机械臂工作装置的Ansys有限元分析

2016-08-23 by:CAE仿真在线来源:互联网

装载机动臂工作装置的有限元分析

根据以上对工作装置的有限元分析,其中预处理模块主要工作为设定单元类型、实常数、材质、构建结构实体模型并进行网格划分等,求解模块中定义分析类型及相应选项,施加载荷,确定载荷步选项等并求解,求解参数。主要选择4节点壳单元对工作装置动臂进行离散。采用APDL方式与从下到上的建模方法相结合的方式建立模型。因此在动臂建模时充分利用动臂结构的某些相似性、对称性和一致性,先构建单侧模型,再通过复制、旋转、移动、合成等方法得到动臂的整体模型。对于均匀应力区域,采用自由网格划分。下面简要说明一下建模步骤:

(1)初始化ANSYS环境

(2)有限元网格的划分

在ANSYS环境下,根据动臂的结构特点,结合该软件提供的单元类型,选择3维8节点单元Solid45。该单元类型能够用于不规则形状,而且不会在精度上有任何损失。本文首先对动臂进行整体自由网格划分,然后对油缸轴孔和圆角处进行网格细化,以提高计算精度,防止畸变网格的产生。共生成16591个节点,55736个单元(划分结果略)。

(3)施加约束

由于是静力分析,必须限制模型的刚体位移,因而在铲斗铲土转动时,可认为:动臂与车架铰接处,动臂与动臂油缸铰接处,翻斗油缸与摇臂铰接处都不发生相对运动,因此在这3个铰接点处施加相应约束。

(4)施加载荷

装载机的最大牵引力为185 kN,自重58.8 kN,工作装置的材料为16Mn钢,ZL60装载机的操作质量为20.2 t。本研究是在对称水平插入力作用工况时进行计算的,在装载机联合铲取时受力最大,水平力(即插入阻力)由装载机的牵引力确Ry=202.790kN。根据整机纵向稳定性条件,作用于铲斗上最大的垂直载荷Rx=181.8 kN。进入ANSYS后处理阶段,对模型求解分析。

结果分析

应用APDL参数化三维建模和求解分析,得到工作装置动臂在对称水平插入力作用工况下的应力分布云图和变形云图,由应力分布云图可知,在正载对称水平插入力作用工况下动臂的危险点在摇臂和动臂横梁销孔铰接附近,危险点处应力值为20.889MPa,应考虑在动臂横梁销孔铰接周围采取加强措施。梁的危险点在横梁与动臂的铰接处,应力值为11.339 MPa。由变形分布云图可知,动臂右侧板的最大变形为59·946 mm,变形较大,应增加材料的刚度。内侧动臂板上表面受拉,下表面受压,应在改进设计中予以重视。动臂其余部分应力值较小,符合设计要求且有足够的强度储备。总之,该动臂具有良好的刚性,横梁面积较大足以承受极限偏载所产生的扭矩,应用这种设计方法能较好地解决复杂的空间力学问题,经装载机静强度试验,验证了本次建模的正确性和计算结果的可靠性。

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