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隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康、高速發(fā)展，對(duì)工程機(jī)械的需求日益增長(zhǎng)，這些需求對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品既提出了“量”又提出了“質(zhì)”的巨大市場(chǎng)需求。目前國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過(guò)渡。各主要廠家正在不斷地進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。
CATIA軟件作為建模、分析工具，將三維建模與工程分析兩項(xiàng)工作集成在一個(gè)系統(tǒng)中完成，省去了模型在不同軟件接口之間導(dǎo)入導(dǎo)出時(shí)所需的大量的有限元分析模型修改工作。當(dāng)分析的結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以直接返回Mechanical Design>Part Design模塊修改，進(jìn)一步直接生成二維圖紙，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。
裝載機(jī)工作裝置在工作過(guò)程中不同時(shí)刻、不同位置和不同工況，其各構(gòu)件的受力情況不同。應(yīng)力分析應(yīng)該是結(jié)構(gòu)受力最大，最危險(xiǎn)工況。裝載機(jī)工作裝置在插入、鏟取、舉升、卸載等各工況中，以鏟斗插入料堆同時(shí)舉升動(dòng)臂時(shí)的受力狀態(tài)最惡劣。在初鏟階段根據(jù)鏟斗切削刃受載情況，有兩種工況：正在水平切入和崛起作業(yè)，認(rèn)為載荷沿切削刃均勻分布，稱其為對(duì)稱受載情況；偏載水平切入和崛起作業(yè)，由于鏟斗偏鏟、堆料密集情況不均，使載荷偏于鏟斗一側(cè)，通常將其簡(jiǎn)化為集中載荷作用在鏟斗最邊緣的斗齒上，此時(shí)工作裝置除承受正載外，還要受附加彎矩作用，從而導(dǎo)致鏟斗和動(dòng)臂的變形。在極限偏載作用下，該變形對(duì)動(dòng)臂的剛度影響很大，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，將導(dǎo)致工作裝置很快失效。由于極限偏載工況發(fā)生極少并且時(shí)問(wèn)很短，可以在對(duì)稱工況的計(jì)算基礎(chǔ)上加一定的安全系數(shù)來(lái)避免極限偏載所帶來(lái)的不利影響，本文主要研究正載工況。
裝載機(jī)工作裝置為反轉(zhuǎn)六桿式工作機(jī)構(gòu)，由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂、橫梁、轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸等組成。裝載機(jī)工作裝置的對(duì)稱載荷工況可簡(jiǎn)化成平面靜力系統(tǒng)計(jì)算。
ZL80輪式裝載機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，動(dòng)臂分別在G處受到鏟斗壓力，在P處受到舉升油缸壓力以及在B處受到搖臂壓力。在鏟斗插入料堆，鏟取物料和舉升鏟斗的過(guò)程中，鏟斗需克服切削物料的阻力、物料和鏟斗之問(wèn)的摩擦力以及物料自身的重力。這些力構(gòu)成了裝載機(jī)工作裝置的作業(yè)阻力。當(dāng)工作裝置處于單一插入工況時(shí)作用在切削刃上的最大水平插入阻力G為整機(jī)空載時(shí)的重量，為輪胎與地面的附著系數(shù)。在鏟斗插入料堆與鏟取物料的聯(lián)合加載時(shí)，鏟斗水平插入阻少。
鏟斗最大鏟取阻力為F，式中為裝載機(jī)額定載重量。圣維南定理指出，局部載荷不影響遠(yuǎn)處應(yīng)力場(chǎng)的分布，所以在鏟斗尖部施加的點(diǎn)載荷不會(huì)影響動(dòng)臂的應(yīng)力分布。對(duì)稱載荷工況可簡(jiǎn)化成平面靜定系統(tǒng)計(jì)算，但需要忽略鏟斗和支撐橫梁對(duì)工作裝置各構(gòu)件受力和變形的影響。
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