液压挖掘机工作装置铰点实测载荷特征研究

为了定量分析实际工况下铰点载荷特征,为关键零部件载荷谱整理提供方法和依据,以XE215G中型挖掘机为研究对象,采用两种方法获取铰点载荷:第一种方法采用三维销轴力传感器,直接实测铲斗与斗杆铰点处的正载、侧载和偏载,采用连杆力传感器实测连杆力,利用力学平衡方程计算其余铰点载荷;第二种方法利用实测的动臂、斗杆和铲斗油缸压力和位移数据,通过建立动力学模型间接计算所有铰点载荷。同时测试动臂、斗杆大应力部位的应力-时间历程。两种方法获取的铰点载荷吻合较好,表明测试数据比较可靠。针对方法一所得铰点载荷,计算大应力测点疲劳损伤在考虑和不考虑侧载及偏载时的相对偏差,结果表明,除了损伤明显小的测点外,其余测点损伤相对偏差不超过6.98%,表明侧载和偏载对结构损伤的影响较小。针对方法二所得铰点载荷,利用载荷-应力传递系数获取结构大应力测点的计算应力,并与对应测点实测应力对比,结果表明,各测点两种应力曲线吻合较好,且各测点的计算损伤相对实际损伤的最大偏差为8.33%,表明方法二所得铰点载荷可以较好的复现结构大应力测点的应力及损伤。在正常工作条件下,挖掘机工作装置铰点载荷可以近似不考虑侧载和偏载的影响,而采用简易可行的测量油缸压力和位移的方法获得。     

矿用装载机工作装置有限元分析及轻量化设计

首先建立了矿用装载机工作装置的有限元实体模型,在整机最危险姿态下对工作装置进行了静力学分析,得到其应力分布情况,结果显示斗杆构件应力盈余较多,然后基于APDL语言建立了斗杆参数化模型,以质量最轻为目标函数,结构横截面尺寸为设计参数,结构强度为约束条件,对其进行轻量化设计,结果显示,在结构强度满足要求的同时斗杆质量减轻了41.9%。最后对优化前后工作装置实体模型进行了模态分析,结果显示固有振型和固有频率变化不大,工作装置动态性能稳定。表明该优化方法效果显著,具有可行性,为矿用装载机工作装置及整机的轻量化设计提供了参考。     

基于热点应力法的液压挖掘机斗杆疲劳寿命评估

由于挖掘机的工作载荷复杂多变,易造成斗杆疲劳破坏,以某中型液压挖掘机斗杆为研究对象,采用热点应力法对斗杆进行疲劳寿命评估。通过有限元仿真结果,确定了斗杆上翼板油缸座焊趾处为危险部位,并对油缸座焊趾处进行了疲劳强度分析,发现各热点位置处的等效时间从中间到两边逐渐增大且焊趾处最外侧2个热点位置处的等效工作时间分别为8250小时和8190小时。通过斗杆疲劳台架试验可知,疲劳破坏位置与分析位置相一致,斗杆油缸座焊趾处两侧出现可见裂纹的等效工作时间为9870小时,两者时间基本一致。因此,热点应力法适用于斗杆疲劳寿命评估,且精度较高。     

基于Bayes方法的挖掘机动臂疲劳寿命可靠性评估

针对某型号中型挖掘机动臂在极小样本下的可靠性试验评估问题,基于挖掘机工作装置的疲劳寿命服从对数正态分布,结合单子样挖掘机动臂的疲劳试验数据,利用贝叶斯(Bayes)方法对其寿命可靠性进行了评估,给出了可靠度函数、失效分布函数、失效率函数等可靠性指标,获得了动臂结构在75%置信度、95%可靠度下的疲劳寿命为4071.6小时。为验证评估方法的准确性和有效性,采用了国际焊接协会(IIw)标准对动臂疲劳试验发生裂纹的结构细节进行了疲劳寿命评估,得到相同条件下动臂疲劳寿命为4378.1h。对比结果表明,两种评估结果相对误差仅为7.5%。该挖掘机在90%置信度下平均寿命为7673.2h,与验前信息8000h也比较吻合。