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推土機(jī)在土石方工程中被廣泛應(yīng)用，推土工作裝置是其承受工作載荷的主要部件。在復(fù)雜多變的工作外載作用下，分析計(jì)算推土工作裝置在不同工況、不同部位危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力分布，是推土機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)所必需。在這方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了不少相關(guān)的研究工作。曹善華等開(kāi)發(fā)了一套用于靜定結(jié)構(gòu)的推土機(jī)工作裝置力分析程序，但對(duì)于多數(shù)超靜定結(jié)構(gòu)的推土機(jī)工作裝置來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算受到限制。石則昌等運(yùn)用大型有限元分析結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力分析程序SAP5進(jìn)行推土機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，由于該程序是通用性很強(qiáng)的大型程序，企業(yè)設(shè)計(jì)人員掌握非常困難，運(yùn)行程序時(shí)要在大量的程序作業(yè)卡上填寫(xiě)各節(jié)點(diǎn)信息及必要的控制信息，難以在企業(yè)中推廣使用。靳曉雄等利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析和理論計(jì)算相結(jié)合的方法，進(jìn)行推土機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力計(jì)算。這種方法必須先進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，獲取推土機(jī)刀板的固有頻率、固有振型、阻尼因子和沖擊響應(yīng)位移時(shí)間歷程等，雖然具有理論研究?jī)r(jià)值，但難以在更大范圍內(nèi)推廣。盧耀祖等有限元方法建立大型推土機(jī)工作裝置的計(jì)算模型，雖然得到了閉式箱形結(jié)構(gòu)推土板內(nèi)力和應(yīng)力的分布規(guī)律，但有限元程序和前處理程序的編制工作量卻很大。本文運(yùn)用強(qiáng)度理論對(duì)大型推土機(jī)推土工作裝置進(jìn)行強(qiáng)度分析，建立了在偏載工況下推土機(jī)推土工作裝置超靜定體系發(fā)生組合變形時(shí)的應(yīng)力計(jì)算模型。
載荷工況：推土機(jī)鏟刀的一個(gè)側(cè)角頂?shù)秸系K物，即偏載工況。
計(jì)算條件：推土機(jī)在水平地面作業(yè)，帶載的推土機(jī)鏟刀從切削位置提升到運(yùn)輸位置，且以最大頂推力工作。將鏟刀反力PN看作一個(gè)集中載荷，作用在鏟刀偏刃上。
將鏟刀反力PN分解為水平反力Px和垂直反力Pz。Px的最大值取決于推土機(jī)的牽引性能，Pz與鏟刀切削角和土與鋼鐵摩擦角有關(guān)，鏟刀極限提升力S1取決于提升油缸內(nèi)徑、工作油壓。計(jì)算表達(dá)式可參閱文獻(xiàn)。
以整個(gè)工作裝置為研究對(duì)象，如圖1所示。分別對(duì)Z軸取力平衡方程式和對(duì)X軸取力矩平衡方程。
將Px和S1轉(zhuǎn)換到頂推梁平面上，其合力為在頂推梁平面內(nèi)，構(gòu)件具有3個(gè)多余約束，即頂推梁支座多余一個(gè)約束及水平支臂多余兩個(gè)約束。由于力P1作用在推土板角部，載荷既不是對(duì)稱(chēng)的，又不是反對(duì)稱(chēng)的，因此，可將P1的作用變?yōu)橛蓛蓚�(gè)對(duì)稱(chēng)載荷作用和兩個(gè)反對(duì)稱(chēng)載荷作用的構(gòu)件基本體系，如圖2所示。參照構(gòu)件基本體系圖2，繪制兩個(gè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中P1’=P1/2，圖中兩水平支臂的約束相同或相反，所以此計(jì)算位置可簡(jiǎn)化為兩個(gè)兩次超靜定體系的組合，求解這兩個(gè)超靜定系統(tǒng)，解出支反力和兩個(gè)水平支臂的約束反力，再將兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行疊加就等價(jià)于原系統(tǒng)。
在頂推梁、鏟刀以及支臂組成的組合結(jié)構(gòu)中，支臂可認(rèn)為是二力桿。在計(jì)算變形時(shí)，支臂軸向力引起的變形是不能忽略的，因此，在利用維利沙金法進(jìn)行支臂變形計(jì)算時(shí)，不僅要考慮彎矩的影響，也要考慮軸向力引起的變形。計(jì)算出在對(duì)稱(chēng)載荷作用體系和反對(duì)稱(chēng)載荷作用體系中X1′、X2′值，然后進(jìn)行疊加，得出原載荷作用體系中結(jié)構(gòu)的X1、X2，進(jìn)而求出結(jié)構(gòu)在P1、X1、X2作用下的鉸點(diǎn)反力Xc1、Xc2、Yc1。
頂推梁的變形是扭轉(zhuǎn)、彎曲和軸向壓縮的組合變形，因此，在計(jì)算頂推梁的強(qiáng)度時(shí)，要考慮這幾種變形的聯(lián)合作用，并應(yīng)用強(qiáng)度理論分段進(jìn)行危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度計(jì)算。在頂推梁上距鉸點(diǎn)C1距離為x處截取截面，該截面所受的內(nèi)力有軸向力N，Y′軸方向剪力Qy′，Z′軸方向剪力Qz′，對(duì)Y′軸彎矩My′，對(duì)Z′軸彎矩Mz′和扭矩MN，可以導(dǎo)出x截面處內(nèi)力的表達(dá)式。
推土機(jī)在偏載工況下作業(yè)時(shí)，其推土工作裝置的受力狀況是極其惡劣的。將推土工作裝置在偏載工況下的超靜定體系，簡(jiǎn)化為在對(duì)稱(chēng)載荷作用下的兩次超靜定體系和在非對(duì)稱(chēng)載荷作用下的兩次超靜定體系的組合，依據(jù)強(qiáng)度理論，同時(shí)考慮推土工作裝置工作時(shí)，頂推梁將發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲和軸向壓縮等多種組合變形，進(jìn)行了頂推梁強(qiáng)度分析。用這種計(jì)算模型編制了計(jì)算機(jī)程序，并以新型235.3 kW履帶式推土機(jī)推土工作裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)為例，對(duì)其工作裝置頂推梁進(jìn)行了強(qiáng)度分析，獲得了令人滿意的結(jié)果，說(shuō)明此種方法對(duì)于推土機(jī)頂推梁強(qiáng)度分析是可行的。該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于編程，是工程設(shè)計(jì)人員比較容易理解、接受、實(shí)現(xiàn)的一種工程方法。
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