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工作裝置的動態強度分析及其他
以上對挖掘機主要結構件強度分析方法為按照靜態工況進行的靜態強度分析,它是依賴于安全系數的選取來保證結構件的強度及可靠性的。這種傳統的設計方法未能充分考慮其動態載荷及沖擊與振動問題。實際挖掘作業表明,作業中的挖掘機工作裝置存在周期性振動問題,由此而導致的疲勞裂紋故至結構件的斷裂充分說明了這個問題。此外,實驗結果也證明了工作裝置的振動與自身的動態特性及外部激勵有關.為復雜的周期性振動。設計時,應避免其固有頻率與外部激振頻率接近,以防發生共振.造成結構破壞。
挖掘機的動載荷主要來源于以下幾個方面:
I)由于部件慣性在起動加速和制動減速過程中產生的動載荷。
2)液壓系統產生的沖擊作用。
3)作業過程中由于物料引起的限力變化而產生的動載荷。
(1)動態特性分析的目的動態特性分析的目的是通過系統的有限元模型和專用軟件分析系統的固有頻率和振型,以及結構動態響應在各時刻的應力、變形和位移分布規律,得出結構梢合的各階諧振頻率和振型,研究液壓系統沖擊和外載荷變化對結構動態特性的影響,為深人研究挖掘機結構件的動力學特性和提高結構壽命提供理論依據。
(2)整體模型建立的問題及處理方法由于整體模型結構復雜,需要根據不同部件的結構特點、不同板厚、不同材料進行分塊建模,然后合并粘接形成整體有限元模型,這實際上是一個高度非線性問題。但限于有限元理論假設及分析軟件的分析功能限制和對模型單元的要求,模型中不能出現剛體位移,部件間的各種運動副如鉸接點處的轉動、液壓缸的伸縮等必須簡化為剛性或彈性連接,因此,這樣建立的0體模型只能近似地反映系統的動態特性。不僅如此,系統的固有頻率和振型會隨著工作裝置的姿態而改變。因此,為了能充分反映結構在各種危險工況下的動態特性,應多選幾種代表性姿態進行分析。
(3)載荷譜的選擇對挖掘機來說,載荷譜的確定是至關重要的,這關系到分析結果的可行程度,也是最需要花費人力、物力進行研究的問題。由于作業工況的多樣性和復雜性,尤其是所涉及物料所帶來的不確定性,因此要獲取具有代表性的載荷譜將是十分困難的。
(4)結果分析從實際作業和有限元分析結果可知,挖掘過程中工作裝置的振動情況首先與物料的開挖難度即外載荷的大小存在很大關系。開挖難度越大,振動越劇烈,尤其是在外載荷突變的情況下,會引起結構件產生較大的應力和變形以及較大幅度的振動。其次是換向閥的換向動作帶來的液壓沖擊以及各部件在起動和制動過程中的慣性力和慣性力矩作用,所有這些都是引起結構件產生上述現象的重要因素,有待于今后進行深人研究。
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