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学兔兔 装载机动臂薄弱点的应力分析 夏兆沂，刘 崇，韩其章 (山东临工工程机械有限公司) 摘 要：装载机动臂是工作装置的主要受力构件，其结构强度设计经校核计算都能得到保证，但有时局部的细节 设计不当也会引起大的故障。借助于PATRAN／NASTRAN有限元分析软件，以装载机动臂为研究对象，对动臂上3个 容易出现故障的细节位置进行线性静强度应力分析后发现，故障处均存在应力集中的现象。对应力集中处的结构进行 改进与分析，对改进前后的有限元分析结果进行对比，结果表明装载机动臂的工作寿命与可靠性得到提高，说明细节 结构设计在强度设计中具有重要作用。 关键词：装载机；动臂；有限元；应力集中 装载机动臂是工作装置的主要结构件之一，是 两端，B处为摇臂支板在横梁上连接的焊缝收尾封 复杂受力构件【l1，其强度、刚度设计很重要，一旦因总 头位置，C处为双缸型动臂的摇臂支板与动臂板交 体强度设计不足而造成扭曲或断裂故障，就将难以 叉位置。考虑增大故障部位的钢板厚度或截面积将 修复，给用户和厂家带来较大的经济损失，甚至造成 使成本提高，且不一定能解决问题，因此借助于 安全事故。因此动臂总体设计的强度和刚度一般足 PATRAN／NASTRAN有限元分析软件进行有限元线 够大，不会出现扭转或突然断裂现象。但是，经过多 性静强度分析。 年的动臂设计与使用，我们发现由于局部细节设计 2 工作情况分析 不好，仍然会出现故障，在此进行分析。 2．1 受力分析 1 常见动臂结构与故障位置 分析装载机工作状况，装载机主要在物料铲掘 常见动臂结构如图1所示，有单缸与双缸两种 时承受物料阻力，阻力最大时与整机提供的牵引力 结构。无论是单缸还是双缸，动臂均由动臂板 1、横 和液压缸提供的掘起力 达到平衡 。对于工作 梁2、摇臂支板3和孔端贴盘4等组焊加工而成，结 装置而言，当铲土阻力最大，并且阻力不能在铲斗上 构简单，焊缝少，质量控制相对容易。然而在动臂的 均匀分布，而是偏载于铲斗的一边时，例如铲斗铲在 使用过程中，图中A、B、C处多次出现焊缝开裂或板 石块上，整个阻力施加在铲斗一侧的局部位置，此时 材撕裂现象，A处为动臂板上凸起的收斗限位位置 工作装置包括动臂的受力情况最恶劣，如图2所示。 (a)单缸结构 (b)双缸结构 1．动臂板 2．横梁 3．摇臂支板 4．孔端贴盘 图1 常见的动臂结构 一 28一 学兔兔 3 有限元分析结果与改进 3．1 A处故障分析与改进 A处在动臂板上，使用平面板壳单元进行模 拟，第三强度理论下的等效应力【3吩析结果如图3 所示。由