1、70吨大型液压挖掘机上车架有限元分析一、 上车架计算工况挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工现场也各异，上车架的强度和刚度情况对整机影响很大。故选择了最危险工况来进行强度校核。工况一：1)、动臂水平（上、下铰点连线）；2）、斗杆垂直，铲斗挖掘，且铲斗挖掘力为垂直方向。图1 工作装置挖掘姿态（工况一）工况二：1)、动臂位于最低（动臂油缸全缩）；2）、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位。图2 工作装置挖掘姿态（工况二）工况三：满斗最大卸载半径，并回转制动。三、上车架受力分析1）、上车架受到配重、发动机、驾驶室、液压油箱、燃油箱、散热器等重量，为了补偿覆盖件等零部件对上车架的影
2、响，通过密度设定来进行补偿，取=9.0103Kg/m3；另外，对于发动机、配重、液压油箱等由于震动产生的动载效应，设定发动机动载系数为2.0，其它分别为1.2。 另外上车架还受到动臂及动臂油缸的反作用力。2）、铰点载荷的处理在挖掘机工作装置中，铰点是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与机体以及各油缸和连杆机构与工作装置的连接构件。因此，对于铰点处的载荷施加就显得尤为关键。以往对于铰点处的载荷大多简化为集中力或等值的面载荷，施加集中载荷会产生很大的集中应力；施加等值面载荷无法全面考虑铰孔的应力分布情况。本有限元计算铰点载荷的施加应用弹性力学的相关理论对销孔内表面的载荷简化为余弦分布的面载荷，（如图3所
3、示）图3 铰点处余弦载荷分布余弦载荷分布假设：(1) 载荷在x-y平面内在180范围内按余弦分布；(2) 分布力的方向为沿销孔表面的法向；(3) 载荷在z向均布。四、上车架有限元计算 1）、有限元模型上车架实体模型采用应用软件Pro/Engineer建立，如图4。上车架实体模型采用20节点三维实体单元SOLID95，有限元模型见图5。上车架有限元模型共划分单元224984个，节点431815个。图4 动臂三维实体模型图5 动臂有限元模型2）、有限元计算将各项载荷加入有限元模型后，计算结果如下： 工况一：图6 上车架Von Mises应力分布云图图7 上车架最大Von Mises应力处图8 上车
4、架Von Mises应力分布云图（动臂铰点，去除最大点后）图9 发动机支座Von Mises应力分布云图图10 中框架Von Mises应力分布云图（前后板连接处）图11 上车架位移分布云图 工况二：图12 上车架Von Mises应力分布云图图13 上车架最大Von Mises应力处图14 上车架Von Mises应力分布云图（底盘底部）图15 上车架Von Mises应力分布云图（上车架前端）图16 发动机支座Von Mises应力分布云图图17 上车架位移分布云图 工况三：图18 上车架Von Mises应力分布云图图19 上车架最大Von Mises应力处图20 上车架Von Mise
5、s应力分布云图（第2大应力点）图21 上车架位移分布云图五、结果分析 从以上三种工况计算结果来看，最大应力为182.603 Mpa，安全系数为：305/182.603=1.67，大于安全系数1.5，故满足强度使用要求。 建议：1）、三种工况的最大Von Mises应力均处于燃油箱处，U型梁与中框架焊接处，虽然此处网格质量不好，且没有模拟真实焊缝，但也反映此处容易造成应力集中，可以考虑通过焊缝工艺来达到消除应力的目的，且焊缝须进行严格检查，达到规定要求。 2）、中框架前后底板焊接处最大应力为91.461Mpa，此处焊缝须进行严格检查，必须达到规定要求。工况2中，去除掉燃油箱处的最大应力后，第2大应力出现在底板约束附近，与前后底板焊接地方也非常靠近，达到96.234 Mpa，也侧面反映此区域应力相对很大，如果焊缝出现缺陷，此区域最大应力很容易转移到焊缝缺陷处。也可以通过增长焊缝长度来达到减小应力的目的。六、参考文献【1】 单斗液压挖掘机
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