矮化密植紅棗收獲機(jī)騎跨式機(jī)架的有限元分析_李琳琳

1、矮化密植紅棗收獲機(jī)騎跨式機(jī)架的有限元分析李琳琳，王麗紅，坎雜，李成松，張亞歐(石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆石河子832003)摘要:根據(jù)新疆矮化密植棗園地面特點(diǎn)，為提高紅棗收獲機(jī)的工作性能，利用Ansys有限元分析軟件分析紅棗收獲機(jī)在平整地面勻速直線運(yùn)動(dòng)工況下和在地面不平整工況下機(jī)架應(yīng)力、變形的大小及分布情況。結(jié)果表明:最大變形發(fā)生在機(jī)架頂部發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置及縱梁上激振裝置的安裝位置，應(yīng)力集中發(fā)生在前段縱梁、方管與方管的連接處，可根

2、據(jù)所得數(shù)據(jù)校核機(jī)架強(qiáng)度。同時(shí)，對(duì)機(jī)架進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，求解出機(jī)架的固有頻率和振型，通過(guò)與外界激振頻率對(duì)比分析及諧響應(yīng)分析得出機(jī)架位移隨頻率變化的趨勢(shì)，在頻率為30Hz時(shí)，產(chǎn)生共振，求解得出30Hz處最大應(yīng)力為80435MPa、最大變形為15312mm。由于最大應(yīng)力大于機(jī)架材料的屈服極限，機(jī)架產(chǎn)生斷裂，因此應(yīng)對(duì)機(jī)架進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使機(jī)架滿足靜載荷和激振載荷作用下的強(qiáng)度要求，保證矮化密植紅棗收獲機(jī)的安全、可靠。關(guān)鍵詞:紅棗收獲機(jī)騎跨式

3、機(jī)架靜力學(xué)分析模態(tài)分析諧響應(yīng)分析中圖分類號(hào):S22593文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－188X(2017)01－0025－0070引言目前，新疆矮化密植紅棗種植面積逐年增加，為提高紅棗產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，紅棗機(jī)械化采收已是必然趨勢(shì)［1］。騎跨式機(jī)架是紅棗收獲機(jī)的主要受力部件，因此對(duì)機(jī)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析顯得尤其重要。由于作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，作用在機(jī)架上的激振力是機(jī)架產(chǎn)生變形的一個(gè)主要原因，而激振力的主要來(lái)源有采收裝置、輸送鏈、發(fā)動(dòng)機(jī)等部件，以及地

4、面等處激振所產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)。當(dāng)外部激振頻率與機(jī)架固有頻率接近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，共振使機(jī)架在工作過(guò)程中產(chǎn)生較大的位移，影響紅棗收獲機(jī)的工作性能。剛度和強(qiáng)度是反映紅棗收獲機(jī)車身性能的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。本文利用Ansys有限元分析軟件對(duì)機(jī)架進(jìn)行靜力學(xué)分析［2］和動(dòng)力學(xué)分析，得到機(jī)架工作過(guò)程中應(yīng)力、變形的大小及分布情況和固有頻率、振幅及主振型，驗(yàn)證機(jī)架結(jié)構(gòu)的可行性，保證紅棗收獲機(jī)工作時(shí)整機(jī)穩(wěn)定、安全、可靠。1機(jī)架結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模11機(jī)架結(jié)構(gòu)模型建

5、立收稿日期:2015－12－02基金項(xiàng)目:新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)重大科技項(xiàng)目(2013AA001－3)作者簡(jiǎn)介:李琳琳(1989－)，女，河南洛陽(yáng)人，碩士研究生，(E－mail)1269037607@qqcom。通訊作者:王麗紅(1975－)，女，河北邯鄲人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E－mail)wlh_shz@163com。騎跨式機(jī)架主要由Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼成型的方鋼焊接而成，包括橫梁、豎梁、縱梁及底梁等組件。機(jī)架沿收獲機(jī)前進(jìn)方向長(zhǎng)度為46

6、70mm，左右方向長(zhǎng)度為1780mm，豎直方向高為1880mm，縱梁的橫截面為100mm100mm，底梁、豎梁以及橫梁的橫截面均為80mm100mm，方鋼的壁厚為8mm。因此，在SolidWks三維軟件中建立如圖1所示的參數(shù)化模型。1方向盤2左縱梁一3座椅4采收裝置支撐5發(fā)動(dòng)機(jī)6液壓油箱7右縱梁一8橫梁9豎梁10右后輪支撐11右縱梁二12左后輪支撐13底梁14右前輪支撐15左前輪支撐16左縱梁二圖1機(jī)架三維模型Fig13Dmodelof

7、theframe12機(jī)架有限元模型及網(wǎng)格劃分由于機(jī)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了得到較準(zhǔn)確的有限元模型，建模時(shí)忽略車架上的附屬結(jié)構(gòu)，并對(duì)其做如下簡(jiǎn)化:522017年1月農(nóng)機(jī)化研究第1期DOI:10.13427ki.njyi.2017.01.006兩個(gè)支撐位置設(shè)置為固定約束，左前輪與右后輪兩個(gè)支撐位置施加大小相等、方向向上的作用力。圖3彎曲應(yīng)力云圖Fig3Thestressdistributioninbendingcondition圖4應(yīng)力集中局部放大

8、圖Fig4Magnificationofthestressconcentration圖5彎曲變形云圖Fig5Totaldefmationinbendingcondition工況1:施加載荷的大小為機(jī)架和各部件質(zhì)量的50%，根據(jù)式(1)～(5)得出施加力的大小為10530N，計(jì)算所得扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和變形如圖6和圖8所示。從圖6中可以看出:最大應(yīng)力發(fā)生在左縱梁一與第一根豎、橫梁的連接處，其局部放大圖如圖7所示，最大應(yīng)力為16754MPa最大變形發(fā)

9、生在右側(cè)豎梁與縱梁一、二的連接處，最大變形量為13627mm。由于紅棗收獲機(jī)結(jié)構(gòu)及載荷左右對(duì)稱分布，同理，可知工況2與工況1的最大應(yīng)力和最大變形大小相等，發(fā)生位置對(duì)稱分布。圖6扭轉(zhuǎn)應(yīng)力云圖Fig6Stressdistributionintwistingcondition圖7應(yīng)力集中局部放大圖Fig7Magnificationofthestressconcentration圖8扭轉(zhuǎn)變形圖Fig8Totaldefmationintwisti