摘要：针对矿用挖掘式装载机工作机构振动问题，运用有限元软件ANSYS建立三维结构模型，进行振动特性分析，得到模态振型图。结果表明，挖掘式装载机工作机构的前八阶非零模态振型图满足力学性能要求，符合动力学变化规律。该结果为挖掘式装载机的正常运行提供参考价值。
关键词：工作机构；模态分析；动力学；装载机
0、引言
      矿用挖掘式装载机是煤矿机械中关键的工程掘进机械化设备，其工作机构的振动情况直接关系到生产效率的高低、设备的稳定性及零部件工作的可靠性。挖掘式装载机的工作环境极其恶劣，工作机构位置不断变化及交变载荷等因素，致使其在运行过程中产生振动，振动情况加剧则会影响工作效率。本文利用理论分析、数值仿真相结合的方法，对挖掘式装载机工作机构进行模态分析，提取前八阶非零模态振型，为挖掘式装载机正常运行提供参考价值。
1、工作机构力学分析
      挖掘式装载机进行工作时，挖掘阻力是挖掘过程中的主要阻力，可以分解为法向和切向挖掘阻力。
      法向挖掘阻力（1）
      切向挖掘阻力（2）
      式中：K0-挖掘比系数 N/mm2；b-挖掘宽度 m；hmax-最大挖掘深度m；τ-挖掘阻力系数。
2、工作机构三维模型
      矿用挖掘式装载机工作机构采用 Solidworks 参数化建模，能够有效实现无缝合成，铲斗材料为 Q345，大臂、小臂材料为 16Mn，如图 1 所示。




图 1 挖掘式装载机工作机构三维模型
3、振动特性分析
      模态分析是煤矿机械设备进行动力响应的基础，是研究结构动力特性的一种分析方法。由表 1 可知，挖掘式装载机工作机构模态分析中的 8 阶固有频率 2.42e-005～73.22Hz，提取前八阶非零模态振型。在工作过程中，应该尽量避开振型的变形较大频率，以免结构断裂。



表 1 挖掘式装载机工作机构振动频率
       图 2 为矿用挖掘式装载机工作机构的前八阶非零模态振型，工作机构在不同的频率下，振型变形的最大值和最小值不同，即变化趋势不同。第 8 阶振型最大变形约为14.76mm，第 1 阶振型最小约为 0.34mm，而第 3 阶振型最大变形约为 0.88mm，最小约为 0.09mm，变形最大值开始向增大的趋势发展。第 4 阶振型为俯仰挥舞，第 5 阶振型为径向挤压并伴随扭转变形，该两阶振型之间存在一定的耦合关系，即第 4 阶振型是基础，在一定程度上影响第 5阶振型，第 5 阶振型变形量较大，需要避免在该频率下工作，以免发生结构的破坏。第 6 阶振型相对于第 7 阶振型的变形最大值趋于减小，最大变形约为 14.76mm，最小约为 1.64mm，第 10 阶振型最大变形约为 8.96mm，最小约为1.9mm，然而，该振型最大值的变形发生的结构面积很小，整体呈蓝颜色。



















图 2挖掘式装载机工作机构模态振型
4、结 语
      经过对矿用挖掘式装载机工作机构模态分析，得到结论如下：①对矿用挖掘式装载机工作机构进行模态分析， 提取前八阶非零模态振型，其中第 4 阶与第 5 阶构成耦合关系；②对工作机构的液压连杆进行了定量的变形分析，最大变形产生在连杆的左端处，不易形成断裂现象；③模态振型为挖掘式装载机工作机构的安全运行提供参考价值。
参考文献：
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