Для оценки нагруженности элементов конструкции гидроманипулятора разработаем трехмерную модель с использованием программы Компас 3D. Компьютерное моделирование процессов нагружения будем проводить с использованием пакета SolidWorks.
Расчет реализуется с использованием метода конечных элементов. Основой метода конечных элементов является дискретизация (построение конечно-элементной сетки) области, занимаемой телом на конечные элементы.
Расчет манипулятора на прочность
В качестве материала манипулятора примем сталь 09Г2С. Данная сталь хорошо воспринимаем динамические нагрузки, хорошо сваривается, может применяться для работы в условиях холодного климата.
Ограничение действует в местах крепления гидроцилиндра к стреле и крепления стрелы к раме экскаватора. Конструкция жестко, неподвижно закреплена. Сила приложена в месте крепления захвата и составляет сумму весов поднимаемого груза и манипулятора. Сила направлена вдоль действия силы тяжести (рисунок 1).
В процессе моделирования получим значение максимального уровня напряжений в элементах конструкции манипулятора (рисунок 2) и максимальные перемещения конца рукояти (рисунок 3). Так же определим минимальный коэффициент запаса прочности конструкции (рисунок 4).
Проверка перемещений показала, что при статической нагрузке, максимальное напряжение в элементах конструкции составит 189,8*108 МПа, максимальное перемещение конструкции составит 0,0635718 м, т.е.≈6,4 мм . Для конструкции стрелы с вылетом 10,5 м полученное значение приемлемо.
|
Рис. 1. Место приложения нагрузки и фиксации манипулятора |
Рис. 2. Эпюра напряжений
|
|
Рис. 3. Эпюра перемещении |
Рис. 4. Результат проверки конструкции |
Проверка конструкции показала, что конструкция при нагрузке в 35000Н приложенной в точке крепления захвата имеет минимальный запас прочности равный 1,6. Для наихудшего состояния коэффициент запаса прочности приемлем.
Использование 3D моделирования позволяет значительно снизить затраты на проектирование изделий машиностроения и повысить экономический эффект проектно-конструкторских работ, поэтому получение навыков создания трехмерных моделей и расчета с их помощь сложных механических систем является неотъемлемой частью подготовки грамотных специалистов инженерных специальностей.