基于全壽命分析方法的挖掘機結構改進

李強

摘 要：在眾多工程機械產品中，挖掘機作為一項重要機械，被應用于多個行業，尤其是建設行業，挖掘機不可或缺，其的存在，推動了社會發展。然而，時代在發展，挖掘機結構也應不斷改進，才能更高效完成挖掘任務，降低挖掘機的疲勞破損，降低工程建設成本。文章以全壽命分析方法，改進挖掘機結構，以期提高挖掘機使用壽命。

關鍵詞：全壽命分析法；挖掘機；結構改進

前言：與西方發達國家相比，我國在挖掘機方面的發展起步較晚，由測繪仿制，到國外挖掘機占據我國市場，到我國挖掘機的發展，歷經六十多年時間，我國挖掘機才真正興起。近年來，我國經濟進入高速發展解讀階段，因國內基礎設施的需求，制造業的發展，對挖掘機的需求量逐漸加大，推動了挖掘機的生產發展。然而，與外資品牌挖掘機相比，我國挖掘機在質量、性能、壽命等上，都存在一定能不足，對此，文章探討了挖掘機的結構改進，以期推動我國挖掘機更進一步，推動將我國科技向前發展[1]。

1、挖掘機有限元分析

挖掘機受力較為復雜，極易因某部件的傳遞失誤，增大挖掘機的疲勞度，降低挖掘機壽命。對此，為避免挖掘機各個部件之間力的傳遞誤差，采用有限元分析法，對挖掘機整機進行分析，有限元的結構文件，可直接作為疲勞分析的輸入數據，使相關人員全面了解挖掘機的疲勞程度與原因，以此提高有限元的壽命。在有限元分析中，分析結果的正確性，直接關系著挖掘機壽命分析的準確性，對此，在有限元結構輸入文件前，應現場對挖掘機的應力進行測試，以此檢查并修正有限元模型，保障有限元分析結果的準確性[2]。

在全壽命分析法下，挖掘機結構想要改進，建立適當的有限元模型非常重要。相關人員詳細分析挖掘機的結構特點，可以得知，挖掘機工作裝置多是箱型梁結構，挖掘機部件的位置多是由隔板中性層決定。挖掘機的回轉支承結構作為配套件，在采購過程中，應保障其剛度與強度滿足挖掘機的需求，不需要在有限元模型中建立回轉支承結構，在ANSYS中，利用耦合方式，將轉臺與底盤連接起來。因為，轉臺上的駕駛室、柴油箱、配重等并非結構承載件，因此，在有限元模型建立時，可將其排除。在挖掘機的履帶部分，相關人員應重點分析履帶架結構，因此，在建模中，四輪一帶并未建立有限元模型，挖掘機的油缸采用link8單元[3]。各部件有限元模型建立完畢，可利用耦合方式，將各個部件組裝成一個整體的有限元模型，依照實際工況，對挖掘機整機的危險姿態進行分析并約束，提高挖掘機的壽命。

2、對挖掘機原有結構壽命進行的分析

機械行業的不斷發展，人們對疲勞壽命的研究不斷深入，如何將疲勞分析法與工程實際問題結合，成為人們關心重點，也成為我國挖掘機進一步發展的瓶頸。諸多疲勞分析軟件因此產生，對挖掘機各結構壽命的預測，提高了人們工作效率。

2.1導入有限元結果

全壽命分析法，繼應力-壽命法，該中方法并不嚴格區分挖掘機各部件間的裂紋產生與擴張，而是對挖掘機整體結構失效前的全部壽命進行估算。采用MSC對挖掘機整機的壽命進行分析，使得軟件能夠很好的與有限元軟件展開數據接口。采用相應軟件對挖掘機進行有限元分析，并將結果文件在ANSY9.0中分析、計算，將計算結果文件導入MSC中。

2.2獲取實測載荷譜

在利用全壽命分析法對挖掘機進行疲勞分析時，載荷譜作為重要問題，其的獲取尤為重要。實際上，獲取實測載荷譜的方式較多，可通過現場試驗獲取，也可通過仿真獲取。實際上，實測載荷譜作為一個連續且隨機的過程，多被稱為應力-時間歷程曲線，對曲線進行頻譜分析，即為編譜。在編譜前，應對曲線進行合理評價，以此保障實測數據的準確性。最后，在挖掘機結構改進中，可根據實測載荷譜對挖掘機內的異常數據進行修正。

3、基于全壽命分析方法的挖掘機結構改進

3.1挖掘機結構改進的主要原因

近幾年，科技的發展，我國挖掘機的品質得到大幅提升，但是，與外資品牌相比，我國自主研發生產的挖掘機仍存在一定缺陷，具體體現在一線幾點：其一，我國企業自主研發能力不足，在多個挖掘機生產企業中，挖掘機的核心技術與核心配套件仍由國外提供，我國挖掘機生產企業并未掌握，抑制了我國科技的發展。其二，與外資挖掘機品牌相比，我國挖掘機相對單一，品種較少，多集中在中小型挖掘市場，在大中型挖掘機市場上，外資品牌占據較大比例，影響了我國挖掘機的發展，甚至抑制了我國經濟發展。基于此，改進我國挖掘機結構，使我國挖掘機能夠真正進入大中型市場，提高我國市場競爭力，增強我國國際地位，成為我國發展關鍵。全壽命分析法，主要是指由挖掘機設計開始，至最終成品等一系列過程中，對挖掘機的壽命進行全面控制，應用該種方法改進挖掘機結構，能夠真正優化挖掘機結構，提高其的壽命。

3.2挖掘機結構改進

依照對挖掘機疲勞壽命的分析結構，相關人員可直接對壽命較低的部件進行改進，以此提高挖掘機整機壽命。在結構改進時，工作人員應保障改進之后的結構滿足原有結構對功能性的需求，在油缸鉸點不變下完成，同時，提高挖掘機的操作便利性。如：在挖掘機工作中，動臂結構構造復雜，在挖掘工作中非常重要，工作時間較長，壽命較短，對此，應對動臂結構進行改進。具體如下：可將動臂結構側板分為三塊，中側板厚，前后側板薄，但是厚度差控制在5mm以內；對接焊縫坡口優化，選擇更容易熔透的坡口角度進行焊接，市場表現結果表明，動臂結構的壽命明顯增強。

4、總結

總之，與西方挖掘機相比，我國挖掘機的壽命與性能存在不足，挖掘機的結構改進成為關鍵。文章采用全壽命分析法，利用有限元分析挖掘機整機壽命，并根據數據對挖掘機進行改進，有效提高了挖掘機的壽命與性能，推動了我國挖掘機的發展。

參考文獻：

[1]張晴晴，史良馬.基于疲勞壽命分析的挖掘機挖斗結構優化[J].巢湖學院學報，2015，17（6）：76-81.

[2]賀雨田，呂彭民，牛選平.大型液壓挖掘機工作裝置結構有限元分析[J]. 筑路機械與施工機械化，2016，33（1）：102-105.

[3]李宏男，李超.基于全壽命周期的橋梁結構抗震性能評價與設計方法研究進展[J].中國公路學報，2014，27（10）：32-45.