矮化密植紅棗收獲機騎跨式機架的有限元分析_李琳琳

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

2、據所得數據校核機架強度。同時，對機架進行模態(tài)分析和諧響應分析，求解出機架的固有頻率和振型，通過與外界激振頻率對比分析及諧響應分析得出機架位移隨頻率變化的趨勢，在頻率為30Hz時，產生共振，求解得出30Hz處最大應力為80435MPa、最大變形為15312mm。由于最大應力大于機架材料的屈服極限，機架產生斷裂，因此應對機架進行優(yōu)化改進，使機架滿足靜載荷和激振載荷作用下的強度要求，保證矮化密植紅棗收獲機的安全、可靠。關鍵詞:紅棗收獲機騎跨式

3、機架靜力學分析模態(tài)分析諧響應分析中圖分類號:S22593文獻標識碼:A文章編號: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，為提高紅棗產業(yè)的生產效率，紅棗機械化采收已是必然趨勢［1］。騎跨式機架是紅棗收獲機的主要受力部件，因此對機架的結構強度分析顯得尤其重要。由于作業(yè)環(huán)境復雜，作用在機架上的激振力是機架產生變形的一個主要原因，而激振力的主要來源有采收裝置、輸送鏈、發(fā)動機等部件，以及地

4、面等處激振所產生的隨機振動。當外部激振頻率與機架固有頻率接近時，就會產生共振，共振使機架在工作過程中產生較大的位移，影響紅棗收獲機的工作性能。剛度和強度是反映紅棗收獲機車身性能的兩個重要技術指標。本文利用Ansys有限元分析軟件對機架進行靜力學分析［2］和動力學分析，得到機架工作過程中應力、變形的大小及分布情況和固有頻率、振幅及主振型，驗證機架結構的可行性，保證紅棗收獲機工作時整機穩(wěn)定、安全、可靠。1機架結構參數化建模11機架結構模型建

5、立收稿日期:2015－12－02基金項目:新疆生產建設兵團重大科技項目(2013AA001－3)作者簡介:李琳琳(1989－)，女，河南洛陽人，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，碩士生導師，(E－mail)wlh_shz@163com。騎跨式機架主要由Q235普通碳素結構鋼成型的方鋼焊接而成，包括橫梁、豎梁、縱梁及底梁等組件。機架沿收獲機前進方向長度為46

6、70mm，左右方向長度為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)動機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機架三維模型Fig13Dmodelof

7、theframe12機架有限元模型及網格劃分由于機架結構復雜，為了得到較準確的有限元模型，建模時忽略車架上的附屬結構，并對其做如下簡化:522017年1月農機化研究第1期DOI:10.13427ki.njyi.2017.01.006兩個支撐位置設置為固定約束，左前輪與右后輪兩個支撐位置施加大小相等、方向向上的作用力。圖3彎曲應力云圖Fig3Thestressdistributioninbendingcondition圖4應力集中局部放大

8、圖Fig4Magnificationofthestressconcentration圖5彎曲變形云圖Fig5Totaldefmationinbendingcondition工況1:施加載荷的大小為機架和各部件質量的50%，根據式(1)～(5)得出施加力的大小為10530N，計算所得扭轉應力和變形如圖6和圖8所示。從圖6中可以看出:最大應力發(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，最大應力為16754MPa最大變形發(fā)

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