翻抛机机架的力学分析与优化设计.doc

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1、翻抛机机架的力学分析与优化设计林家祥，田伟，石学堂，林家平「西科技大学机械工程学院，广西柳州545006)摘要：应用Hypermesh有限元软件对翻抛机机架进行静力学和动力学模态分析，从而找出机架危险点位置，对危险点位置进行局部加强，并在此基础上进行结构优化设计。计算结果表明，优化后的机架不但满足挣力学和动力学要求，而且整机质量也减少了24%。.通过对样机的试制，验证了此优化方法的准确性与合理性。关键词：翻抛机；机架；有限元软件；优化设计中图分类号：TP391.91文献标识码：A文章编号：1003-188X2013)11-0156-030引言“十二五”期间国家高度

2、重视农业生产，畜禽废弃物高效处理利用、有机肥和微生物肥高效安全生产技术研究被列入农业科技发展规划中。因此，有效地利用农作物进行有机肥生产更是长远发展大计。翻抛机是一种能够将固体堆积物翻动、抛离、混合的机械,主要应用于有机肥生产和生活垃圾、污泥粪便等有机废弃物的无害化、资源化处理川。翻抛机机架是整机的核心部件，受力极其复杂。早期研制以经验为主缺乏理论依据，不能准确分析岀受力情况。为此，应用Hypermesh软件对机架进行受力分析，并在此基础上进行优化设计，具有良好的实用性。1翻抛机结构和工作原理1.1翻抛机及机架的结构翻抛机由橡胶履带、翻抛轮升降液压缸、机架、翻抛轮

3、、驾驶室、汕箱、发动机、液压系统和电控系统等组成，其结构如图I所示。该机左右侧板孔处与翻抛轮饺接，翻抛轮的另一端通过液压油缸与后封板钱接，使翻抛轮便于调节高度。翻抛机机架的架体为桥式结构，由材料为Q345的桥式平台、左右侧板、前后封板、横梁和加强筋等钢板焊接而成。桥式平台上面承载着发动机、油箱、驾驶室、电控系统及其他附属液压元件。1.2工作原理在工作过程中，橡胶履带通过液压马达带动整机收稿日期:2013-01-06基金项目：科技部中小企业科技型创新基金项目01C26214505631)作者简介：林家祥(1969-)，男，广西柳州人，教授级高级工程师，硕士生导师，(

4、E-mail)gx」jx@163.come行走。在行走过程屮，利用翻抛轮转动对物料进行破碎、翻抛，存翻抛机后方形成新的条垛,从而完成物料的翻抛、搅拌、混合作业。翻抛机的行走速度为0〜8m/mine为了适应不同场台的作业要求，可以通过液压控制阀分别对翻抛轮高、低和转速进行调节,液压系统的动力來源于发动机驱动的液压泵。I•橡胶履带2.翻抛轮升降液压缸3.机架4.翻抛轮图【翻抛机结构图Eig.IThechartofthestiuctureofwindrowtuniermachine2翻抛机机架的力学分析2.1机架的有限元模型的建立将Solidworks建立好的三维模型

5、导入到Hy-permesh里。根据有限元理论，几何上有-一个方向的尺度比其他两个方向小得多为板壳单元加，对模型抽取中面进行网格划分；在抽取中面后焊接部位会出现缝隙,应对缝隙处进行补面处理；并根据相关文献在焊接处进行节点合并。采用这种处理方法对于结果没有太大影响⑶。为了提高整体网格的质量，把机架分为若干个形状规则的块，对每一小块乎动进行网格划分,在连接处要保证节点一一对应，共划分61796个单元和62041个节点。其中,61408个四边形单元、388个三角形单元。在各个螺栓孔处做Washer处理并建立RBE2单元模拟螺栓连接。机架材料采用Q345,材料弹性模量E=2

6、.05e5MPa；泊松比"=0.29;密度p二7.85e-9t/mm3o划分好网格的机架有限元模型，如图2所示。图2机架有限元模型Fig.2Thefiniteelementmcxleloftheframe2.2机架的载荷施加和约朿条件机架上方安装有发动机、驾驶室、液压油箱、柴油油箱及附属液压元件。各个部件通过螺栓与机架连接，测岀各自的质心位置；在质心位置建立与各个螺栓孔连接的刚性单元并施加集中载荷⑷。各个力按照静力等效原则分配到相应的节点上⑸。施加载荷的大小如下:机架自身的重力通过设置重力加速度自动生成；发动机的重力G,=5880N;汕箱的载荷按照满油箱计算，液压

7、汕箱的重力G=3728.6N;柴汕油箱重为5=2592.4N;驾驶室重为C4=3920N;分别在左、右侧板螺栓孔处施加翻抛轮对机架的力，第一个螺栓扎施加竖直方向的力八=7000N,水平方向几=3000N,在第2个螺栓孔处竖直和水平力为F.=化=3000N。衣机架与履带所有连接螺栓孔处约束3个平动和2个转动，放开沿轴向旋转的自由度，共有5个自由度⑹。2.3结果分析衣完成了网格划分、参数设计、施加载荷和定义边界条件后㈢，应用RADIOSS求解器进行求解，根据材料力学第四强度理论得到等效应力，即(Tr=[$1-”2F+&2_”3)2+-

8、为3个法向