根据GB9141-1988液压挖掘机结构强度试验方法,本文确定反铲单斗一液压挖掘机工作装置分为4种计算工况:1)动臂液压缸全缩,斗杆液压缸作用力臂最大,斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上。该工况下载荷分为重力、切向力和侧向力。2)动臂和斗杆液压缸作用力臂最大,斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上。该工况下载荷分为重力和切向力。3)动臂和斗杆液压缸作用力臂最大,铲斗液压缸以最大当量力臂工作。该工况下载荷分为重力和切向力。4)动臂液压缸全缩,斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上,且该3点所在的直线位于铅垂线上。该工况下载荷分为重力、切向力和侧向力。
对于不同有限元分析工况,根据工作装置承受载荷的不同,强度分析结果存在差异。在工况(1)情况下,工作装置受到切向力、侧向力和自身重力载荷的作用。其中,切向力的方向垂直于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线,作用在边齿齿尖;侧向力的方向垂直于工作装置所在的平而,作用在边齿齿尖,大小由回转机构的制动力矩及防倾翻力矩确定。
在不同计算工况下,工作装置承受载荷也不同。譬如工况(1)情况下,工作装置受力有3种情况:切向力和自身重力载荷作用;侧向力和自身重力载荷作用;切向力、侧向力和自身重力载荷综合作用。图为切向力、侧向力和自身重力载荷综合作用时,工作装置整体结构有限元分析应力云图。表1分别表示在工况(1)情况下,工作装置不同受力情况时最大应力位置分布情况(此处不提取铰点销轴处的接触应力)。
由表1可以得到:1)工作装置只有切向力和自身重力载荷作用时,最大应力值为150 MPa,发生在连接盖处,在连接盖的根部及加强筋远离连接盖的一侧。2)工作装置只有侧向力和自身重力载荷作用时,最大应力位置出现在斗杆与铲斗连接处的斗杆头上。由于该工况下,工作装置只承受扭矩,所以在整个工作装置中抗扭截而模量最小(截面面积最小)处的应力最大,应力最大的位置在斗杆与铲斗的连接处的斗杆头上。3)工作装置承受切向力、侧向力和自身重力载荷综合作用时,最大应力位置出现在斗杆与铲斗连接处的斗杆头上及连接盖的根部。由于该工况下,工作装置承受综合载荷的作用,且扭转载荷是主要的,所以应力最大的位置在斗杆与铲斗的连接处斗一杆头上的一侧。
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