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靜態(tài)強度分析方法基本上分為兩類，一類是基于材料力學強度理論的傳統(tǒng)方法，這類方法分析過程簡單，適用于結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)則的零部件，不需要昂貴的分析軟件，不適合結(jié)構(gòu)復雜的零部件，分析結(jié)構(gòu)的精度也較低；另一類是基于彈性力學的有限元分析方法，這類方法適用于分析結(jié)構(gòu)和受力都十分復雜的零部件，分析精度較高。有限元分析方法的基本步驟：(1)分析各結(jié)構(gòu)的特點，利用ANSYS和SolidWorks Simulation建立單斗反鏟液壓挖掘機工作裝置有限元網(wǎng)格模型；(2)分析挖掘機的作業(yè)工況，根據(jù)其作業(yè)的特點，找出幾個最危險的工況對其進行受力分析；(3)根據(jù)部件結(jié)構(gòu)特點利用ANSYS和SolidWorks Simulation在工作裝置有限元網(wǎng)格模型的相應部位施加約束，并輸入材料的機械力學特性參數(shù)；(4)利用ANSYS和SolidWorks Simulation進行分析計算。
(1)動臂與斗桿的長度比K。由于所設(shè)計的挖機適用性較強，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，K為松散系數(shù)，與土的類別及其狀態(tài)有關(guān)。對于III級土壤，其范圍在1.24-1.3之間，初選可近似取其中間值，所以選擇K=1.25。動臂上鉸點與下鉸點之間的距離斗桿上鉸點與下鉸點之間的距離1212.03，鏟斗容量為0.38m3；挖掘深度為4.1；挖掘高度為7.35；挖掘半徑為6.77；卸載高度為4.95；鏟斗挖掘力54.86 kN。本文中長度的單位均為m。(2)鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇。斗容在機械設(shè)計課程設(shè)計任務書中已經(jīng)給出0.38 m3。按經(jīng)驗公式和比擬法初選，如圖所示。
鏟斗有限元靜強度分析如圖所示。鏟斗雙耳板的四個鉸接處，斗齒與斗體應力較大，因此在選擇材料和焊接工藝時應注意。對于鏟斗，還應該校核斗齒與齒座的連接強度，以及斗齒本身的強度，因為斗齒是直接參與挖掘的主要零部件，其受力工況十分惡劣，存在明顯的磨損外還可能發(fā)生斷裂。從挖掘機的動臂應力分布圖，可以看出最大應力的位置在集中力施加處，從該圖的顏色分布及對應的應力值可以看出動臂與斗桿的鉸點處應力較大，是強度薄弱部分。由最低安全系數(shù)區(qū)域和應力分布圖，可以看出斗桿與鏟斗鉸接處應力較大，且該位置截面積尺寸較小，有強度破壞現(xiàn)象發(fā)生。
限于設(shè)計手段，目前對挖掘機結(jié)構(gòu)件的強度分析主要還以靜強度分析為主，在此基礎(chǔ)上考慮適當?shù)膭虞d系數(shù)和安全系數(shù)，這導致分析結(jié)果比較粗略。但由于在挖掘過程中工作裝置的動作速度較低，故在一定程度上能反映挖掘機主要結(jié)構(gòu)件的受力。
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