翻抛机清土装置的仿真设计与分析

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1、2015年9月农机化研究第9期翻抛机清土装置的仿真设计与分析林家祥，刘慧丽，张宝岩，宋虎灵(广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006)摘要:基于翻抛机清土铲应用工况容易损坏的缺点，设计一种兼有清土和避障功能的清土装置。应用SolidWorks建立清土装置三维模型，并利用其内置功能插件分别对清土装置的避障工况和避障清土混合工况进行运动学仿真和有限元受力分析。通过运动仿真得到位移和角速度曲线图，显示清土装置旋转清土范围60°，铲尖提升高度200mm，符合初步设计功能要求。同时，分析主要受力零件清土铲铲体两种工况下的对等应力云图，得出受力

2、安全系数分别为1．3和1．4，验证了设计的合理性和准确性，为进一步研究清土铲的速度和力学性能提供理论参考。关键词:清土装置;翻抛机;运动学分析;有限元分析中图分类号:S224．25;TP391．91文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0151－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.034处需要承受较大的力，在不影响清土装置运动功能要0引言求的条件下，在连接板处增加两部分肋板，以加厚连翻抛机是好氧堆肥发酵的实用机械，具有翻动、接孔周围厚度。清土铲模型如图2所示。搅拌、抛离料堆的作用。清

3、土装置位于翻抛机行走履带前方，用于清除轨道前方物料和保持物料成条垛型。清土装置轨道优化的作用主要依赖于其贴近地面或者能够左右旋转分离物料。原有清土装置结构趋向于简单化，功能缺点主要有:①清土时贴近地面易撞击凸出路面;②手动提升避障不及时。这两个问题都会引起清土装置磨损甚至卡死，减少使用寿命。为此，设计一种新型清土装置，并对其进行运动学和静载荷受力仿真分析，最终确定设计的合理性。1清土装置结构设计及工作原理1．翻抛机体2．支座3．油缸4．气弹簧5．柱塞油缸6．清土铲体图1清土装置三维模型1．1清土装置结构设计Fig．1Three－dimen

4、sionaloftrackcleanerdevice基于清土装置结构功能单一、避障缓慢的缺点，提出一种组合型清土装置，主要由支座、气弹簧、柱塞油缸、液压油缸和清土铲5部分组成。在SolidWorks软件平台下对清土装置零件建模和装配，关键在于清土铲梨体曲面的建立以及装配尺寸的确定，其三维结构图如图1所示。支座一端铰链连接于翻抛机机架，利用液压油缸的伸缩控制清土铲体水平方向的旋转运动，气弹簧和单作用柱塞缸用来控制支座的旋转和清土铲的复位。由工程实践分析，清土铲体运动连接收稿日期:2014－09－24基金项目:科技部中小企业科技型创新基金项目

5、(11C26214505631)作者简介:林家祥(1969－)，男，广西贵港人，教授，高级工程师，硕士图2清土铲铲体模型生导师，(E－mail)gx_ljx@163．com。Fig．2Three－dimensionalmodeloftrackcleanerbody·151·2015年9月农机化研究第9期1．2工作原理l1cosθ1=l2cosθ2{(2)清土装置工作工况主要有避障工况、清土工况、l1sinθ1+l3=l2sinθ2清土和避障混合工况3种，其机构简图如图3所示。求解式(2)可得到B点角位移公式为清土工况下，气弹簧和柱塞油缸固

6、定，油缸伸缩带动l+lsinθ311tanθ2=(3)清土铲体左右旋转清土;避障工况下，油缸固定，而清lcosθ11土铲尖部受力迫使弹簧压缩去，清土铲旋转越障，而2)角速度分析。后弹簧和柱塞油缸复位;清土避障混合工况是将两种将式(2)关于时间求导化简得运动叠加，并且相互之间不产生干涉。ω1l1+l3ω1sinθ12ω2=2cosθ1l1cosθ12清土装置运动学仿真通过对翻抛机清土装置的实际调查研究，得到翻抛机行走牵引力以及行走速度的分析计算，并在企业支持下实测清土铲工作速度以及受力范围，得到清土装置仿真运动参数。Motion插件是工业动

7、态仿真软件Adams同类型的运动仿真工具，且与SolidWorks无缝1．柱塞油缸2．支座3．油缸4．清土铲体5．气弹簧衔接，在满足工业动态仿真功能的同时也避免了模型图3清土装置结构简图导入与导出带来的各种误差。Fig．3Structuraldiagramofthetrackcleanerdevice避障工况下，清土铲铲尖受阻力为20000N，以线清土工况是清土装置的主要工况，主要是利用平性弹簧模拟大刚度弹性体作为复位弹簧，并增加阻尼面四杆机构的运动原理，通过油缸简化为倒杆机构。减少复位冲击，设置零件间为固体接触，在翻抛机行图4所示为倒杆

8、机构运动简图。走速度7m/min下进行运动仿真。实际工况下，连接孔处会以黄油增加其柔性，以套管消除冗余约束，得到清土装置避障工况铲尖位移提升曲线和速度曲线，如图5、图6所示。清土避障混合工况下