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割草機車架靜特性有限元分析

2016-03-04 23:31歐陽兆彰李偉業(yè)
山東工業(yè)技術(shù) 2016年5期
關(guān)鍵詞:有限元分析

歐陽兆彰 李偉業(yè)

摘 要:車架的靜態(tài)特性對割草機的強度、壽命有重要的影響。本文基于有限元分析方法,對自主研發(fā)的割草機車架進行靜態(tài)分析,得到危險部位,強度校核車架擬使用的材料。評價整車的結(jié)構(gòu)合理性與安全性。本文對車架特性的研究工作,為下一步設(shè)計工作提供依據(jù),縮短開發(fā)周期,確保整車安全質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:割草機車架;靜態(tài)特性;有限元分析

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.225

車架是割草機的關(guān)鍵承載構(gòu)件。它不僅承載乘員與割草機構(gòu)的重量,還將發(fā)電機,電動機、傳動裝置等零部件有機連接成一個整體。車架靜態(tài)特性對割草機的強度、壽命有重要的影響,是整車設(shè)計開發(fā)工作中的重要環(huán)節(jié)。割草機在戶外草坪修剪工作中還承受各種復雜多變的外界載荷,車架必須有合理的強度,才能確保整車的安全性[1]。

江門市公路局與江門職業(yè)技術(shù)學院聯(lián)合開發(fā)的新型割草機,三維設(shè)計圖如圖1所示。該割草具有自主研發(fā)的液壓割草機構(gòu),能實現(xiàn)升降、收縮,完成各種草坪的修剪工作要求。因此,整車要承載的的設(shè)備較多,車架的安全性十分重要,車架結(jié)構(gòu)如圖2所示。在產(chǎn)品設(shè)計初期,建立整車三維模型后,通過ANSYS有限元分析軟件進行靜態(tài)特性進行分析,校核強度,確保整車的安全,并為改進設(shè)計提供參考意見。

1 車架有限元模型的建立

有限元法的基本思想,把一個連續(xù)的彈性體離散成多個的單元組合體來研究,用一個離散結(jié)構(gòu)來代替原來的連續(xù)結(jié)構(gòu),作為真實結(jié)構(gòu)的近似力學模型[2]。割草機的車架由管材焊結(jié)而成,并承載復雜的載荷。車架的前端主要安裝液壓升降伸縮割草機構(gòu),總重約600公斤;車架的中間主要放置電子設(shè)備、油箱與搭載人,估算共500公斤,車架后端主要承載發(fā)電機、電動機與減速機構(gòu),約重400公斤。根據(jù)受力情況,對車架有限元模型施加約束的邊界條件,把乘員以及機械、電子設(shè)備等作為載荷轉(zhuǎn)化為均布力施加在車架上,在ANSYS軟件對模型進行求解[3]。

2 車架靜態(tài)特性分析

通過Ansys軟件計算分析,得到車架應力云圖,如圖3所示??梢杂^察與分析車架的最大應力位置。車架管的最大應力出現(xiàn)在前段安裝液壓割草機構(gòu)處,其最大應力為17.3MP。割草機車架擬用的鋼得其屈服極限σb為375~460MPa根據(jù)實際情況取安全系數(shù) n=2.5則許用應力值[σ]為150~184 MP,根據(jù)有限元分析結(jié)果(由圖3可看出)最大應力為由分析結(jié)果σmax=17.3MP,即σmax < [σ] 。因此,擬設(shè)計的車架的靜態(tài)特性能很好滿足強度要求。根據(jù)有限元分析的結(jié)果,對車架使用材料可使用截面積更少的管材,進一步減輕車架重量,減低造車成本。

3 結(jié)語

用ANSYS軟件進行車架靜態(tài)分析,得到靜應力的危險部位。強度校核分析表明,車架擬使用的材料能很好滿足車輛承載要求。本文對車架靜、動態(tài)特性的研究工作,可為下一步設(shè)計工作提供依據(jù),減少割草機開發(fā)周期,降低成本,確保整車開發(fā)質(zhì)量。

參考文獻:

[1]Grandhi. Structural optimization with frequency constraints areview[J].Journal.1993,31(12)29-35.

[2]Hyungyil Lee,Heon Seo,Gyungjin Park.Design enhancements for stress relaxation in Automotive multi-shell-structures[J].Nan Ling Campus, Jilin University,2001

[3]張進國,程曉輝,孫敬宜.基于ANSYS的汽車車架結(jié)構(gòu)有限元分析[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2006(05).

廣東省公路管理局科研項目(項目編號:2013-12)

作者簡介:歐陽兆彰(1982-),男,廣東江門人,機械工程講師,主要從事:機械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化。

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