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液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的主要產(chǎn)品之一，具有較高的技術(shù)含量，它被廣泛應(yīng)用于礦山開采、道路施工、國(guó)防建設(shè)、農(nóng)用水利等基本建設(shè)之中。鏟斗是挖掘機(jī)工作裝置(鏟斗、斗桿、動(dòng)臂)3大部件之一，是主要承載件。在挖掘過程中，鏟斗直接承受很大外力，鏟斗與礦巖的接觸滑移，造成鏟斗激烈的磨損。作業(yè)環(huán)境的狀況也對(duì)鏟斗的強(qiáng)度和變形在一定程度上造成很大影響。因此，鏟斗結(jié)構(gòu)性能的好壞對(duì)挖掘機(jī)工作的影響非常重要。目前，在國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)中，對(duì)斗桿和動(dòng)臂的應(yīng)力分布進(jìn)行強(qiáng)度分析較多，而對(duì)鏟斗的應(yīng)力分布規(guī)律研究得較少。本研究結(jié)合某型挖掘機(jī)的實(shí)際作業(yè)工況，對(duì)挖掘機(jī)鏟斗在受力最大的典型工況下挖掘時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度分析和變形分析，為挖掘機(jī)鏟斗設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
利用有限元進(jìn)行強(qiáng)度分析的過程是：①前處理，建立幾何模型，將幾何模型理想化，施加材料參數(shù)和載荷約束條件，進(jìn)行網(wǎng)格劃分；②通過軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算；③后處理，將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示，也可將結(jié)果以圖、表、曲線形式顯示或輸出。使用Pro/MECHANICA模塊，可以將幾何模型轉(zhuǎn)換成有限元模型進(jìn)行分析求解，并以圖形方式顯示分析結(jié)果。
首先，在Pro/E模塊中對(duì)鏟斗進(jìn)行三維造型，其次以鏟斗受力最大的工況，計(jì)算出有限元強(qiáng)度分析的載荷數(shù)據(jù)，最后應(yīng)用Pro/MECHANICA模塊對(duì)鏟斗進(jìn)行強(qiáng)度分析。
根據(jù)已知的尺寸數(shù)據(jù)，在Pro/E中進(jìn)行挖掘機(jī)的鏟斗三維實(shí)體造型，為方便劃分網(wǎng)格，在對(duì)結(jié)果不產(chǎn)生影響的情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)和模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，分析所用的實(shí)體模型如圖所示。
挖掘機(jī)鏟斗兩側(cè)板采用的材料是20CrMnMo，其它部分所采用的是16Mn。采用20CrMnMo主要是為了耐磨和抗疲勞，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，危險(xiǎn)位置不在側(cè)壁，因此分析時(shí)整體采用16Mno、20CrMnMo的各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于16Mn，所以這樣不但不影響分析結(jié)果，還簡(jiǎn)化了分析過程。
對(duì)挖掘機(jī)鏟斗進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，分析采用的工況必須是有限元模型受力最大的危險(xiǎn)工況。根據(jù)挖掘機(jī)的連接情況，使用Pro/MECHANICA MOTION模塊對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，利用Pro/MECHANICA MOTION模塊的運(yùn)動(dòng)仿真功能，模擬鏟斗的運(yùn)動(dòng)情況，求出了鏟斗受力最大的工況。鏟斗的受力主要是挖掘力、鏟斗內(nèi)土的重力和鏟斗自身的重力。鏟斗的挖掘力可以采用Pro/MECHANICA MOTION的運(yùn)動(dòng)分析模塊，對(duì)鏟斗進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)算出各個(gè)狀態(tài)下的鏟斗挖掘力的受力情況。
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