单斗液压挖掘机是工程机械的一种主要类型,广泛应用在房屋建筑、筑路工程、水利建设、港口建设、国防工程等土石方施工和矿山采掘之中。单斗反铲液压挖掘机是挖掘机械中最重要的机种之一,主要应用于挖掘停机面以下的土壤。反铲装置是液压挖掘机的主要工作装备,其结构的合理性直接影响到整机的工作性能和可靠性。由于其复杂多变的工作载荷,因此工作装置的可靠性备受关注。按照传统设计方法,凭经验假定若干危险姿态,通过手工计算校核结构强度的办法已经远远不能满足产品的开发和设计需要。为了寻找单斗液压挖掘机反铲工作装置钢结构的危险工况,建立了整机理论复合挖掘力的计算模型。随着计算机技术的迅猛发展,计算机辅助工程(CAE)技术变得日趋成熟和高效,在产品开发和设计领域中正在逐渐替代传统方法,成为设计工作中的重要手段。本文应用软件ANSYS对反铲装置处于危险挖掘位置的载荷进行模拟、对各部件进行结构静力分析,可以快速准确地计算出工作装置上各部位的应力和变形情况,有助于对结构进行整体和局部改进。全文主要从以下几个方面进行了阐述:①简单介绍了有限元分析的基本理论和分析方法及其分析软件ANSYS。②建立了反铲装置整机理论复合挖掘力的计算数学模型,并在此基础上应用MATLAB软件编制了求解最大复合挖掘力及工作装置的结构内力和经验计算工况下的结构内力分析程序,从而为应用有限元软件快速地分析工作装置钢结构最恶劣工况的应力提供了加载依据。③以某小型液压挖掘机反铲装置为例,对其动臂和斗杆进行了结构分析,应用Pro/Engineer软件建立三维结构模型,然后导入到ANSYS中,根据实际情况确定了所用单元的类型和材料属性,最后建立了有限元模型。④在有限元分析过程中,首先将挖掘机的基本参数输入到编制好的程序,求出工作装置在各种工况下的铰孔载荷;然后确定动臂和斗杆的边界条件以及铰孔处载荷的处理方式,并且施加边界约束和载荷,最终得到各工况动臂和斗杆的应力分布情况。分析结果表明:对于本文所研究的挖掘机,动臂和斗杆在复合挖掘工况下其内部最大应力都较经验工况大。虽然不同的挖掘机分析结果有所不同,但对其工作装置的钢结构进行应力和可靠性分析时,不仅要考虑经验工况,还必须对复合挖掘工况加以分析。反铲装置整机理论复合挖掘力的计算数学模型不仅适用于对工作装置进行有限元分析,还可用于底盘设计、挖掘性能分析、回转支承当量载荷计算及稳定性分析,从而为更加全面地评价挖掘机各方面的性能提供了理论依据。