早在三千多年前甚至新时代时期人类就有了通过露天开采的方式对煤炭、金属等矿物进行挖掘使用的历史。直到今天,因产量大、成本低、回采率高、资源利用完全,露天开采在煤炭挖掘中仍然占据着不可或缺的重要地位。本文以太重WK-75型机械式矿用挖掘机的卷筒及卷筒轴组件为对象,就组件的疲劳问题展开研究。一方面采用MSC ADAMS软件对整机进行虚拟仿真,另一方面在有限元分析的基础之上结合多轴疲劳理论进行了卷筒及卷筒轴组件的多轴疲劳寿命研究。主要内容包括以下四方面:1.多轴疲劳理论阐述根据WK-75型矿用挖掘机卷筒及卷筒轴组件的实际受力特点以及疲劳破坏方式分析可知,组件受力复杂多变属于多轴疲劳破坏范畴。查阅学习大量有关多轴疲劳破坏准则、损伤机理等理论内容,为卷筒及卷筒轴组件疲劳寿命分析提供理论上的支撑。2.载荷谱的提取因实际载荷测量复杂,本文运用虚拟样机技术对挖掘机的一个工作循环进行模拟。在UG NX环境下建立挖掘机工作装置中主要零部件的几何模型;将paradise格式的中间文件导入动力学仿真软件ADAMS中,设置空间位置约束、在推压机构和回转机构的运动副上施加速度驱动,根据实际受力添加载荷;建立cable插件模块,进行提升钢丝绳及天轮的建模,在卷筒上施加winch(绞车)驱动。设置30s的仿真时间,提取卷筒及卷筒轴组件以及提升钢丝绳处的载荷历程,为多轴寿命分析提供输入载荷。3.卷筒及卷筒轴组件有限元仿真依照实际工程尺寸对卷筒及卷筒轴组件进行有限元模型的建立,确立组件工作过程中的危险工况。在ANSYS Workbench中进行结构静力学分析,得到最大应力、应变的分布和数值,获得危险截面。导出各单位应力作用下的有限元仿真结果,为疲劳寿命分析做准备。4.卷筒及卷筒轴组件疲劳寿命分析基于以上分析,将静力学分析结果和ADAMS动力学仿真分析得到的载荷谱等相关数据文件导入到疲劳分析软件Fe-Safe当中进行关联,建立疲劳载荷谱。利用多轴疲劳寿命分析中最常用到的Von Mises-Goodman算法对卷筒及卷筒轴组件进行多轴高周疲劳寿命仿真分析。在国家高技术研究发展计划(836计划)项目“75立方米大型露天矿用挖掘机研制”(项目编号:2012AA062001)的资助下。本文完整演绎了WK-75型挖掘机采掘的整个循环历程,首次对太重WK系列挖掘机中的卷筒及卷筒轴组件进行疲劳寿命仿真分析。可以为挖掘机实际使用过程中发生的疲劳破坏问题提供理论的解释和说明,并且对今后卷筒及卷筒轴组件定期维护更换以及结构改进提供参考。