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地下鏟運機是地下采掘作業(yè)的主體設備，工作裝置是鏟運機直接承受工作載荷的主要構件，而舉升臂是工作裝置中的重要構件，其結構強度直接影響到鏟運機的可靠性和工作性能。
鏟運機實際作業(yè)過程中，常常由于鏟斗偏鏟或物料的不均勻性，使得鏟斗受到非對稱載荷作用。在極限偏載作用下，舉升臂的變形對其強度產(chǎn)生決定性影響。在偏載工況下，工作裝置中對稱的鉸接點受力不盡相同，此時如果仍按多剛體系統(tǒng)來建模，則會造成冗余約束，仿真與實際不符。此外，由于2個舉升油缸進油管和出油管分別相連通，所以2油缸的舉升力始終相等。已有學者對裝載機舉升油缸處理方法進行研究：范文杰運用ADAMS中的液壓模塊模擬動態(tài)油缸，但稍顯繁瑣；成凱、范文杰等在ANSYS中用桿和梁單元來模擬油缸，但只模擬了靜態(tài)油缸有限元分析。目前尚未發(fā)現(xiàn)運用類似方法對鏟運機進行相應研究的文獻。
利用ANSYS為ADAMS提供舉升臂柔性體，在ADAMS中其他構件采用剛性體，建立工作裝置的剛柔體混合模型，并基于杠桿原理對雙油缸舉升機構進行結構簡化來模擬動態(tài)油缸，避免使用液壓模塊而使問題復雜化。進行偏載工況下的動力學仿真，獲取載荷數(shù)據(jù)，再返回ANSYS中計算舉升臂的強度，為改進設計提供參考。
正轉六桿鏟運機工作裝置包括舉升臂、鏟斗、連桿、搖臂、傾翻油缸及舉升油缸(見圖1)。鏟運機工作過程由以下工況組成。
(1)插入工況鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底板與地面呈30-50傾角，開動鏟運機，鏟斗插入料堆。此過程傾翻油缸和舉升油缸都處于閉鎖狀態(tài)，可認為此過程鏟斗斗刃只受水平插入阻力作用。
(2)鏟裝工況鏟斗插入料堆后，操作傾翻油缸，轉動鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。此過程保持舉升油缸閉鎖�？烧J為此過程鏟斗受垂直掘起阻力和物料重力的作用。
(3)重載運輸工況鏟裝工況后，所有油缸均閉鎖，然后驅(qū)動鏟運機駛向卸載地點。
(4)舉升工況保持傾翻油缸閉鎖，操作舉升油缸，將舉升臂升至某卸載高度，準備卸載。
(5)卻載工況舉升油缸閉鎖，操作傾翻油缸翻轉鏟斗卸料。
(6)復位工況鏟斗物料卸載干凈后，舉升油缸縮回，下放動臂，使鏟斗恢復至運輸位置。
工作裝置所用鋼材為Q345，Q345的彈性模量為2.06e11 Pa，泊松比為0.29，密度為7 800 kg/m3，屈服極限345 MPa。
從三維建模軟件將舉升臂以Parasolid格式導入到ANSYS中，采用SOLID45單元劃分網(wǎng)格，見圖。
在各鉸接中心建立關鍵點，用MASS21單元進行劃分，作為ANSYS與ADAMS的接口點(7個)。將接口點與其周圍鉸孔面上所有節(jié)點用剛性連接，進行模態(tài)分析，獲得MNF模態(tài)中性文件。
由于鏟運機在工作過程中舉升臂所受激振力的頻率不太高，只有較低的固有頻率才可能與激振頻率相同或接近，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，故在進行舉升臂模態(tài)分析時可只取前40階模態(tài)，表列出了前12階舉升臂在ANSYS與ADAMS環(huán)境下的固有頻率，對比兩者，誤差很小，數(shù)據(jù)交換無誤。
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