挖掘机动臂结构设计及仿真分析
学生姓名：杨鹏
专业：机械设计制造及其自动化指导老师：何孔德副教授
挖掘机介绍
挖掘机，又称挖掘机械（excavating machinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。

挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。

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,从近几来工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。

挖掘机最重要的三个参数：操作重量（质量），发动机功率和铲斗斗容。

本课题的主要任务：
1.对挖掘机动臂进行简化处
理，并用Pro ENGINEER建
立三维。

2.将三维模型导入ansys中
，并对三维模型加载，得出
应力云图。

3.针对挖掘机动臂应力云图，结合动臂结构，进行改变，以改善动臂的应力集中情况。

对挖掘机动臂结构进行简化处理 在ansys有限元
分析中是不允
许有缝隙出现
的，所以将动
臂的一些地方
进行简化处理，
然后建立三维
模型
挖掘机动臂的二维图形挖掘机动臂的三维图形
挖掘机受力分析及动臂应力计算
（1）、挖掘机阻力均布在铲斗的切削板上，此时可等效为集中载荷
Fa作用在铲斗切削板中部。

（2）、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，作用于铲斗的最外侧。

(3)、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，同时受到横向力Fc的作用。

工作装置的受力分析
（1）、挖掘机阻力均布在铲斗的切削板上，此时可等效为集中载荷Fa作用在铲斗切削板中部。

（2）、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，作用于铲斗的最外侧。

(3)、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，同时受到横向力Fc的作用。

如图建立动臂应力计算图形，把动臂受力作为作为静载分析。

挖掘机动臂的前处理
（1）、动臂单元类型选取。

preprofessor》element type》beam
（2）、定义材料属性。

preprofessor》material model》EX（1.8e5）PRXY （0.3）
（3）、定义截面。

preprofessor》sections》beam》commom sections（箱型结构）
（4）、网格划分。

preprofessor》meshing
（5）、加载和求解。

solution》define loads》apply》structure(1处点约束)（6）、查看结果。

Main Menu——General Postproc——Element Table——Define Table
材料泊松比弹性模量E/GPa密度
Q3450.32207800
加载后得到的应力云图（1）、主要较大应
力发生在弯臂处的隔
板上（如上图所示），
应力值1692Mp，该位
置是动臂缸耳板与隔
板的十字交叉处。

此
处结构欠合理，应该
改正。

（2）、弯臂上部边
角线应力值为2400Mp，
误差在8%以内，应力
略大，该应力不是上
耳板造成的，与截面
尺寸没有关系。

对动臂结构进行优化
由原始的动臂应力云图可以知道，动臂在转弯处应力集中现象比较严重。

因此，必须提出改进方案，以减小应力集中的现象。

与原方案相比，十月传奇 应力下降约20%，集中应力基本消除，各处的分布比较均匀，在安全范围内，修改方案是可行的。

动臂结构优化
将该零件作为一个整体，进行铸造，然后用用螺栓连接，将该零件和两侧板连接在一起。

优化前后动臂的应力云图对比优化前后对比发现，动臂在优化后，其受力情况明显要好，应力集中现象相对来说不是那么明显。

动臂缸耳板处的应力下降，与原方案相比，应力下降约20%，集中应力基本消除，各处的分布比较均匀，在安全范围内，修改方案是可行的。

本文总结与展望
本文首先通过对工程机械产品市场前景的分析，简述了挖掘机各种功能，说明该种工程机械在国家基本建设中发挥着其他工程机械产品不能替代的作用。

本论文以提高液压挖掘机产品的质量作为课题的切入点，选择了挖掘机动臂有限元分析和优化设计作为课题研究对象。

本文首先通过对工程机械产品市场前景的分析，简述了挖掘机各种功能，说明该种工程机械在国家基本建设中发挥着其他工程机械产品不能替代的作
用。

挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。

从近几来工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。

挖掘机最重要的三个参数：操作重量（质量），发动机功率和铲斗斗容。

蓝若水。