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裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、橫梁、支撐、搖臂、拉桿及液壓系統(tǒng)等組成，鏟斗用來鏟裝物料，動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是控制鏟斗的升降轉(zhuǎn)斗和轉(zhuǎn)斗油缸種制鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸的動(dòng)作由液壓系統(tǒng)控制。各零部件之間由鉸銷聯(lián)結(jié)，有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂上鉸點(diǎn)與裝載機(jī)前車架鉸接，中部鉸點(diǎn)與舉臂油缸鉸接，搖臂上鉸點(diǎn)與翻斗油缸鉸接。下面對(duì)其部件進(jìn)行有限元分析仿真。
根據(jù)裝載機(jī)工作裝置零部件的特點(diǎn)，利用Pro/E軟件強(qiáng)大的三維實(shí)體建模功能，對(duì)鏟斗、動(dòng)臂、橫梁、支撐、搖臂、拉桿及液壓系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)體構(gòu)建，其中，鏟斗和動(dòng)臂三維模型液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂舉升油缸三維裝配模型。模型中把焊縫處都進(jìn)行連續(xù)處理，其材料視為與母材相同。各構(gòu)件模型建立完畢后，通過配合約束組裝成裝配體。生成的實(shí)體零件均為參數(shù)化特征造型，便于以后對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，可實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。
裝載機(jī)作業(yè)條件復(fù)雜，即使在同樣的作業(yè)條件下，由于工作位置及工作工況不同，工作機(jī)構(gòu)受力情況也不一樣。裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)，鏟斗斗刃所承受的載荷情況十分復(fù)雜，并且變化范圍也相當(dāng)大，這些載荷最終施加在動(dòng)臂部分上，其受力情況十分復(fù)雜。因此，本研究在Pro/E建模的基礎(chǔ)上，采用Ansys有限元分析軟件對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行有限元力學(xué)分析。
將Pro/E動(dòng)臂模型導(dǎo)入Ansys10.0有限元分析軟件中，定義動(dòng)臂材料為16Mn鋼，選擇Structural Solid和Tet 92項(xiàng)設(shè)置網(wǎng)格單元大小，并生成有限元分析的網(wǎng)格單元。網(wǎng)格劃分完成后共生成5855個(gè)單元。由于在鉸接處受力較大，故Ansys軟件在鉸接處設(shè)置較大的網(wǎng)格密度，其余部分設(shè)置較小的網(wǎng)格密度，可大大提高運(yùn)算速度。
由于裝載機(jī)的動(dòng)臂與鏟斗相聯(lián)接，鏟斗鏟掘物料時(shí)所消耗的力為主要力，分析時(shí)選用與鏟斗相聯(lián)接的2個(gè)動(dòng)臂孔作為有限元分析的主要部位。拾取2個(gè)與機(jī)架鉸接的孔的4個(gè)而，并設(shè)定為全局接觸，完成約束施加。
載荷既可以施加到實(shí)體模型上，也可以施加到有限元模型上。實(shí)體模型載荷和有限元模型載荷各有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到模型簡單，因此直接加約束于實(shí)體模型上。對(duì)稱工況下的載荷可利用作用于切削刃中部的集中力代替，故可以選取裝載機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)施加在載荷而上，施加垂直對(duì)稱載荷Fz=62700 N，完成載荷施加。
經(jīng)過軟件運(yùn)算，可得到垂直對(duì)稱載荷情況下的等效應(yīng)力圖，由圖可以看出，動(dòng)臂部分最大應(yīng)力為186.94 MPa，發(fā)生于動(dòng)臂圓孔內(nèi)側(cè)，垂直對(duì)稱載荷工況為裝載機(jī)的正常鏟掘工況，取安全系數(shù)為1.25，許用應(yīng)力為400 MPa。在垂直對(duì)稱載荷情況下所產(chǎn)生的最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力。應(yīng)力結(jié)果表明，動(dòng)臂在正常載荷下是安全的。
轉(zhuǎn)斗油缸包括活塞桿、活塞、耳環(huán)、襯套、缸筒和缸尾等零件，根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用組合分割法，將轉(zhuǎn)斗油缸一分為二，形成2個(gè)組合件，組合件1為活塞桿、活塞、耳環(huán)、襯套組合件，組合件2為缸筒和缸尾組合件。
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