工作装置是装载机直接承受工作载荷的主要构件，其结构强度直接影响到装载机的可靠性和工作性能。本研究以徐工集团生产的改进型装载机为研究对象，对其工作装置进行有限元分析和强度分析。
      工作装置包括动臂、铲斗、摇臂、拉杆、动臂举升油缸及转斗油缸。动臂用厚钢板焊接而成，采用斜支撑式动臂举升油缸。两块动臂板之间由双横梁连接，横梁为钢板焊接的箱形梁，能很好地承受弯、扭应力。工作装置中的动臂板和横梁用薄板单元来模拟，举升油缸、转斗油缸和拉杆用杆单元模拟。由于分析的主要对象是动臂结构，铲斗在计算过程中只起到传递载荷的作用，因此可用梁单元来模拟铲斗。
      在建立工作装置力学模型时，举升油缸的简化处理是关键问题。工作装置如图所示。对于正载工况，可以把动臂缸处理成边界元或杆单元，对于偏载工况，力学模型的建立比较困难。对于后者，通常的处理主要有以下几种方案：
      (1)利用测试的方法将举升油缸作用在动臂上的力测出，在力学模型中将液压缸对动臂的约束用此力代替，如图所示。在这种情况下，如果仍保持动臂与机架铰接，位移就会不定。因此只能将动臂与机架铰接改为固接，如图所示，这样就不能模拟其实际工作状态。另外，还要对实际样机进行测试，不但麻烦，而且不能用于设计方案的评定和优选。
      (2)两动臂缸用边界元代替，如图。它的特点是保持了动臂机构的约束方式，但动臂在受偏载时，边界元对动臂绕x轴的转动产生约束，形成对左右动臂板附加的拉力或压力。
      (3)将一举升油缸简化为边界元，而另一举升油缸采用与此边界元反力相等的集中力来代替。这种处理方法同样存在类似方法的问题。
      鉴于上述方法存在的弊端，必须建立一合理的力学模型。动臂的受力状态如图所示，若在铲斗中间作用一垂直载荷(或水平载荷)，则会在两举升油缸处产生大小相等的反力，若施加一偏载，在理想情况下，由于两油缸的进、出油管分别相连，所以它们提供的举升力仍然相等。实际上作用在铲斗上的载荷，只要其大小和方向不变，两举升油缸的反力始终相等，与载荷的作用位置无关。
      基于上述分析，本研究提出下面的解决方案，如图所示。用杆单元AC、BD代替两举升油缸，设CD中点为E，连接CE、DE，用梁单元模拟，取其刚度比结构刚度大2个以上数量级，然后去掉E点绕x轴转动的约束。由于梁单元CE、DE在E点刚性连结，因此形成了一个E点受支撑的平行四边形结构ACDB，显然这个结构既保证AC、BD两边受力相等，又不会限制它在E点绕x轴的转动。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限公司
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！