設(shè)定裝載機(jī)工作裝置在一個(gè)工作循環(huán)中的受力和油缸運(yùn)動(dòng)情況。
(4)仿真條件分析。設(shè)定仿真分析類型為運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，仿真時(shí)間根據(jù)油缸作用時(shí)間可設(shè)為20 s，仿真步數(shù)為600步，仿真結(jié)束后，查看仿真結(jié)果。
將動(dòng)臂三維模型轉(zhuǎn)入到CATIA的靜態(tài)應(yīng)力分析模塊中劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格精度設(shè)置為30 mm，用正三角形劃分。
對(duì)整個(gè)部件施加等靜態(tài)約束，限定動(dòng)臂只允許繞動(dòng)臂與車架鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)各個(gè)鉸點(diǎn)施加圓柱軸承載荷。
在靜態(tài)應(yīng)力分析模塊中進(jìn)行分析計(jì)算，得到動(dòng)臂米賽斯應(yīng)力圖(圖略)。找出應(yīng)力集中區(qū)域并查看區(qū)域內(nèi)應(yīng)力最大值。細(xì)化應(yīng)力集中區(qū)域的網(wǎng)格，局部網(wǎng)格精度設(shè)置為5 mm，重新計(jì)算，得到最終結(jié)果。
通過米賽斯應(yīng)力云圖可以清晰地顯示出在靠近鏟斗的部位以及橫梁與支板、橫梁與側(cè)板焊接處應(yīng)力集中，是危險(xiǎn)點(diǎn)，且各個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力值相差較大。
返回零部件設(shè)計(jì)模塊，修改動(dòng)臂側(cè)板的結(jié)構(gòu)尺寸，適當(dāng)增大側(cè)板上下兩側(cè)夾角和過渡圓弧的半徑。然后按步驟重新分析。
通過米賽斯應(yīng)力云圖可以清晰地顯示出在靠近鏟斗的部位以及橫梁與支板、橫梁與側(cè)板焊接處應(yīng)力集中，是危險(xiǎn)點(diǎn)，且各個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力值相差較大。
返回零部件設(shè)計(jì)模塊，修改動(dòng)臂側(cè)板的結(jié)構(gòu)尺寸，適當(dāng)增大側(cè)板上下兩側(cè)夾角和過渡圓弧的半徑。然后按步驟重新分析。
從優(yōu)化后的應(yīng)力分析中可以看出最大位移由1.44 mm減小為1.26 mm，說明側(cè)板強(qiáng)度得到提高，同時(shí)，各處應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力值都有所下降，其中動(dòng)臂下鉸點(diǎn)下側(cè)的危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力下降最大，下降了37 MPa。最終，各處的最大應(yīng)力值都在110 MPa左右，板件的受力更加均衡。
運(yùn)用CATIA軟件對(duì)防爆裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)臂進(jìn)行靜力學(xué)有限元分析，得到動(dòng)臂在邊插入邊轉(zhuǎn)斗的正載工況應(yīng)力分布云圖。通過修改應(yīng)力集中處的形狀來增強(qiáng)該位置的強(qiáng)度和剛度，降低應(yīng)力集中或者疏導(dǎo)應(yīng)力集中的部位，使動(dòng)臂受力更加合理，從而提高工作裝置的整體性能。同時(shí)為裝載機(jī)的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了思路。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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