基于全壽命分析方法的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

李強(qiáng)

摘 要：在眾多工程機(jī)械產(chǎn)品中，挖掘機(jī)作為一項(xiàng)重要機(jī)械，被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，尤其是建設(shè)行業(yè)，挖掘機(jī)不可或缺，其的存在，推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。然而，時(shí)代在發(fā)展，挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)也應(yīng)不斷改進(jìn)，才能更高效完成挖掘任務(wù)，降低挖掘機(jī)的疲勞破損，降低工程建設(shè)成本。文章以全壽命分析方法，改進(jìn)挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)，以期提高挖掘機(jī)使用壽命。

關(guān)鍵詞：全壽命分析法；挖掘機(jī)；結(jié)構(gòu)改進(jìn)

前言：與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國在挖掘機(jī)方面的發(fā)展起步較晚，由測繪仿制，到國外挖掘機(jī)占據(jù)我國市場，到我國挖掘機(jī)的發(fā)展，歷經(jīng)六十多年時(shí)間，我國挖掘機(jī)才真正興起。近年來，我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展解讀階段，因國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的需求，制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)挖掘機(jī)的需求量逐漸加大，推動(dòng)了挖掘機(jī)的生產(chǎn)發(fā)展。然而，與外資品牌挖掘機(jī)相比，我國挖掘機(jī)在質(zhì)量、性能、壽命等上，都存在一定能不足，對(duì)此，文章探討了挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以期推動(dòng)我國挖掘機(jī)更進(jìn)一步，推動(dòng)將我國科技向前發(fā)展[1]。

1、挖掘機(jī)有限元分析

挖掘機(jī)受力較為復(fù)雜，極易因某部件的傳遞失誤，增大挖掘機(jī)的疲勞度，降低挖掘機(jī)壽命。對(duì)此，為避免挖掘機(jī)各個(gè)部件之間力的傳遞誤差，采用有限元分析法，對(duì)挖掘機(jī)整機(jī)進(jìn)行分析，有限元的結(jié)構(gòu)文件，可直接作為疲勞分析的輸入數(shù)據(jù)，使相關(guān)人員全面了解挖掘機(jī)的疲勞程度與原因，以此提高有限元的壽命。在有限元分析中，分析結(jié)果的正確性，直接關(guān)系著挖掘機(jī)壽命分析的準(zhǔn)確性，對(duì)此，在有限元結(jié)構(gòu)輸入文件前，應(yīng)現(xiàn)場對(duì)挖掘機(jī)的應(yīng)力進(jìn)行測試，以此檢查并修正有限元模型，保障有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

在全壽命分析法下，挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)想要改進(jìn)，建立適當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ头浅Ｖ匾Ｏ嚓P(guān)人員詳細(xì)分析挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以得知，挖掘機(jī)工作裝置多是箱型梁結(jié)構(gòu)，挖掘機(jī)部件的位置多是由隔板中性層決定。挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)作為配套件，在采購過程中，應(yīng)保障其剛度與強(qiáng)度滿足挖掘機(jī)的需求，不需要在有限元模型中建立回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，在ANSYS中，利用耦合方式，將轉(zhuǎn)臺(tái)與底盤連接起來。因?yàn)?，轉(zhuǎn)臺(tái)上的駕駛室、柴油箱、配重等并非結(jié)構(gòu)承載件，因此，在有限元模型建立時(shí)，可將其排除。在挖掘機(jī)的履帶部分，相關(guān)人員應(yīng)重點(diǎn)分析履帶架結(jié)構(gòu)，因此，在建模中，四輪一帶并未建立有限元模型，挖掘機(jī)的油缸采用link8單元[3]。各部件有限元模型建立完畢，可利用耦合方式，將各個(gè)部件組裝成一個(gè)整體的有限元模型，依照實(shí)際工況，對(duì)挖掘機(jī)整機(jī)的危險(xiǎn)姿態(tài)進(jìn)行分析并約束，提高挖掘機(jī)的壽命。

2、對(duì)挖掘機(jī)原有結(jié)構(gòu)壽命進(jìn)行的分析

機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)疲勞壽命的研究不斷深入，如何將疲勞分析法與工程實(shí)際問題結(jié)合，成為人們關(guān)心重點(diǎn)，也成為我國挖掘機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。諸多疲勞分析軟件因此產(chǎn)生，對(duì)挖掘機(jī)各結(jié)構(gòu)壽命的預(yù)測，提高了人們工作效率。

2.1導(dǎo)入有限元結(jié)果

全壽命分析法，繼應(yīng)力-壽命法，該中方法并不嚴(yán)格區(qū)分挖掘機(jī)各部件間的裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)張，而是對(duì)挖掘機(jī)整體結(jié)構(gòu)失效前的全部壽命進(jìn)行估算。采用MSC對(duì)挖掘機(jī)整機(jī)的壽命進(jìn)行分析，使得軟件能夠很好的與有限元軟件展開數(shù)據(jù)接口。采用相應(yīng)軟件對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行有限元分析，并將結(jié)果文件在ANSY9.0中分析、計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果文件導(dǎo)入MSC中。

2.2獲取實(shí)測載荷譜

在利用全壽命分析法對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行疲勞分析時(shí)，載荷譜作為重要問題，其的獲取尤為重要。實(shí)際上，獲取實(shí)測載荷譜的方式較多，可通過現(xiàn)場試驗(yàn)獲取，也可通過仿真獲取。實(shí)際上，實(shí)測載荷譜作為一個(gè)連續(xù)且隨機(jī)的過程，多被稱為應(yīng)力-時(shí)間歷程曲線，對(duì)曲線進(jìn)行頻譜分析，即為編譜。在編譜前，應(yīng)對(duì)曲線進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，以此保障實(shí)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，在挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)中，可根據(jù)實(shí)測載荷譜對(duì)挖掘機(jī)內(nèi)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

3、基于全壽命分析方法的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的主要原因

近幾年，科技的發(fā)展，我國挖掘機(jī)的品質(zhì)得到大幅提升，但是，與外資品牌相比，我國自主研發(fā)生產(chǎn)的挖掘機(jī)仍存在一定缺陷，具體體現(xiàn)在一線幾點(diǎn)：其一，我國企業(yè)自主研發(fā)能力不足，在多個(gè)挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)中，挖掘機(jī)的核心技術(shù)與核心配套件仍由國外提供，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)并未掌握，抑制了我國科技的發(fā)展。其二，與外資挖掘機(jī)品牌相比，我國挖掘機(jī)相對(duì)單一，品種較少，多集中在中小型挖掘市場，在大中型挖掘機(jī)市場上，外資品牌占據(jù)較大比例，影響了我國挖掘機(jī)的發(fā)展，甚至抑制了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。基于此，改進(jìn)我國挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)，使我國挖掘機(jī)能夠真正進(jìn)入大中型市場，提高我國市場競爭力，增強(qiáng)我國國際地位，成為我國發(fā)展關(guān)鍵。全壽命分析法，主要是指由挖掘機(jī)設(shè)計(jì)開始，至最終成品等一系列過程中，對(duì)挖掘機(jī)的壽命進(jìn)行全面控制，應(yīng)用該種方法改進(jìn)挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠真正優(yōu)化挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)，提高其的壽命。

3.2挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

依照對(duì)挖掘機(jī)疲勞壽命的分析結(jié)構(gòu)，相關(guān)人員可直接對(duì)壽命較低的部件進(jìn)行改進(jìn)，以此提高挖掘機(jī)整機(jī)壽命。在結(jié)構(gòu)改進(jìn)時(shí)，工作人員應(yīng)保障改進(jìn)之后的結(jié)構(gòu)滿足原有結(jié)構(gòu)對(duì)功能性的需求，在油缸鉸點(diǎn)不變下完成，同時(shí)，提高挖掘機(jī)的操作便利性。如：在挖掘機(jī)工作中，動(dòng)臂結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，在挖掘工作中非常重要，工作時(shí)間較長，壽命較短，對(duì)此，應(yīng)對(duì)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。具體如下：可將動(dòng)臂結(jié)構(gòu)側(cè)板分為三塊，中側(cè)板厚，前后側(cè)板薄，但是厚度差控制在5mm以內(nèi)；對(duì)接焊縫坡口優(yōu)化，選擇更容易熔透的坡口角度進(jìn)行焊接，市場表現(xiàn)結(jié)果表明，動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的壽命明顯增強(qiáng)。

4、總結(jié)

總之，與西方挖掘機(jī)相比，我國挖掘機(jī)的壽命與性能存在不足，挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)成為關(guān)鍵。文章采用全壽命分析法，利用有限元分析挖掘機(jī)整機(jī)壽命，并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，有效提高了挖掘機(jī)的壽命與性能，推動(dòng)了我國挖掘機(jī)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晴晴，史良馬.基于疲勞壽命分析的挖掘機(jī)挖斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，17（6）：76-81.

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[3]李宏男，李超.基于全壽命周期的橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展[J].中國公路學(xué)報(bào)，2014，27（10）：32-45.