0 引言
以XT810小型矿用防爆装载机为例，在ADAMS中建立矿用防爆装载机工作装置的模型进行动力学分析，得出典型工况下动臂上各个铰接点的载荷。在 CATIA软件中建立动臂的三维实体模型并对典型工况下的动臂进行静力学有限元分析，找出应力集中区域并加以修改，以使其整体受力分布更加合理。
1 工况的选择及载荷计算
(1)工况的选择
装载机实际作业中经常出现的恶劣状况：铲斗在装载机牵引力的作用下，先插入料堆最大深度，同时动臂油缸、转斗油缸动作，实现铲斗铲装物料，即边插人边转斗的工况，这时插入阻力和铲取阻力均达到最大值。而此位置又可分为正载和偏载2种工况，在此主要研究正载工况。
(2)载荷计算
在上述工况中假设外载荷作用在切削刃上，装载机工作时可能产生的最大插入阻力和最大的铲取阻力分别为Fin和Fsh。
当工作装置处于单一插入工况时作用在切削刃上的最大插入阻力
式中G——整机空载时的重量；
μ——轮胎与地面附着系数。
插入与铲取的联合加载工况下，插入阻力
最大铲取阻力
式中Q——装载机额定载重量。
2 基于ADAMS的动臂受力求解
考虑到载荷的对称性，只在ADAMS中建立简易模型着重分析对称工况下的动臂受力状况。
2.1 动臂模型的创建
建模过程
(1)按照工作装置各个零部件的结构尺寸输入铰点坐标建立各个零部件。
(2)对各个铰点施加铰接约束。
(3)施加力和油缸运动函数。以系统提供的STEP(t1，x1，t2，x2)函数设定装载机工作装置在一个工作循环中的受力和油缸运动情况。其中力的单位为N，长度的单位为mm。
摇臂油缸运动函数
step(time，3，0，6，132)+step(time，11，0，14，-132)
动臂油缸运动函数
step(time，6，0，11，392)+step(time，14，0，19，-392)
插入力函数
if(time-3：step(time，0，0，3，14000)，0，0)
掘起力函数
if(time-3:0，27700，if(time-6：step:(time，3，27700，6，10000)，10000，if(time-11：10000，10000，step(time，11，10000，14，0))))
(4)仿真条件分析没定仿真分析类型为运动学分析，仿真时间根据油缸作用时间可设为20s，仿真步数为600步，仿真结束后，查看仿直结果。
2.2 动臂铰点受力分析
从动臂与摇臂铰接处、动臂与铲斗铰接处、动臂与机架铰接处、动臂与动臂油缸铰接处受力图像(略)可以看出，掘起工况的起点，即3s时是动臂各个铰点受力最大的时刻，此时动臂上各个铰点最大受力如表1。按照此时刻的受力进行杆件的分析。
3 基于CATIA的动臂有限元分析
(1)刨建零部件，并指定材料属性；
(2)进入静态应力分析模块，初步划分网格、施加约束与载荷；
(3)求解与查看结果；
(4)对应力集中区域进行网格细化，井再次求解以得到精确结果。
3.1 动臂几何模型的创建
进入CATIA的零部件设计模块，利用拉伸、镜像等命令建立动臂三维模型，如图1。指定动臂的材质为16Mn钢，其物理参数：弹性模量E=2.1E5，泊松比μ=0.275，屈服极限σ=361MPa，密度ρ=7870kg/m3。
3.2 动臂有限元网格划分
将动臂三维模型转入到CATIA的静态应力分析模块中划分网格。刚格精度设置为30mm，用正三角形划分，
3.3 施加栽荷与约束
对整个部件施加等静态约束，限定动臂只允许绕动臂与车架铰接点转动。对各个铰点施加圆柱轴承载荷，载荷的大小和方向接照表1输入。
3.4 求解与查看结果
在静态应力分析模块中进行分析计算，得到动臂米赛斯应力图(图略)。找出应力集中区域并查看区域内应力最大值。
3.5 局部网格细化与再次求解
细化应力集中区域的网格，局部网格精度设置为5mm，重新计算，得到最终结果。
4 结构优化
通过米赛斯应力云图可以清晰地显示出在靠近铲斗的部位以及横粱与支板、横粱与侧板焊接处应力集中，是危险点，且各个危险点的应力值相差较大。
返回零部件设计模块，修改动臂侧板的结构尺寸，适当增大侧板上下两侧夹角和过渡圆弧的半径。然后按步骤重新分析。得出动臂米赛斯应力图，如同2所示。
从优化后的应力分析中可以看出最大位移由1.44mm减小为1.26mm(见表2)，说明侧板强度得到提高，同时，各处应力集中区域的最大应力值都有所下 降，其中动臂下铰点下侧的危险点应力下降最大，下降了37MPa。最终，各处的最大应力值都在110MPa左右，板件的受力更加均衡。
5 结语
运用CATIA软件对防爆装载机工作装置的动臂进行静力学有限元分析，得到动臂在边插入边转斗的正载工况应力分布云图。通过修改应力集中处的形状来增强该 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，使动臂受力更加合理，从而提高工作装置的整体性能。同时为装载机的进一步结构优化提供了思路。