大型球铰静载试验装置的设计与优化

    一、引言

    某大型工程机械，主梁与支柱一端采用大型球铰装置柔性连接。根据设计及工况，球铰工作中所受最大载荷为400吨，材料为铸钢，经过铸造及刮研等工序生产制造而成。该球铰在出厂前根据有关铸件产品检验标准进行了相应检验，并按照标准GB/T 5677-2007进行了射线照相检测，以保证铸件内部无缺陷。但由于球铰受载荷较大，是该大型工程机械的关键部件，为保证该工程机械安全可靠运行，还需要对球铰进行静力加载试验。

    图1 球铰静载试验装置简图

    二、试验装置

    根据实际工况，设计球铰静力加载试验装置，如图1所示。载荷是通过“件3：油缸”进行缓慢施加的。同时考虑到使用的安全性和可靠性，需要引入安全系数k，实际所施加载荷应为：球铰工作中所受最大载荷*k。这里取安全系数为1.2，因此实际利用油缸加载载荷至480 吨并保持一定时间，观察球铰工作情况。

    三、实体建模

    利用 软件，对试验装置进行建模。该软件对于结构件的建模十分方便，并且有筋板功能，建模过程简洁，效率较高。

    试验装置所选材料均为Q345B，其中原设计整体尺寸：长×宽×高为2100×1100×2256mm，件1上盖板与件5下盖板的板厚为40mm，筋板的厚度为16mm。根据以上尺寸及其它相关尺寸进行建模，如图2和图3所示。

    四、有限元分析

    利用 Simulation 模块，进行有限元分析。 Simulation 的最大优点是其分析模型及结果与 共享一个数据库资源，这样便有效地实现了三维设计与分析计算之间的数据共享和自动转换。有限元分析中需要定义的诸如载荷、约束边界条件，以及生成几何特征分析计算模型，计算过程和结果数据都可以直接显示在 的设计模型上，可以方便、快捷地进行设计方案的调整，非常适用于产品的前期设计工作。

    该试验台按下列步骤进行有限元分析：

    （1）新建算例。该试验为静载试验，因此根据要求，新建试验台算例，选择静态。

    （2）定义材料属性。选定材料为Q345B，定义弹性模量E=206GPa，泊松比为μ=0.3，密度0.00785g/mm3，在分析时将这些材料特性赋予给整个模型。