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裝載機是工程機械的主要機種之一，采用傳統(tǒng)設計方法在一定程度上存在盲目性，容易形成設計中的人為應力集中點，造成機構整體強度的削弱甚至破壞。按這種設計生產出的產品，外觀上看上去很強壯、剛性很好，但卻有內在的設計缺陷，使用過程中常因工作裝置結構強度等原因，產生開焊、甚至斷裂等損壞現(xiàn)象，致使工作裝置報廢，造成重大經濟損失。動臂是裝載機工作裝置的重要組成部分，起著主要的承載作用，分別與鏟斗、搖臂、拉桿、前車架相鉸接，是整個工作裝置部分的核心部件。
ZLSOF雙搖臂裝載機的動臂一直存在強度問題，已經修改過幾次，但并未用有效的方法來進行分析。前一段時間，新改進的ZLSOF雙搖臂裝載機的動臂出現(xiàn)批量斷裂，針對這一情況，運用美國大型有限元分析軟件NASTRAN對該動臂進行了強度分析，并根據(jù)分析結果進行了結構改進，最終使動臂滿足了強度要求。
斷裂時首先在破壞點處出現(xiàn)裂紋，然后裂紋沿著焊縫開始擴展，最終導致整個動臂斷裂。此種斷裂性質嚴重，使裝載機不能正常工作。在分析動臂時沒有將其分離出來單獨加載，而是對整個工作裝置進行了分析，只在鏟斗上加力，這樣做可以免去中間的動臂受力計算過程。與鏟斗、搖臂、拉桿、前車架及液壓缸間采用鉸接的方式來模擬，使它們之間只有1個旋轉自由度。需要注意的是2個動臂液壓缸與2個翻斗液壓缸中的壓力分別相等，在這里，用多點約束來使它們的壓力相等。整個工作裝置中動臂采用實體單元劃分，鏟斗、搖臂及拉桿均采用殼單元來模擬。整個模型共有214968個單元。該裝載機所能達到的最大牽引力為150 kN，最大掘起力為160 kN，傾翻載荷為114 kN。分析時采用比較典型的兩種工況：聯(lián)合偏載工況與地面支撐掘起工況。將動臂上鉸點、舉升液壓缸和翻斗液壓缸以鉸鏈形式固定。載荷分為水平力Fx、豎直力F，及工作裝置自重。前兩個載荷的作用點在主導板向后及距鏟斗總長的三分之一處。兩種工況下所施加的載荷大小分別為：
聯(lián)合偏載：F=100 kN，F(xiàn)=114 kN；
地面支撐掘起：F=0，F(xiàn)=160 kN；
自重G由有限元軟件自動計算。
將滿足工況的載荷和約束施加到有限元網(wǎng)格上，通過計算可得動臂的有限元分析結果。
在聯(lián)合偏載工況下，動臂在破壞點處應力達到最大，密賽斯應力達到548 MPa，最大變形發(fā)生在動臂下鉸點處，為24 mm。在支撐掘起工況下應力最大達到156 MPa，最大變形為0.97 mm。
動臂的材料為Q345，其屈服強度為345 MPa。顯而易見，在支撐掘起工況下動臂強度滿足要求，而在聯(lián)合偏載工況下則不能滿足要求，這是由于破壞點處的應力集中引起的。
為了使動臂強度滿足要求，對動臂結構進行了適當改進。破壞點處的兩個筋板直接焊在動臂應力較大位置不合適，由于焊接缺陷會削弱動臂的強度，另一方面也會引起應力集中，因此將這兩塊筋板去掉。同時將隔板上邊緣減小，使其與動臂上邊緣具有間隙。對修改后的動臂再一次進行分析，此次分析只取聯(lián)合偏載工況，最大應力達到317 MPa，滿足了強度要求，最大變形仍為24 mm，滿足了剛度要求。
根據(jù)以上分析結果，裝配出一臺具有新型動臂結構的ZLSOF雙搖臂裝載機。為了驗證分析過程中所建立的有限元模型和載荷模型的正確性，對具有新型動臂結構的裝載機的動臂進行了應力測試，試驗工況與分析工況相同。
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