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以XT810小型礦用防爆裝載機為例，在ADAMS中建立礦用防爆裝載機工作裝置的模型進行動力學(xué)分析，得出典型工況下動臂上各個鉸接點的載荷。在CATIA軟件中建立動臂的三維實體模型并對典型工況下的動臂進行靜力學(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。
裝載機實際作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)的惡劣狀況：鏟斗在裝載機牽引力的作用下，先插入料堆最大深度，同時動臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸動作，實現(xiàn)鏟斗鏟裝物料，即邊插入邊轉(zhuǎn)斗的工況，這時插入阻力和鏟取阻力均達到最大值。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)按照工作裝置各個零部件的結(jié)構(gòu)尺寸輸入鉸點坐標建立各個零部件。
(2)對各個鉸點施加鉸接約束。
(3)施加力和油缸運動函數(shù)。以系統(tǒng)提供的STEP(tl,xl,t2,x2}函數(shù)設(shè)定裝載機工作裝置在一個工作循環(huán)中的受力和油缸運動情況。
(4)仿真條件分析。設(shè)定仿真分析類型為運動學(xué)分析，仿真時間根據(jù)油缸作用時間可設(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。
對整個部件施加等靜態(tài)約束，限定動臂只允許繞動臂與車架鉸接點轉(zhuǎn)動。對各個鉸點施加圓柱軸承載荷。
在靜態(tài)應(yīng)力分析模塊中進行分析計算，得到動臂米賽斯應(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，是危險點，且各個危險點的應(yīng)力值相差較大。
返回零部件設(shè)計模塊，修改動臂側(cè)板的結(jié)構(gòu)尺寸，適當增大側(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，是危險點，且各個危險點的應(yīng)力值相差較大。
返回零部件設(shè)計模塊，修改動臂側(cè)板的結(jié)構(gòu)尺寸，適當增大側(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)板強度得到提高，同時，各處應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力值都有所下降，其中動臂下鉸點下側(cè)的危險點應(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。
運用CATIA軟件對防爆裝載機工作裝置的動臂進行靜力學(xué)有限元分析，得到動臂在邊插入邊轉(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該位置的強度和剛度，降低應(yīng)力集中或者疏導(dǎo)應(yīng)力集中的部位，使動臂受力更加合理，從而提高工作裝置的整體性能。同時為裝載機的進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了思路。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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