铣刨机转向油缸的有限元仿真与疲劳分析

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1、EC．UIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCE文章编号：1000一O33X(2014)030087—02铣刨机转向油缸的有限元仿真与疲劳分析程德军，周里群，王震(1．中联重科股份有限公司，湖南长沙410200；2．湘潭大学机械工程学院，湖南湘潭411005)摘要：应用有限元法建立了铣刨机转向油缸活塞杆的有限元模型，得到了活塞杆的应力强度分布图。建立了活塞杆的N曲线，应用ANSYS软件中的FatigueTool计算活塞杆的疲劳寿命。分析结果表明，高应力区与实际裂纹位置吻合，验证了有限元法对寿命预估的有效性。关键词：活塞杆；ANSYS；有限元仿真；疲劳寿命中图分类号：U41

2、5．52文献标志码：BFiniteElementSimulationandFatigueAnalysisforSteeringCylinderofMillingMachineCHENGDe—un，ZHOULi—qun，WANGZhen(1．ZoomlionHeavyIndustryScienceandTechnologyCo．Ltd．，Changsha410200，Hunan，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，XiangtanUniversity，Xiangtan411005，Hunan，China)Abstract：Thefiniteelement

3、modelforthepistonrodofmillingmachine’Ssteeringcylinderwasestablishedwithfiniteanalysismethod．andthestressintensitydistributionwasobtained．TheS』＼，curveofpistonrodwasacquired．Then，thefatiguelifewascalculatedbyusingFatigueToolinANSYS．Theresultshowsthatthehighstresspositionsareconsistentwiththeactuallo

4、cationsofcracks．A1lofthesevalidatedthatitiSvalidtoevaluatethefatigue1ifewiththefiniteelementmethod．Keywords：pistonrod；ANSYS；FEMsimulation；fatiguelife0引言现有的大型铣刨机是由四履带链轮驱动_】]，铣刨机转向分为前履带转向和后履带辅助转向，转向由油缸实现，油缸活塞杆的伸缩量决定转向角度和方向。油缸活塞杆经常受到交变应力的作用，再加1转向机构的模型机构上铣刨机的施工环境非常恶劣，因此活塞杆的受力转向油缸的压力油由辅助泵提供，最大压力为状态比较复杂。

5、本文采用ANSYS软件对转向油缸19MPa。转向油缸活塞杆横截面的直径为40mm。活塞杆进行强度分析和疲劳寿命估算]。根据图1所示的简化图，在进行有限元分析时可把活塞杆简化为二力杆。1油缸活塞杆有限元模型的建立1．2油缸活塞杆有限元模型的建立1．1转向机构的分析与模型简化由于活塞杆的结构比较简单，几何模型可以在铣刨机的转向机构由转向油缸、导向环、导向柱ANSYS里直接建立。活塞杆材料采用45钢，该总成等组成，机器转向时通过油缸伸缩推动导向环材料的弹性模量E一2．1×10MPa，泊松比一带动导向柱实现转向。转向机构的模型机构简化图0．3，密度

6、0—7850kg·m。为方便划分网格，选如图1所示

7、。用solid187单元，solid187单元是一个高阶3维10收稿日期：2013-lO—O6基金项目：湖南省科技厅项目(2012FJ4092)87圈围匿回国圈lEQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCE节点固体结构单元，具有二次位移模式，可以更好地2活塞杆的疲劳寿命估算模拟不规则的模型。单元通过10个节点来定义，每个节点有3个沿着、Y、方向平移的自由度。单本文利用ANSYS软件中的Fatigue模块，通元支持塑性、超弹性、蠕变、应力刚化、大变形和大应过后处理得到的应力结果来确定模型的疲劳寿命耗变能力，还可采用?昆合模式模拟几乎不可压缩弹塑用系数。ANSYS疲劳计算以

8、ASME锅炉和压力容材料和完全不可压缩超弹性材料。器作为计算依据，采用简化了的弹塑性假设和选好单元材料并设定好参数后，对模型进行网Miner累积疲劳准则。格划分，如图2所示。2．1活塞杆～曲线的选定进行疲劳计算首先要确定零件的N曲线。45钢N曲线的经验公式为logN一“+blogS(1)式中：N为零件在特定应力下的循环次数；S为零件的极限应力(MPa)。查参数表得：a一35．4815，一一12．0804。所．