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挖掘機是工程機械中的一種主要類型。是土石方開挖的主要機械設備。在工業與民用建筑、道路建設、水力、礦山、市政工程等土石方施工中均占有重要位置。工作裝置是挖掘機直接承受工作載荷的構件的結構強度會直接影響到挖掘機的可靠性和工作性能。而且當工作裝置過于笨重時，使得配重質量增大，進而會對發動機功率產生影響，容易造成一系列的問題，因此有效地對工作裝置進行結構有限元分析是挖掘機設計的關鍵環節。
傳統的結構分析利用特定工況下工作裝置某位置時鏟斗所受載荷，通過力學分析，找出動臂、斗桿、鏟斗等部件各鉸點的受力大小和方向，對它們分別應用材料力學來進行強度校核，這種分別計算的方法既繁瑣又容易出錯，消耗較長時間，很容易造成誤差。
在有限元分析軟件中，我們可以利用多點約束方程，將挖掘機工作裝置中的動臂、斗桿、鏟斗及其他輔助零件整體進行有限元分析，以更準確直觀地分析整個工作裝置特定工況下的結構強度。
挖掘機主要由動臂、斗桿、鏟斗、油缸、搖桿和連桿等組成，本研究利用軟件建立各部件的三維模型，在模型的建立過程中忽略了實際裝配中的輔助零件，如油管、油管固定螺釘以及鉸接銷的定位銷等。焊接處材料簡化成與其他位置材料性質相同，裝配好的模型見圖，三維模型在有限元軟件中進行分析時為了減少計算量，應在不影響分析結果的前提下對已建立的模型進行結構簡化，且有些情況下，若不對模型進行簡化，劃分網格和接觸分析可能會遇到問題，具體簡化步驟如下。
首先簡化機座。由于要對整個裝配體進行應力分析，若對機座也進行網格劃分和求解會占用不必要的存儲空間并很大程度延長分析時間，故將整個挖掘機機體簡化為一個平板，同時為了減少接觸分析時接觸對數量。將動臂銷和兩個動臂缸銷軸同機座做成一個整體，斗桿，搖桿也進行類似的簡化，動臂缸，斗桿缸和鏟斗缸都用一根直桿代替。實踐證明，這種簡化對分析結果不產生影響，簡化后的結構模型見圖。
有限元法假設載荷作用在節點上，并由節點傳遞的，即如果相鄰零件沒有公共的節點，則力就不能由一個零件傳遞到另一格零件如圖。斗桿和銷軸之間雖然在空間位置上是接觸的，由于不是同一個零件，劃分網格后斗桿和銷軸在接觸面上不存在公共節點。根據有限元思想的假設，力將不能從斗桿傳向銷軸，反之亦然。但當我們給斗桿和銷軸施加節點耦合，約束關系，斗桿和銷軸之間在接觸面上存在公共節點，這樣斗桿上的力就可以通過節點傳遞給銷軸，這樣才能使進一步的有限元分析得以順利進行。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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