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液壓挖掘機是工程機械的主要產(chǎn)品之一，具有較高的技術含量，它被廣泛應用于礦山開采、道路施工、國防建設、農(nóng)用水利等基本建設之中。鏟斗是挖掘機工作裝置(鏟斗、斗桿、動臂)3大部件之一，是主要承載件。在挖掘過程中，鏟斗直接承受很大外力，鏟斗與礦巖的接觸滑移，造成鏟斗激烈的磨損。作業(yè)環(huán)境的狀況也對鏟斗的強度和變形在一定程度上造成很大影響。因此，鏟斗結構性能的好壞對挖掘機工作的影響非常重要。目前，在國內(nèi)液壓挖掘機設計中，對斗桿和動臂的應力分布進行強度分析較多，而對鏟斗的應力分布規(guī)律研究得較少。本研究結合某型挖掘機的實際作業(yè)工況，對挖掘機鏟斗在受力最大的典型工況下挖掘時進行強度分析和變形分析，為挖掘機鏟斗設計提供理論依據(jù)。
利用有限元進行強度分析的過程是：①前處理，建立幾何模型，將幾何模型理想化，施加材料參數(shù)和載荷約束條件，進行網(wǎng)格劃分；②通過軟件進行有限元分析計算；③后處理，將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示，也可將結果以圖、表、曲線形式顯示或輸出。使用Pro/MECHANICA模塊，可以將幾何模型轉換成有限元模型進行分析求解，并以圖形方式顯示分析結果。
首先，在Pro/E模塊中對鏟斗進行三維造型，其次以鏟斗受力最大的工況，計算出有限元強度分析的載荷數(shù)據(jù)，最后應用Pro/MECHANICA模塊對鏟斗進行強度分析。
根據(jù)已知的尺寸數(shù)據(jù)，在Pro/E中進行挖掘機的鏟斗三維實體造型，為方便劃分網(wǎng)格，在對結果不產(chǎn)生影響的情況下，對結構和模型進行簡化，分析所用的實體模型如圖所示。
挖掘機鏟斗兩側板采用的材料是20CrMnMo，其它部分所采用的是16Mn。采用20CrMnMo主要是為了耐磨和抗疲勞，根據(jù)以往經(jīng)驗可知，危險位置不在側壁，因此分析時整體采用16Mno、20CrMnMo的各項性能指標均優(yōu)于16Mn，所以這樣不但不影響分析結果，還簡化了分析過程。
對挖掘機鏟斗進行強度分析時，分析采用的工況必須是有限元模型受力最大的危險工況。根據(jù)挖掘機的連接情況，使用Pro/MECHANICA MOTION模塊對其進行動力學分析，利用Pro/MECHANICA MOTION模塊的運動仿真功能，模擬鏟斗的運動情況，求出了鏟斗受力最大的工況。鏟斗的受力主要是挖掘力、鏟斗內(nèi)土的重力和鏟斗自身的重力。鏟斗的挖掘力可以采用Pro/MECHANICA MOTION的運動分析模塊，對鏟斗進行動力學分析，計算出各個狀態(tài)下的鏟斗挖掘力的受力情況。
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