基于Workbench的装载机工作装置有限元分析与结构优化.pdfVIP

设计·计算

DesignandCalculation

基于Workbench的装载机工作装置

有限元分析与结构优化

1,2

王1，侯国清

1.兰州交通大学材料科学与工程学院；2.广西柳工机械股份有限公司

摘要1在某型装载机新产品试制阶段的可靠性增长试验过程中发现，动臂与前车架铰点位置（记为A点）出现局部

失效问题。经失效分析，发现开裂位置位于A点动臂圆搭焊缝焊趾处，初步确定该位置的失效原因是存在应力集中。

通过ANSYSWorkbench建立有限元分析模型，得到A点动臂圆搭附近的应力分布云图，结果显示，在铲掘工况和举

升最高处的条件下，动臂圆搭局部焊趾处的最大应力达到519.73MPa和516.31MPa，应力水平远远超出母材Q345

的疲劳强度，在重复作业循环下，最终导致圆搭焊趾处开裂。为此对其圆搭的形状及尺寸进行优化，优化后圆搭焊趾

处相应位置的最大应力降至264.31MPa、272.5MPa，同时，动臂A点附近的应力得到了较大改善。对改进后的圆搭

结构形式再次进行可靠性增长试验，在规定的工作时间内再未出现搭子焊趾开裂情况。

关键词：工程机械；失效分析；有限元分析

工程机械广泛应用于国家基础建设、水利、矿山、房

地产等行业，装载机作为土石方机械，是工程机械的重1失效分析

要一部分。在对某型装载机开发阶段的可靠性增长试验由于装载机的工作环境十分恶劣，在使用过程中工

过程中发现，在工作1200~2000h时，动臂与前车架铰点作装置的A点圆搭位置可能会出现变形、开裂、断裂等现

（记为A点)圆搭焊缝焊趾处出现开裂。为了提高该位置象[2-6],如图1所示。

的使用寿命，本文对A点圆搭附近的失效情况进行失效通过对可靠性增长试验过程中的A点附近失效位置

分析，基于计算机辅助工程技术，对装载机的工作装置进进行观察发现，失效位置主要集中在A点的黄油润孔板

行有限元分析，探究并提出优化方案与建议，并对改进后材开裂以及动臂A点圆搭的焊趾处。

的样机进行试验跟踪。根据以上失效分析，初步确定其主要失效模式及失

作者简介：王（1995一），男，河南焦作人，硕士，研究方向：工程机械有限元仿真分析。

136工程机械2024·1

工程机绒

第55卷|第1期

总第603期

ANSYSWorkbench软件中，使用DM模块观察模型，由

于动臂整体为焊接件，所有接触面的接触方式全部设置

为Bond。

材料参数设置为：密度7.8×10°kg/m²，弹性模量

2.1×105MPa，泊松比0.3。在划分网格时，将A点附近的

（a）动臂A点圆搭焊趾位置开裂位置的网格细化，全部使用四面体单元，节点数为317126，单

元数为182320。建立出工作装置A点附近的有限元模

型，如图2所示。

（b）动臂A点圆搭焊趾位置开裂情况

（c）动臂A点焊趾处裂纹扩展情况

工作装置A点附近的有限元模型