挖装机大臂座动力学分析和疲劳寿命预测

李毅华 朱荣海 张玉宽

摘要：针对挖装机工作装置使用寿命难以预测的问题，采用多体动力学仿真的方法，在ADAMS中建立了挖装机工作装置虚拟样机，进行动力学仿真，得到了挖装机零部件在工作过程中的受力变化曲线。利用零部件受力曲线合成载荷谱，并以此载荷谱对挖装机大臂座进行疲劳寿命预测。结果显示，大臂座疲劳寿命满足使用要求，仿真结果可以为挖装机工作装置的设计提供依据和参考。

Abstract： Aiming at the problem that the service life of the working device of the excavator is difficult to predict， a virtual prototype of the working device of the excavator is established in ADAMS by using the method of multi-body dynamics simulation， and the dynamic simulation is carried out to obtain the stress variation curve of the parts of the excavator during the working process.The fatigue life of the excavator boom is predicted by the load spectrum which is synthesized by the force curve of the components. The results show that the fatigue life of the big arm seat meets the service requirements， and the simulation results can provide a basis and reference for the design of the excavator's working device.

关键词：挖装机;多体动力学仿真;疲劳寿命预测

Key words： excavating machine;multi-body dynamics simulation;fatigue life prediction

中图分类号：F416.42                                  文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）14-0064-03

0  引言

随着社会生活节奏的加快，能源的需求愈加剧烈。挖装机作为煤矿开采的主要机械之一，其重要性不言而喻。研究挖装机工作装置的作业过程和关键受力零部件的使用寿命具有重要的意义，对挖装机的优化设计和进一步开发都十分重要[1][2]。笔者根据ZWY-180L型挖装机的实际二维图纸建立挖装机工作装置三维模型，导入到ADAMS中进行动力学分析，对挖装机作业过程进行仿真[3]，得到关键受力部件大臂座各铰接点的受力曲线，并以此对大臂座进行疲劳寿命预测。

1  虚拟样机的建立

1.1 三维模型的建立   挖装机的工作装置主要由扒斗、小臂、大臂、大臂座、龙门架以及驱动油缸组成[4]，如下图1所示。驾驶员控制油缸进行配合运动即可完成各种复合扒挖物料的动作。笔者根据ZWY-180L型挖装机实际的二维图纸，利用solidworks对挖装机的工作裝置进行三维建模，实体模型如图2所示。……