微型挖掘机工作装置的有限寿命设计研究

• 作 者: 朱连双
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 微型挖掘机 工作装置 有限元法 疲劳寿命 有限寿命设计

微型挖掘机有回转半径小、作业空间小、机动灵活及操作方便等优点,在工程维护现场清理、园林建设及城市改造等工程中替代人工劳动,发挥着巨大的作用。疲劳破坏是微型挖掘机工作装置的主要失效形式,当前国内外对微型挖掘机工作装置结构设计一般采用静强度设计方法,对工作装置疲劳寿命设计研究较少,本文以微型挖掘机工作装置为研究对象,对工作装置进行疲劳寿命分析和有限寿命设计研究。通过对微型挖掘机工作装置的组成及其功能原理分析,拟定工作装置的主要技术参数,建立工作装置的三维模型；采用D-H法对工作装置进行运动分析,计算出工作装置各部件位置姿态；通过对工作装置进行受力分析,得到各铰接点的力学方程；对工作装置关键部件进行有限元强度分析,求得铲斗、斗杆及动臂的应力分布及疲劳寿命薄弱位置。将挖掘机的工作过程离散为7个工况位置,对挖掘机各个工况位置进行模拟分析,运用CAD图解法对工作装置各个部件工况位置进行尺寸参数查询、载荷计算。通过对挖掘机各部件在这7个工况下的有限元分析,求得各个部件的应力应变,建立疲劳危险点的近似应力应变时间历程。运用局部应变法对铲斗、斗杆及动臂进行疲劳寿命估算。考虑经济性及维修性,计算出工作装置的设计寿命。建立有限寿命优化模型,采用响应面法对动臂进行有限寿命设计。经过有限寿命设计的动臂在能满足疲劳寿命要求下,质量减轻16.6%,材料力学性能得到了高效利用。通过本课题的研究,将为微型挖掘机工作装置的疲劳寿命估算及有限寿命设计提供方法指导,有助于挖掘机工作装置的设计理论的发展,同时,本课题的研究思路和方法对其他复杂机械装置的有限寿命设计有借鉴意义。