【摘 要】
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装载机铲斗疲劳寿命预测方法研究对提高铲斗疲劳可靠性极其重要,是制约国产装载机提升产品质量的关键。铲斗是装载机组成的核心部分,在随机载荷的作用下容易产生疲劳破坏,很大程度上影响整机的寿命和使用性能。为了提升铲斗产品性能,本文以山工SEM 6T装载机铲斗为研究对象,基于载荷谱测取与编制、有限元应力应变分析以及疲劳损伤累积理论等技术手段,对装载机铲斗疲劳寿命预测和优化设计作了深入研究。（1）疲劳寿命理论
【基金项目】
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企业与高校联合开展的项目“山工SEM 6T装载机铲斗优化设计和寿命预估研究方法”；
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装载机铲斗疲劳寿命预测方法研究对提高铲斗疲劳可靠性极其重要,是制约国产装载机提升产品质量的关键。铲斗是装载机组成的核心部分,在随机载荷的作用下容易产生疲劳破坏,很大程度上影响整机的寿命和使用性能。为了提升铲斗产品性能,本文以山工SEM 6T装载机铲斗为研究对象,基于载荷谱测取与编制、有限元应力应变分析以及疲劳损伤累积理论等技术手段,对装载机铲斗疲劳寿命预测和优化设计作了深入研究。（1）疲劳寿命理论分析:本课题深入研究了编制载荷谱使用的非参数密度估计方法和疲劳损伤累积理论,综合分析了缺口形状、零件尺寸、表面状况、平均应力对疲劳强度的影响。（2）载荷谱的测取及编制分析:根据装载机作业特点,采用了一种新的载荷测取方法,建立工作机具外载荷识别模型,利用X、Y、Z三个方向的力销轴传感器法获取了铲斗载荷时间历程,利用信号处理、雨流统计分析、载荷谱外推方法,编制了疲劳寿命预测所需要的铲斗二维载荷谱和一维加载谱。（3）铲斗的有限元分析:利用Pro/E建立了铲斗三维模型,运用ABAQUS和HyperMesh软件联合对装载机5种典型工况进行了仿真,铲斗受力最大部位都出现在挂耳板铰孔与斗后臂连接位置,最大应力点的值为317MPa小于铲斗材料的屈服极限355MPa,但大于1.2安全系数下的许用应力295MPa,可能会发生疲劳破坏,铲斗最大变形量38.75mm。（4）装载机铲斗寿命预测分析:以FE-SAFE软件平台为基础,利用名义应力法和材料的P-S-N曲线,结合疲劳载荷谱数据和有限元分析结果,对装载机铲斗进行了寿命预测,寿命最小的部位与有限元分析结果最大的危险部位一致,铲斗典型工况下的最小寿命2620h。（5）铲斗优化设计分析:选定铲斗的总质量为目标函数,以铲斗各零件钢板尺寸厚度为设计变量,把约束条件设定为铲斗的最大应力和最大变形,利用Hyper-Optistruct模块中的尺寸优化设计方法对铲斗进行优化设计。优化后的铲斗最大应力危险部位与原模型铲斗易损伤部位一致,最大应力为289MPa,最大变形量为38.74mm。优化后新铲斗的最小疲劳寿命为2930h,与原铲斗相比增加了310h,寿命增加率为11.8%,实现了铲斗减重比例2.1%的轻量化设计。论文实现了铲斗寿命增加和重量减小的设计目标,提升了铲斗产品性能,形成了一套新的、系统准确的装载机铲斗的载荷谱分析、疲劳寿命预测方法,该方法对突破我国装载机目前发展现状,迈向高端产业具有重要意义。
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