摘 要： 針對丘陵山地拖拉機(jī)底盤受載工況惡劣，折扭殼體強(qiáng)度不足造成易斷裂問題，在顛簸、斜坡和轉(zhuǎn)向3 種工況下運(yùn)用Nastran 和Hypermesh 聯(lián)合建立有限仿真分析模型進(jìn)行校核計(jì)算。根據(jù)仿真分析結(jié)果判斷殼體結(jié)構(gòu)的合理性，通過改變折腰殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使強(qiáng)度安全系數(shù)有效提升，經(jīng)過3 種工況的折腰殼體強(qiáng)度專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，并通過超聲波儀器對殼體薄弱部位進(jìn)行物理探傷，殼體無損害現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了折腰殼體理論設(shè)計(jì)和仿真分析的可靠性及可行性。

關(guān)鍵詞：丘陵山地拖拉機(jī)；折腰殼體；有限元；校核計(jì)算；物理探傷

中圖分類號：S219.85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）09-0086-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.015

0 引言

拖拉機(jī)底盤是集傳動、行走、液壓、轉(zhuǎn)向、制動和機(jī)電液集成控制等技術(shù)于一體的動力機(jī)械移動平臺[1]。殼體作為拖拉機(jī)底盤的重要部件，不僅要支撐內(nèi)部傳動零部件，而且是機(jī)架、提升裝置和駕駛室等部件的承重載體。折腰拖拉機(jī)底盤無前橋轉(zhuǎn)向支撐，靠前后輪中間油缸驅(qū)動前后輪完成轉(zhuǎn)向，折腰殼體的受載大，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)將嚴(yán)重影響箱體內(nèi)部齒輪、軸承和離合器等重要部件的工作性能。如殼體強(qiáng)度不足，將發(fā)生裂紋或斷裂，致使拖拉機(jī)無法轉(zhuǎn)向，由于丘陵山地拖拉機(jī)特殊作業(yè)環(huán)境會使駕駛員無法保證人身安全[2]。因此，折腰殼體強(qiáng)度分析是丘陵山地拖拉機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。

本研究針對丘陵山地拖拉機(jī)受載工況惡劣，對連接箱體進(jìn)行受力分析，通過Hypermesh 和Nastran 聯(lián)合建立有限元仿真模型。仿真結(jié)果可判斷折腰殼體的薄弱部位，根據(jù)整體布置空間和使用要求對其進(jìn)行優(yōu)化，并針對優(yōu)化后的殼體開展專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，以期為新開發(fā)折腰殼體的設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)和檢驗(yàn)方法提供了理論和技術(shù)支持。

1 折腰殼體有限元分析

1.1 建立有限元模型

丘陵山地拖拉機(jī)底盤連接總成主要包括變速箱殼體、后橋殼體、前折腰殼體、后折腰殼體、最終傳動殼體、左最終傳動軸和右最終傳動軸。前、后折腰殼體分別與變速箱和后橋殼體靠螺栓連接。其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對三維模型連接狀態(tài)進(jìn)行簡化。簡化的前提是不能影響拖拉機(jī)的質(zhì)心位置、軸距和輪距等因素[3]。其三維模型如1 所示。