基于全寿命分析方法的挖掘机结构改进

李强

摘 要：在众多工程机械产品中，挖掘机作为一项重要机械，被应用于多个行业，尤其是建设行业，挖掘机不可或缺，其的存在，推动了社会发展。然而，时代在发展，挖掘机结构也应不断改进，才能更高效完成挖掘任务，降低挖掘机的疲劳破损，降低工程建设成本。文章以全寿命分析方法，改进挖掘机结构，以期提高挖掘机使用寿命。

关键词：全寿命分析法；挖掘机；结构改进

前言：与西方发达国家相比，我国在挖掘机方面的发展起步较晚，由测绘仿制，到国外挖掘机占据我国市场，到我国挖掘机的发展，历经六十多年时间，我国挖掘机才真正兴起。近年来，我国经济进入高速发展解读阶段，因国内基础设施的需求，制造业的发展，对挖掘机的需求量逐渐加大，推动了挖掘机的生产发展。然而，与外资品牌挖掘机相比，我国挖掘机在质量、性能、寿命等上，都存在一定能不足，对此，文章探讨了挖掘机的结构改进，以期推动我国挖掘机更进一步，推动将我国科技向前发展[1]。

1、挖掘机有限元分析

挖掘机受力较为复杂，极易因某部件的传递失误，增大挖掘机的疲劳度，降低挖掘机寿命。对此，为避免挖掘机各个部件之间力的传递误差，采用有限元分析法，对挖掘机整机进行分析，有限元的结构文件，可直接作为疲劳分析的输入数据，使相关人员全面了解挖掘机的疲劳程度与原因，以此提高有限元的寿命。在有限元分析中，分析结果的正确性，直接关系着挖掘机寿命分析的准确性，对此，在有限元结构输入文件前，应现场对挖掘机的应力进行测试，以此检查并修正有限元模型，保障有限元分析结果的准确性[2]。

在全寿命分析法下，挖掘机结构想要改进，建立适当的有限元模型非常重要。相关人员详细分析挖掘机的结构特点，可以得知，挖掘机工作装置多是箱型梁结构，挖掘机部件的位置多是由隔板中性层决定。挖掘機的回转支承结构作为配套件，在采购过程中，应保障其刚度与强度满足挖掘机的需求，不需要在有限元模型中建立回转支承结构，在ANSYS中，利用耦合方式，将转台与底盘连接起来。因为，转台上的驾驶室、柴油箱、配重等并非结构承载件，因此，在有限元模型建立时，可将其排除。在挖掘机的履带部分，相关人员应重点分析履带架结构，因此，在建模中，四轮一带并未建立有限元模型，挖掘机的油缸采用link8单元[3]。各部件有限元模型建立完毕，可利用耦合方式，将各个部件组装成一个整体的有限元模型，依照实际工况，对挖掘机整机的危险姿态进行分析并约束，提高挖掘机的寿命。

2、对挖掘机原有结构寿命进行的分析

机械行业的不断发展，人们对疲劳寿命的研究不断深入，如何将疲劳分析法与工程实际问题结合，成为人们关心重点，也成为我国挖掘机进一步发展的瓶颈。诸多疲劳分析软件因此产生，对挖掘机各结构寿命的预测，提高了人们工作效率。

2.1导入有限元结果

全寿命分析法，继应力-寿命法，该中方法并不严格区分挖掘机各部件间的裂纹产生与扩张，而是对挖掘机整体结构失效前的全部寿命进行估算。采用MSC对挖掘机整机的寿命进行分析，使得软件能够很好的与有限元软件展开数据接口。采用相应软件对挖掘机进行有限元分析，并将结果文件在ANSY9.0中分析、计算，将计算结果文件导入MSC中。

2.2获取实测载荷谱

在利用全寿命分析法对挖掘机进行疲劳分析时，载荷谱作为重要问题，其的获取尤为重要。实际上，获取实测载荷谱的方式较多，可通过现场试验获取，也可通过仿真获取。实际上，实测载荷谱作为一个连续且随机的过程，多被称为应力-时间历程曲线，对曲线进行频谱分析，即为编谱。在编谱前，应对曲线进行合理评价，以此保障实测数据的准确性。最后，在挖掘机结构改进中，可根据实测载荷谱对挖掘机内的异常数据进行修正。

3、基于全寿命分析方法的挖掘机结构改进

3.1挖掘机结构改进的主要原因

近几年，科技的发展，我国挖掘机的品质得到大幅提升，但是，与外资品牌相比，我国自主研发生产的挖掘机仍存在一定缺陷，具体体现在一线几点：其一，我国企业自主研发能力不足，在多个挖掘机生产企业中，挖掘机的核心技术与核心配套件仍由国外提供，我国挖掘机生产企业并未掌握，抑制了我国科技的发展。其二，与外资挖掘机品牌相比，我国挖掘机相对单一，品种较少，多集中在中小型挖掘市场，在大中型挖掘机市场上，外资品牌占据较大比例，影响了我国挖掘机的发展，甚至抑制了我国经济发展。基于此，改进我国挖掘机结构，使我国挖掘机能够真正进入大中型市场，提高我国市场竞争力，增强我国国际地位，成为我国发展关键。全寿命分析法，主要是指由挖掘机设计开始，至最终成品等一系列过程中，对挖掘机的寿命进行全面控制，应用该种方法改进挖掘机结构，能够真正优化挖掘机结构，提高其的寿命。

3.2挖掘机结构改进

依照对挖掘机疲劳寿命的分析结构，相关人员可直接对寿命较低的部件进行改进，以此提高挖掘机整机寿命。在结构改进时，工作人员应保障改进之后的结构满足原有结构对功能性的需求，在油缸铰点不变下完成，同时，提高挖掘机的操作便利性。如：在挖掘机工作中，动臂结构构造复杂，在挖掘工作中非常重要，工作时间较长，寿命较短，对此，应对动臂结构进行改进。具体如下：可将动臂结构侧板分为三块，中侧板厚，前后侧板薄，但是厚度差控制在5mm以内；对接焊缝坡口优化，选择更容易熔透的坡口角度进行焊接，市场表现结果表明，动臂结构的寿命明显增强。

4、总结

总之，与西方挖掘机相比，我国挖掘机的寿命与性能存在不足，挖掘机的结构改进成为关键。文章采用全寿命分析法，利用有限元分析挖掘机整机寿命，并根据数据对挖掘机进行改进，有效提高了挖掘机的寿命与性能，推动了我国挖掘机的发展。

参考文献：

[1]张晴晴，史良马.基于疲劳寿命分析的挖掘机挖斗结构优化[J].巢湖学院学报，2015，17（6）：76-81.

[2]贺雨田，吕彭民，牛选平.大型液压挖掘机工作装置结构有限元分析[J]. 筑路机械与施工机械化，2016，33（1）：102-105.

[3]李宏男，李超.基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法研究进展[J].中国公路学报，2014，27（10）：32-45.