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用于土石方工程的土方機械，其作業(yè)效率在很大程度上取決于工作裝置，尤其是工作裝置的結(jié)構(gòu)強度直接影響到土方機械的可靠性和使用性能。土方機械如挖掘機、裝載機等，其工作裝置一般是由動臂、連桿、斗桿及鏟斗組成的連桿機構(gòu)。長期以來，有限元法在土方機械工作裝置結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，絕大多數(shù)應(yīng)用僅限于對動臂、斗桿等關(guān)鍵部件或者部分結(jié)構(gòu)進行強度分析，由于結(jié)構(gòu)件在進行計算時，存在邊界條件及載荷難以確定的不足，影響了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一方面，土方機械工作裝置上鉸點較多，工作時銷軸和軸套之間傳遞載荷較大，軸和軸套的合理配合問題直接影響工作可靠性。目前，絕大多數(shù)研究僅對工作裝置鉸點處的連接銷軸與軸套分別進行有限元分析，往往忽視軸和軸套的接觸配合問題對計算結(jié)果的影響。
針對上述問題，結(jié)合某小型挖掘機挖掘工作裝置出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件斷裂、動臂和斗桿鉸點處斷軸等問題，提出了工作裝置整體結(jié)構(gòu)有限元分析方法。以該小型挖掘機工作裝置為研究對象，對動臂、斗桿、鏟斗、油缸和連接銷軸構(gòu)成的系統(tǒng)進行整體建模，對工作裝置進行整體結(jié)構(gòu)有限元強度分析，為土方機械同類共性問題的解決提供具有指導(dǎo)意義的分析方法。
某小型液壓挖掘機工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及油缸等組成。利用UG軟件建立車架、動臂、斗桿、鏟斗及連接蓋的三維幾何模型。在建模過程中，去掉了螺紋孔、不影響計算結(jié)果的倒角、運輸?shù)醵纫�。在實際模型中焊縫處都按連續(xù)處理，其材料按照與母材相同處理。利用UG中GFEM模塊提供的面向ANSYS軟件的有限元前處理功能生成有限元模型。
由于工作裝置的各個部分如動臂、斗桿、鏟斗的實際結(jié)構(gòu)主要是由薄鋼板焊接成的，并且?guī)缀文Ｐ洼^為復(fù)雜，故這些部分在劃分有限元模型時，有限元分析的單元類型選擇三維實體單元Solid45。油缸采用Link8單元模擬。最終的工作裝置由動臂、斗桿、鏟斗等部分裝配而成，動臂和斗桿之間、斗桿和鏟斗之間通過連接套和銷軸連接。通過在相互接觸的銷軸表而和連接套表而采用三維接觸單元，從而能夠建立更為精確的整體工作裝置的有限元模型。
挖掘機的挖掘工況由動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的變化可以組合成幾萬個工況，所以如何確定工作裝置在外載荷作用下的一個或幾個最不利的工況，并作為強度計算工況，進行精確的強度校核是非常重要的。
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