1.开裂现象
某型号30t级多台挖掘机均出现铲斗连杆(以下简称连杆)开裂故障。该连杆用于连接铲斗缸和铲斗,是挖掘机作业时的重要受力部件。挖掘时,铲斗缸产生的推力通过连杆传递到铲斗上,连杆承受较大的压力。卸土时,铲斗自身质量及斗内粘接的土壤对连杆产生较大的拉力。由此可见,连杆承受较大的交变载荷。连杆受力如图1a所示。
该型挖掘机连杆下端销套与铲斗连接,上端销套与铲斗缸活塞杆连接。中间连接部分为16mm厚的筋板,两侧用22mm厚钢板弯曲成弯板,筋板和弯板材料均为Q345B型钢,与上、下端销套焊接在一起。连杆结构及开裂部位如图1b所示。
我们对开裂的连杆进行统计,发现开裂部位基本上都是下端销套、筋板、弯板3者对接部位的焊缝,如图1b中的红圈区域。连杆发生开裂后,挖掘机不能继续工作,严重影响挖掘机作业的效率。
2.原因分析
(1)受力分析
应力我们采用四面体二阶单位方式划分有限元网格,并对焊缝位置的网格进行加密处理,然后对连杆进行有限元模型受力分析。连杆有限元模型分析结果如图2所示。有限元分析结果表明,在连杆开裂处存在应力集中,该应力达到148.5MPa。我们用计算出的应力与连杆所用材料进行屈服应力对比(148.5345),计算出连杆的安全系数为2.32、该安全系数大于设计要求的安全系数2、因此连杆结构及材料的选型符合强度及安全系数要求。