WY10B挖掘机动臂强度分析

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【摘要】以wy10b液压挖掘机为研究对象，对反铲挖掘机工作装置——动臂建立Pro/E实体模型，并用Pro/MECHANICA模块对挖掘机动臂的设计模型在受最大应力的危险工况下进行有限元强度分析。对实体动臂在危险工况下进行实际应力测试，将测试数据与有限元分析结果进行对比，分析差异，为挖掘机动臂改进提供理论和实际依据。

【关键词】液压挖掘机；动臂；有限元；应力

1.概述

液压挖掘机是工程机械的主要产品之一，具有较高的技术含量和工作效率，它被广泛应用于建筑、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程等基本建设之中。动臂是挖掘机工作装置（铲斗、 斗杆、动臂）3大部件之一[1]，是主要承载件。在挖掘过程中，动臂直接或间接承受很大外力。作业环境的状况也对动臂的强度和变形在一定程度上造成很大影响。目前，在国内液压挖掘机设计中，对动臂的应力进行分析的较多 ，而对理论与实际结合分析较少。本文结合WY10B挖掘机的实际作业工况，对挖掘机动臂在受力最大的典型工况下挖掘时进行强度分析和实际应力测试，为挖掘机动臂设计提供理论和实际依据。

2.计算工况选择

对挖掘机动臂进行强度分析时，分析采用的工况必须是有限元模型受力最大的危险工况[2]。根据挖掘机的连接情况，使用Pro/ MECHANICAMOTION模块对其进行动力学分析，利用Pro/MECHANICA MO TION模块的运动仿真功能，模拟工作装置的运动情况，求出了动臂受力最大的工况。分析发现，危险断面最大应力发生在采用铲斗挖掘的工况下，因此计算位置可按以下条件确定：1）动臂位于动臂油缸作用力臂最大处；2）斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处；3）铲斗位于发挥最大挖掘力位置。

3.载荷计算

4.有限元强度分析结果

为了更加直观形象地将动臂的强度分析结果表现出来，通过 Pro/ MECHANICA分析模块的后处理程序，绘制出动臂强度分析的应力云图如图1所示。

在此计算模型中没有考虑焊缝的影响，在实际情况中，焊缝应能够减小应力集中，即实际结构中的最大应力应低于计算值。

由动臂的应力云图可以看出，动臂大部分部位的应力值较小，而在动臂缸和斗杆缸铰点处有较大的应力集中，应考虑在这些铰点周围采取加强措施。

5.实际应力测试结果

了解知名品牌挖机结构件结构的特点，并对WY10B动臂进行实际工况下的应力测试，确定了动臂主要部位静态强度和动态强度应力值（应力测试仪）。

6.结果分析

（1）根据有限元分析和实际应力测量，动臂油缸座前端不仅应力集中，而且受力最大，是动臂受力的关键部位。加长此处油缸座耳板前端长度，增加耳板、下封板厚度，不仅可以降低此处应力，而且可以化解应力集中。

（2）动臂油缸座后端虽然应力集中，但是所受应力较小，不足以对动臂造成危险。

（3）动臂上斗杆油缸座耳板后应力集中，同样可以通过加长此处油缸座耳板后端长度，增加耳板厚度来解决，以降低此处应力，化解应力集中。

（4）动臂前叉有限元分析未反应应力集中，但是实际测量数值较大。因为有限元分析忽略了此处焊缝影响，在侧板上有条焊缝，受焊缝影响，此处应力实际值较大。建议前叉板加长，以改善上下封板前焊缝受力状况，提高疲劳强度。

以上分析结果已在WY10B挖掘机上实施，并取得良好效果，为挖掘机的设计和改进提供了准确的理论和实际依据。

参考文献

[1]黄东胜，邱斌.现代挖掘机械[M].北京：人民交通出版社，2003 ：6

[2]于硕，张建宗，孔喆.液压挖掘机动臂的有限元分析[J].工程机械，2002（11）：8-10.