基于CATIA的ZL80轮式装载机动臂的有限元分析_杨文辉
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化一、引言滑移装载机是目前应用较为广泛的一种工程机械，其具有灵活、高效的特点，能够适应不同地形和作业环境的需要。
而作为滑移装载机的重要组成部分之一的机动臂，其结构设计和性能优化对于整个机器的使用效果和使用寿命具有重要的影响。
在机动臂的设计过程中，采用有限元分析方法对其进行分析和优化，能够有效地提高机动臂的性能和使用寿命。
二、机动臂的结构和工作环境滑移装载机的机动臂一般由臂体、臂杆和液压缸等部分组成。
在工作时，机动臂需要承受较大的载荷和振动，因此对于机动臂的结构强度和耐久性有着较高的要求。
由于机动臂在工作过程中需要做出各种角度和位置的调整，因此在设计过程中还需要考虑其动力学性能和运动稳定性。
三、有限元分析的原理和方法有限元分析是一种结构分析的方法，通过将整个结构分割成有限个小单元，然后通过求解每个小单元的力学行为来得到整个结构的响应。
有限元分析技术在工程领域已经得到了广泛的应用，通过对结构进行有限元分析，可以得到结构的应力、位移、振动等性能指标，帮助设计人员优化结构设计。
本文将采用ANSYS软件对滑移装载机机动臂进行有限元分析。
首先需要建立机动臂的三维模型，然后将其网格化，最后通过施加载荷和边界条件，得到机动臂在不同工况下的应力、位移等性能指标。
1.建立机动臂的三维模型在进行有限元分析之前，需要先建立机动臂的三维模型。
通过CAD软件可以建立出相应的三维模型，并将其转换成ANSYS软件可以识别的格式。
2.网格化将三维模型分割成有限个小单元是有限元分析的第一步，也是最关键的一步。
通过ANSYS软件中的网格划分功能，可以将整个机动臂模型分割成有限个小单元，以便后续的分析。
3.施加载荷和边界条件在进行有限元分析之前，需要确定机动臂的工作条件和受力情况，在ANSYS中可以根据实际工况施加相应的载荷和边界条件，然后进行力学分析求解。
4.得到机动臂的应力、位移等性能指标通过有限元分析可以得到机动臂在不同工况下的应力、位移等性能指标，这些指标可以帮助设计人员评估机动臂的结构强度和稳定性，并进行相应的优化。
基于ANSYS的装载机立式动臂的有限元分析及优化设计
基于ANSYS的装载机立式动臂的有限元分析及优化设计刘志鹏
【期刊名称】《机械》
【年(卷),期】2017(044)003
【摘要】依据装载机的作业特点,对立式动臂在铲掘位置进行静力学有限元分析,计算出动臂的应力分布云图,并在有限元分析结果的基础上提出动臂结构的改进方案.优化后的仿真结果表明,在保证动臂满足工作性能要求的前提下,经优化设计后的动臂受力情况和结构形状得到了合理的改善.该基于ANSYS的有限元分析和优化设计方法提高了设计速度和设计质量,降低了生产成本.
【总页数】4页(P59-61,66)
【作者】刘志鹏
【作者单位】龙工(上海)机械制造有限公司,上海201612
【正文语种】中文
【中图分类】TH243
【相关文献】
1.基于Inventor的轮式装载机动臂强度有限元分析及设计 [J], 刘荣生
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轮式装载机工作装置的有限元分析
轮式装载机工作装置的有限元分析1、引言装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。
国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面[1,2]。
由于采取“类比试凑”等设计方法在一定程度上存在盲目性，容易形成设计中的“人为”应力集中点，造成机构整体强度的削弱甚至破坏。
按这种设计生产出的产品，外观上看上去很强壮、刚性很好，但却有内在的设计缺陷，使用过程中常因工作装置结构强度等原因，产生开焊、甚至断裂等破坏，致使工作装置报废，造成重大经济损失。
本文将以SDZ20型装载机为例，建立有限元模型，在典型工况下用MARC软件进行静态结构分析，获得工作装置整体的应力及变形分布。
其结论对该种结构的优化设计有一定的指导意义。
2、工作装置结构受力破坏与力学特征2.1工作装置的结构工作装置由铲斗、动臂、横梁、支撑、摇臂、拉杆等组成。
各构件之间由铰销联接，有相对转动。
为了增强摇臂、支撑的刚度，在摇臂及支撑之间有筋板连接，在计算时，可以将其视为一体。
动臂上铰点与装载机前车架铰接，中部铰点与举臂油缸铰接；摇臂上铰点与翻斗油缸铰接。
用MARC对其做有限元静力分析中，认为工作装置各铰接处没有相对转动。
动臂是工作装置的主要受力部件，其截面形状为矩形；又因其长、宽方向远大于厚度方向，故可以用板壳元对动臂进行离散。
横梁截面为箱形，为焊接结构。
摇臂和支撑也是焊接结构，其焊接板的截面均为矩形。
考虑各构件的厚度远小于其它两个方向的厚度，可以认为均为板类零件。
2.2结构受力与破坏特征装载机整体结构为对称结构。
分析装载机插入、铲起、举升、卸载等的作业过程可知，装载机载初铲时，工作装置受力最大。
在整个工作过程中受到的外界载荷为不变载荷，主要是物料的重量以及机构自重。
由于物料种类和作业的条件不同，装载机工作时铲斗切削刃并非均匀受载，一般可以简化为两种极端情况：（1）认为载荷沿切削刃均匀分布，并以作用在铲斗切削刃中点的集中载荷来代替均布载荷，称其为对称受载情况；（2）非对称受载情况，由于铲斗偏铲、料堆密集情况不均，使载荷偏于铲斗一侧，通常将其简化为集中载荷作用在铲斗最边缘的斗齿上。
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化引言滑移装载机（也称为滑移装载机）是一种用于装运和卸载材料的重型机械设备，通常用于建筑和土木工程领域。
其主要部件之一是动臂，用于支撑和操作斗齿进行装载工作。
为了提高滑移装载机的工作效率和安全性，有限元分析和优化成为了必不可少的工具。
本文旨在通过使用ANSYS软件对滑移装载机动臂进行有限元分析，并通过优化设计来提高其性能和寿命。
一、动臂结构分析1. 动臂结构设计滑移装载机动臂通常由钢材制成，具有复杂的结构形式，包括主梁、支撑臂、铰接部件等。
在设计动臂时需要考虑到承载能力、刚度、重量和成本等因素，以确保其具有足够的强度和刚度来承受工作中的压力和载荷。
在设计动臂结构时，需要注意材料的选择、横截面形状、轴向载荷和弯曲载荷的影响，以及动臂与其他部件之间的连接方式等因素。
2. 有限元建模有限元分析是一种工程仿真方法，通过将连续体划分成离散的小单元来进行模拟，用以研究结构在受力情况下的变形和应力分布。
在进行动臂有限元分析时，需要首先对动臂进行三维建模，然后进行网格划分和材料属性定义，最后设置载荷和边界条件进行仿真分析。
3. 动臂应力分析通过ANSYS软件进行动臂的有限元分析，可以得到动臂在不同载荷下的应力分布情况，包括主梁、支撑臂、铰接部件等关键部位的应力值和变形情况。
通过分析动臂的应力分布，可以找出结构的薄弱环节和受力不均匀的部位，为后续的优化设计提供重要的参考。
二、动臂优化设计1. 材料选择优化首先需要对动臂使用的材料进行优化选择，考虑到其强度、刚度、密度和成本等因素。
在保证动臂强度和刚度的前提下，选择尽可能轻量化的材料，以降低整个装载机的自重，提高其工作效率和节能性能。
2. 结构形式优化通过有限元分析得到的应力分布情况，可以对动臂的结构形式进行优化设计。
例如在关键部位增加加强筋、进行优化的横截面设计、改进铰接部件的连接方式等，来提高动臂的整体性能和寿命。
3. 疲劳寿命预测动臂在工作过程中会受到多种复杂载荷的作用，需要进行疲劳寿命预测来确保其安全可靠。
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
滑移装载机动臂是一种用于装载和卸载物料的设备，广泛应用于建筑工地、港口、仓库等场所。
为了确保机动臂的稳定性和安全性，提高其工作效率和使用寿命，需要进行有限元分析与优化。
有限元分析是一种通过将结构离散成有限个单元，将其模型转化为离散状态，然后通过数学方法求解结构的应力、变形、振动等力学问题的方法。
使用ANSYS软件进行有限元分析与优化可以对机动臂的力学性能进行全面和准确的评估。
需要根据机动臂的实际结构进行建模。
可以将机动臂分为不同的部分，如臂体、伸缩管、液压缸等，并根据实际尺寸和材料参数进行建模。
然后，需要对机动臂受到的各种力进行加载，如自重、载荷、液压力等。
根据机动臂的实际工作条件和使用环境，选择适当的加载方式和加载位置。
然后，通过设置合适的边界条件，如固定支撑点、转动支撑点等，确定机动臂在有限元分析中的自由度。
通过求解有限元方程组，可以得到机动臂在不同加载情况下的应力和变形分布情况。
有限元分析结果的准确性和可靠性对于优化设计至关重要。
根据分析结果，可以识别出机动臂的设计弱点，并针对性地采取改进措施，如增加材料厚度、优化结构形状或增加支撑点等。
通过多次有限元分析和优化，最终得到稳定性更好、安全性更高、效率更高的机动臂设计方案。
在进行有限元分析与优化时，还需要考虑到机动臂的材料特性和工作条件。
如机动臂所使用的材料的强度、刚度、疲劳寿命等，以及机动臂在实际工作中受到的加载频次、加载方式、工作温度等。
这些因素将直接影响到分析与优化结果的准确性和可靠性。
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化滑移装载机动臂是一种工程机械设备，用于在建筑工地、矿山等场合进行土方作业。
在使用过程中，动臂承受着巨大的荷载和工作负荷，因此需要进行有限元分析与优化来确保其结构的强度和稳定性。
ANSYS是一款常用的工程有限元分析软件，可以对装载机动臂进行结构分析，找出潜在的设计问题并进行优化。
下面将介绍基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化的步骤和方法。
第一步是建立动臂的有限元模型。
通过CAD软件绘制出动臂的三维模型，并将其导入到ANSYS中。
然后，根据实际情况对动臂进行离散化处理，将其分割成有限元单元，包括梁单元和壳单元。
梁单元用于表示动臂的主要结构部分，壳单元用于表示较薄的板材或薄壳结构，如活塞。
第二步是对动臂进行边界条件的定义。
这包括约束条件和加载条件。
约束条件用于限制动臂部分的位移和旋转，以模拟实际工作状态。
加载条件用于模拟动臂承受的荷载，包括静态荷载和动态荷载。
静态荷载可以通过沉降荷载、施加力矩等方式加在动臂上，动态荷载可以通过模拟工作过程中的振动荷载来加在动臂上。
第三步是进行有限元分析。
在ANSYS中，可以选择不同的求解器和求解方法对动臂进行分析。
常见的求解器包括静力分析、模态分析、疲劳分析等。
根据实际需要，选择合适的求解器来对动臂进行分析，并获取其应力、应变、振动等结果。
根据分析结果，可以找出动臂的潜在问题，如应力过大、振动过大等。
第四步是对动臂进行优化。
根据分析结果，可以对动臂的结构进行优化，以提高其强度和稳定性。
优化的方法包括结构参数优化、材料参数优化等。
结构参数优化可以通过调整梁单元的尺寸、形状等来改善动臂结构；材料参数优化可以通过选择合适的材料来提高动臂的强度和刚度。
通过不断进行优化，可以找到一个最佳的设计方案，以满足动臂工作的要求。
对优化后的设计方案进行验证。
将优化后的设计方案重新导入到ANSYS中，进行有限元分析，以验证其在实际工作条件下的性能。
装载机动臂的有限元分析及改进
应力 工况
插入工况 举升工况
பைடு நூலகம்
表 2 2种工况下动臂应力集中部位所受最大应力
单位: M Pa
X 方 向 最 Y 方 向 最 Z 方 向 最 X Y 方向 最 YZ 方 向 最 XZ 方向最 最 大 等 效
大应力
大应力
大应力
大剪应力 大剪应力 大剪应力 应力
550. 964 829. 091
246. 557 366. 37
图 4 最大 等 效 应 力部 位
动臂在 X 、Y、Z 方 向 上 的 合 位 移 的 最 大 值 为 9. 201mm。动 臂的 最大 等效 应力 为 374. 934M Pa。最 大等效应 力部 位处 于动 臂的 上铰 点处 。
( 2 ) 举升 工况 : 保 持转 斗缸 长 度不 变 , 操 作 举 升缸 , 将 动臂 升至 上限 位置, 准 备卸 载。 该工 况 下 的有 限元分 析如 图 5、6 所示 。
由图 5~ 6可 以看 出, 动 臂的 最 大 等效 应 力 为 5 65. 14 7MP a。 最大 等 效 应 力 部 位 也 处 于 动 臂 的 上铰 点处。
2种工 况下 动 臂 下 铰 点最 大 变 形 和 应 力 集 中 部位 所受最 大应 力情 况如 表 1~ 2所示 。
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化滑移装载机动臂是重型机械设备，常用于物料的装卸和运输，具有载重能力强、工作效率高等特点。
然而，在长时间的使用过程中，由于外力的作用和自身结构的材料损伤等因素，动臂易受到疲劳和断裂的损害，因此需要进行有限元分析和优化。
有限元分析是一种数值分析技术，可以对结构件进行力学分析和变形分析，以预测其在实际工作中受到的载荷和应力等情况。
在本研究中，我们基于ANSYS有限元软件，对滑移装载机动臂进行了有限元分析。
首先，我们建立了动臂的三维实体模型，并将其导入ANSYS软件中。
然后，根据实际工作情况，我们对动臂的载荷进行了设定，包括静态载荷和动态载荷。
其中，静态载荷指的是动臂长时间停留在一定位置下的载荷，而动态载荷则是指动臂在高速运转时所受到的载荷。
接下来，我们对动臂的材质和初始状态进行了设置，包括材料的模型和材料的物理参数。
然后，我们对动臂进行了网格划分，并对网格质量进行了检查和调整，以保证模型的精度和稳定性。
随后，我们进行了计算求解，得到了动臂的应力、变形和应变等结果。
结果显示，动臂在受到静态载荷和动态载荷的情况下，其应力和应变值均超过了材料的极限强度和变形极限，存在断裂的风险。
因此，我们进行了优化设计，希望降低动臂的应力和应变，以提高其使用寿命和安全性。
在优化设计中，我们采用了两种方法，分别是减少载荷和增加材料强度。
对于减少载荷，我们优化了动臂的结构，改变了管道的布局和长度，将一部分载荷分配给其他部件。
对于增加材料强度，我们考虑了更换材料和加强材料厚度等措施，最终确定了一种新的材质和厚度。
总之，基于ANSYS的有限元分析和优化设计是一种有效的手段，可以帮助我们预测和优化结构件的力学性能，为提高机械设备的使用寿命和安全性提供有力支持。
ZL80型轮式装载机动臂结构件两种结构分析方法的比较
图1装载机整体结构件系统２５——体系统模型建立后，需要创建约束副来定义各个部件之间的运动关系，进行各个弹性体校验、模态选取及各种设置。
1.2关键铰点动力分析1.3整体结构件系统有限元分析考虑到现有软件特点及建模效率，对装载机整体结构件系统先在ＣＡＴＩＡ中建立几何模型，通过接口导入到ＡＮＳＹＳ中，考虑到计算效率，采用ｓｏｌｉｄ４５单元对模型进行单元划分。
图４［１］是整体结构件系统有限元模型，共有１９３３４３个单元。
在进行有限元求解前，必须对系统进行约束。
考虑到前后驱动桥的结构刚度特征，以及装载机实际作业过程中的工作状态，前桥与前车架、后桥与后车架间的约束处理，如图５、图６所示。
液压缸理想化成１个二力杆，分析过程中不关心各个液压缸的应力大小以及位移变化，所以采用梁单元来模拟［３－５］。
单元的横截面面积、弹性模量和泊松比由相应液压缸的横截面积和活塞杆材料的弹性模量与泊松比决定，同时还可以反映压力释放值的影响，图７是装载机转斗液压缸受力图。
图2刚－弹耦合多体系统模型图4整体结构件系统有限元模型图5前车架约束处节点处理图6后车架约束处节点处理图7液压缸受力２６——（ａ）摇臂和转斗缸连接处（ｂ）铲斗和动臂连接处图8铰点连接处耦合处理参照装载机实际工作中的作业过程，可进行正载正载铲入工况、偏载掘起工况、动臂水平工况、举升最高工况等有限元分析。
图９给出正载掘起工况应力云图，图１０给出偏载掘起工况应力云图２动臂部件单独结构分析2.1动臂铰点载荷确定传统方式中对动臂的单独分析，是建立动臂受力简图（见图１１），在铲斗上施加插入力和掘起力，利用静力学分析列方程进行计算得到各个铰点力。
正载工况掘起力作用下动臂铰点的受力相对易于确定，偏载工况下动臂的受力情况较复杂，现多根据文献介绍的方法，进行一定简化和近似，计算得到偏载掘起工况下的动臂各铰点的受力（D 、D １施加位移约束），计算较保守［６］。
而利用上述建立的刚－弹耦合整体结构系统模型进行动力学分析，可得到偏载所示。
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
基于ANSYS的滑移装载机动臂有限元分析与优化
滑移装载机动臂是现代装载机的重要组成部分，承受着各种复杂的力学和物理负荷，
例如弯曲、压缩、剪切、扭转等，并且必须保证动臂的可靠性、安全性和寿命。
为了解决滑移装载机动臂的结构问题，本文采用了ANSYS工具进行有限元分析与优化。
首先，通过对滑移装载机动臂的建模和分析，确定了其主要的受力区域和关键的结构部件。
然后，将动臂的材料性质、几何尺寸、工作状态模拟到有限元模型中，并进行加载和边界
条件的设置。
通过对模型进行计算，得到了动臂的应变、应力和变形情况。
基于有限元计算的结果，本文进行了动臂的结构优化。
针对不同的受力条件和挑战，
优化的原则为：增加结构的强度和刚度、减少动臂的重量和成本、提高设计的可制造性和
生产效率。
通过每一次优化，找到了最优的结构方案，并重新进行了有限元计算，直到满
足设定的要求和标准为止。
最后，本文在ANSYS的环境下，对滑移装载机动臂进行了检验和验证，并对优化后的
结构性能、变形和疲劳寿命等进行了评估。
结果显示，优化后的动臂具有更好的强度和刚度，更小的变形和应力分布，更长的疲劳寿命，可以满足使用要求和安全标准。
综上，本文基于ANSYS的有限元分析与优化方法，提供了一种可靠和有效的滑移装载
机动臂设计方案，可以为装载机制造商和使用者提供参考和帮助，促进装载机行业的持续
发展和创新。
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引言随着我国经济的持续、健康、高速发展，对工程机械的需求日益增长，这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场需求。
目前国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。
各主要厂家正在不断地进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。
CATIA 软件作为建模、分析工具，将三维建模与工程分析两项工作集成在一个系统中完成，省去了模型在不同软件接口之间导入导出时所需的大量的模型修改工作。
当分析的结果不能满足设计要求时，可以直接返回M echanical Design>Part Design 模块修改，进一步直接生成二维图纸，大大缩短了设计周期。
1工况分析装载机工作装置在工作过程中不同时刻、不同位置和不同工况，其各构件的受力情况不同。
应力分析应该是结构受力最大，最危险工况。
装载机工作装置在插入、铲取、举升、卸载等各工况中，以铲斗插入料堆同时举升动臂时的受力状态最恶劣。
在初铲阶段根据铲斗切削刃受载情况，有两种工况：正在水平切入和崛起作业，认为载荷沿切削刃均匀分布，称其为对称受载情况；偏载水平切入和崛起作业，由于铲斗偏铲、堆料密集情况不均，使载荷偏于铲斗一侧，通常将其简化为集中载荷作用在铲斗最边缘的斗齿上，此时工作装置除承受正载外，还要受附加弯矩作用[1]，从而导致铲斗和动臂的变形。
在极限偏载作用下，该变形对动臂的刚度影响很大，如设计不当，将导致工作装置很快失效。
由于极限偏载工况发生极少并且时间很短，可以在对称工况的计算基础上加一定的安全系数来避免极限偏载所带来的不利影响，本文主要研究正载工况。
2ZL80轮式装载机的组成装载机工作装置为反转六杆式工作机构，由铲斗、动臂、连杆、摇臂、横梁、转斗油缸、举升油缸等组成[1]。
装载机工作装置的三维几何模型如图1，装载机工作装置的对称载荷工况可简化成平面静力系统计算。
装载机动臂模型如图2所示。
3ZL80轮式装载机动臂的载荷计算ZL80轮式装载机在作业过程中，动臂分别在G 处受到铲斗压力，在P 处受到举升油缸压力以及在B 处受到摇臂压力,如图2。
在铲斗插入料堆，铲取物料和举升铲斗的过程中，铲斗需克服切削物料的阻力、物料和铲斗之间的摩擦力以及物料自身的重力。
这些力构成了装载机工作装置的作业阻力。
当工作装置处于单一插入工况时作用在切削刃上的最大水平插入阻力为：F=G μ[1]，式中：G 为整机空载时的重量；μ为轮胎与地面的附着系数。
在铲斗插入料堆与铲取物料的联合加载时，铲斗水平插入阻力为：F'=2F=2G μ[1]。
由装载机设计中的参数计算方法可得，铲斗最大铲取阻力为F"=2Q ，式中Q 为装载机额定载重量。
圣维南定理指出，局部载荷不影响远处应力场的分布，所以在铲斗尖部施加的点载荷不会影响动臂的应力分布。
对称载荷工况可简化成平面静定系统计算，但需要忽略铲斗和支撑横梁对工作装置各构件受力和变形的影响[2]。
根据平面静力学公式可列出动臂的静力学计算平衡方程：∑X=0，X P +X B +X G =0；∑Y=0，Y P +Y B +Y G =0式中：X P 为举升油缸对动臂的水平压力；Y P 为举升油缸对动臂的垂直压力；X B 为摇臂对动臂的水平压力；Y B 为摇臂对动臂的垂直压力；X G 为铲斗对动臂的水平压力；Y G 为铲斗对动臂的垂直压力。
4ZL80轮式装载机动臂的有限元分析本文采用CATIA 软件中单个零件的有限元分析GPS 对轮式装载机动臂进行有限元分析。
GPS 也叫创成式零件基于CATIA 的ZL80轮式装载机动臂的有限元分析杨文辉崔子伟甘汉青（上海理工大学机械工程学院上海200093）摘要：动臂是装载机工作装置最重要的构件。
其强度状况对工作装置的性能和寿命有直接的影响。
本文采用CATIA 软件中有限元分析模块的GPS 对轮式装载机工作装置的动臂进行有限元分析,得到工作装置动臂的应力彩云图,找到工作装置动臂的危险点并修改,使动臂受力情况更加合理，从而提高装载机的整机性能。
关键词：轮式装载机动臂CATIA有限元分析自动化与控制812009第3期总第190期现代制造技术与装备结构分析，分析拥有前处理、求解、后处理功能，适合于快速得到分析结果，达到改进设计，降低开发费用，缩短开发时间[3]。
CATIA软件进行有限元分析的基本过程为：（1）创建零部件，并指定材质；（2）进入工程分析模块，并划分网格、施加约束与载荷等；（3）求解与查看结果。
4.1ZL80轮式装载机动臂几何模型的创建进入CATIA的M echanical Design>Part Design模块，利用拉伸、切除、镜像等命令完成动臂相关零部件的建立，如图3所示。
同时在Analysis&Simulation>Generative Structural Analysis模块中指定动臂的材质，本文选用65M n优质碳素钢，其具体的物理参数如下：弹性模量E=2.1E5，泊松比p=0.3，屈服极限σS=9.72e+007Pa,密度ρ=7850kg/m3。
4.2ZL80装载机动臂有限元网格划分将上一步动臂三维模型转入到CATIA的Analysis&Simulation>Advanced M eshing Tools模块中划分网格。
网格精度设置为40mm,用正三角形划分，结果创建了6124个节点，11760个元素，质量报告中99%~56%的网格质量是好的，0.07%的网格质量是坏的，0.37%的网格质量是中等，满足网格划分要求。
装载机动臂有限元网格划分如图3所示。
4.3载荷和边界条件利用前面计算得到的载荷数据，对动臂施加载荷和约束。
代入前面计算得到的载荷数据，其中：X G=877KN,Y G=80KN,X B=1032.35KN,Y B=116.25KN,X P=1052KN,Y P=932KN。
在建模时，A铰接点作为动臂的支点，P点作为动臂油缸支点，B铰接点、G铰接点是外载荷的作用点。
4.4求解、计算结果及分析直接在Analysis&Simulation>Generative Structural Analysis 模块中进行求解。
得到动臂Von M ises彩色应力图,如图4所示。
由图4可看出，动臂在正载工况下，最大应力区域处于动臂与耳板结合处的动臂下缘。
动臂所受的最大应力为6.58e+007Pa（箭头处即颜色最深处）。
动臂板采用65M n 优质碳素钢，材料屈服极限σs=9.72e+007Pa，强度计算中的许用应力[σ]=6s/n=6.14e+007Pa,对于对称工况，安全系数n取1.5[4]，危险区域的最大应力σ=6.58e+007Pa超过了许用应力[σ]=6.14e+007Pa,显然动臂板危险区域处强度不足，需要对工作装置进行修改再处理。
在CATIA中的M echanical Design>Part Design模块中修改应力最大处的动臂尺寸，将其厚度增加10mm生成新的实体模型，再进行有限元分析。
新的动臂Von M ises彩色应力图如图5所示，由图可看出，危险区域最大应力已经下降到5.37e+007Pa，小于许用应力[],满足动臂强度的要求。
此时动臂最大的合成位移为3.09mm,出现在4086号节点上，相对变形量为1.3‰，满足刚度要求。
在动臂各铰接点的相对距离不变情况下，我们也可以通过适当改变耳板的外形的方法降低危险区域所受的应力值，返回CATIA的M echanical Design>Part Design模块修改动臂模型耳板的外形，使得铰接点P和耳板外缘的距离增大10mm。
进入Analysis&Simulation>Generative Structural Analysis 模块中进行求解，求解后的动臂Von M ises彩色应力图如图6，由图6可以看出危险区域的最大应力值已经下降到4.4e+007Pa，小于许用应力[σ],满足动臂强度的要求。
此时动臂最大的合成位移为2.25mm，出现在4047号节点上，相对变形量为1.12‰，满足刚度要求。
因此动臂满足设计要求。
5结束语本文运用CATIA软件对ZL80轮式装载机动臂进行实体建模，进行网格的划分、材料的选择以及载荷的确定，通过计算机运算求解，在计算机上直接显示动臂在载荷的作用下的应力彩色图谱，并显示应力值，然后通过修改超过应力值要求处的形状增强该位置的强度和刚度，降低应力集中或者疏导应力集中的部位。
在此基础上设计出符合工作装置要求的动臂结构形状，使动臂设计在满足ZL80轮式装载机的使用要求的前提下更加人性化。
探索了对装载机关键部件进行CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）有限元分析的方法，为装载机的进一步结构优化提供了思路。
CATIA作为一个完全集成化的软件系统，将机械设计、工程分析仿真、数控加工及CAT web网上解决方案有机的结合在一起，可以有效地缩短设计生产周期、提高质量、减少成本[5]。
参考文献[1]同济大学.铲土运输机械【M】.北京：中国建筑工业出版社，1987.[2]霍岩.ZL80轮式装载机工作装置仿真优化分析【D】.吉林：吉林大学机械科学与工程学院，2006：25~26.[3]盛选禹等.CATIA有限元分析命令详解与命令.北京：机械工82（上接第80页）随着出口流量的增加，出口压力下降。
运行时，匹配器的出口压力是由管道阻力决定的。
在设计工况下，流量为G 1，出口压力为P D ，这时匹配器的特性线A 和管道阻力曲线相交于1点。
假若流量从G 1减少到G 2，喷射喉部面积不变。
流量的减小是通过增加管道阻力或降低喷嘴前压力来实现的（关小阀门），在管道阻力增加时，管道阻力曲线和特性线A 交于2点，这时匹配器出口压力比设计压力高ΔP ，ΔP 就是关小阀门的阻力损失。
喷嘴前蒸汽压力的下降也是通过阀门节流来实现的。
关小匹配器的出口阀门减小流量时，通过喷嘴的驱动蒸汽流量不变，减小的流量都是吸入蒸汽的流量，因此这种方式效率低。
通过降低喷嘴前蒸汽压力减少流量，通过喷嘴的驱动蒸汽流量减少，吸入蒸汽的流量也减少，但比减小出口阀门的方式其减少吸入蒸汽流量的程度要小。
理想的调节方式是喷嘴的面积随着输出流量的减小而减少，驱动蒸汽流量随之减少，这样就减少了关小阀门产生的压力损失。
通常减小喷嘴面积是利用针型阀，针型阀的型线按一定规律设计，保证调节的稳定性。
在出口压力要求稳定的系统，应配有自动调节系统，在输出管道上装有压力传感器，将压力讯号传给PID 调节器。