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靜態(tài)強(qiáng)度分析方法基本上分為兩類，一類是基于材料力學(xué)強(qiáng)度理論的傳統(tǒng)方法，這類方法分析過程簡單，適用于結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)則的零部件，不需要昂貴的分析軟件，不適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，分析結(jié)構(gòu)的精度也較低；另一類是基于彈性力學(xué)的有限元分析方法，這類方法適用于分析結(jié)構(gòu)和受力都十分復(fù)雜的零部件，分析精度較高。有限元分析方法的基本步驟：(1)分析各結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，利用ANSYS和SolidWorks Simulation建立單斗反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置有限元網(wǎng)格模型；(2)分析挖掘機(jī)的作業(yè)工況，根據(jù)其作業(yè)的特點(diǎn)，找出幾個(gè)最危險(xiǎn)的工況對其進(jìn)行受力分析；(3)根據(jù)部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)利用ANSYS和SolidWorks Simulation在工作裝置有限元網(wǎng)格模型的相應(yīng)部位施加約束，并輸入材料的機(jī)械力學(xué)特性參數(shù)；(4)利用ANSYS和SolidWorks Simulation進(jìn)行分析計(jì)算。
(1)動(dòng)臂與斗桿的長度比K。由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，K為松散系數(shù)，與土的類別及其狀態(tài)有關(guān)。對于III級土壤，其范圍在1.24-1.3之間，初選可近似取其中間值，所以選擇K=1.25。動(dòng)臂上鉸點(diǎn)與下鉸點(diǎn)之間的距離斗桿上鉸點(diǎn)與下鉸點(diǎn)之間的距離1212.03，鏟斗容量為0.38m3；挖掘深度為4.1；挖掘高度為7.35；挖掘半徑為6.77；卸載高度為4.95；鏟斗挖掘力54.86 kN。本文中長度的單位均為m。(2)鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇。斗容在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中已經(jīng)給出0.38 m3。按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選，如圖所示。
鏟斗有限元靜強(qiáng)度分析如圖所示。鏟斗雙耳板的四個(gè)鉸接處，斗齒與斗體應(yīng)力較大，因此在選擇材料和焊接工藝時(shí)應(yīng)注意。對于鏟斗，還應(yīng)該校核斗齒與齒座的連接強(qiáng)度，以及斗齒本身的強(qiáng)度，因?yàn)槎俘X是直接參與挖掘的主要零部件，其受力工況十分惡劣，存在明顯的磨損外還可能發(fā)生斷裂。從挖掘機(jī)的動(dòng)臂應(yīng)力分布圖，可以看出最大應(yīng)力的位置在集中力施加處，從該圖的顏色分布及對應(yīng)的應(yīng)力值可以看出動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)處應(yīng)力較大，是強(qiáng)度薄弱部分。由最低安全系數(shù)區(qū)域和應(yīng)力分布圖，可以看出斗桿與鏟斗鉸接處應(yīng)力較大，且該位置截面積尺寸較小，有強(qiáng)度破壞現(xiàn)象發(fā)生。
限于設(shè)計(jì)手段，目前對挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析主要還以靜強(qiáng)度分析為主，在此基礎(chǔ)上考慮適當(dāng)?shù)膭?dòng)載系數(shù)和安全系數(shù)，這導(dǎo)致分析結(jié)果比較粗略。但由于在挖掘過程中工作裝置的動(dòng)作速度較低，故在一定程度上能反映挖掘機(jī)主要結(jié)構(gòu)件的受力。
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