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46吨大型液压挖掘机铲斗有限元分析

一、铲斗计算工况

挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工

现场也各异，其工作装置运动与受力情况比较复杂。故选择

了最危险工况来进行强度校核。

工况一：一般挖掘

1.1/2铲斗油缸行程；

2.1/2斗杆油缸行程；

3.斗齿尖V点贴地；

4.挖掘力0.7G，方向与地面成50度夹角，附加偏载。

工况二：伸长挖掘

1.斗杆油缸行程缩至最小；

2.铲斗油缸行程1/2处；

3.斗齿尖V点贴地；

4.挖掘力取0.7G，附加偏载。

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二、边界条件的确定及约束的施加

1）将斗杆简化成如图5所示的模型。对于斗杆，A

代表斗杆与动臂连接的铰点，B代表斗杆与斗杆油缸的铰

点。

D

图1工作装置边界条件简化模型

2).铰点载荷的处理

在挖掘机工作装置中，铰点是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、

动臂与机体以及各油缸和连杆机构与工作装置的连接构件。

因此，对于铰点处的载荷施加就显得尤为关键。以往对于铰

点处的载荷大多简化为集中力或等值的面载荷，施加集中载

荷会产生很大的集中应力；施加等值面载荷无法全面考虑铰

孔的应力分布情况。本有限元计算铰点载荷的施加应用弹性

力学的相关理论对销孔内表面的载荷简化为余弦分布的面

载荷，（如图6所示）

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图2铰点处余弦载荷分布

-余弦载荷分布假设：

(1)载荷在x-y平面内在180°范围内按余弦分布；

(2)分布力的方向为沿销孔表面的法向；

(3)载荷在z向均布。

四、铲斗有限元计算

1）、有限元模型

铲斗实体模型采用应用软件Pro/Engineer建立，如

图3，有限元模型见图4。铲斗有限元模型共划分单元

445635个，节点110716个。

图3铲斗三维实体模型

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图4铲斗有限元模型

2）、有限元计算

将各项载荷加入有限元模型各铰点后，计算结果如下：

①工况一：

图5铲斗VonMises应力分布云图

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图6铲斗VonMises应力分布云图（最大应力）

图7铲斗VonMises应力分布云图

图8铲斗VonMises应力分布云图

②工况二：

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