最新推土机有限元分析幻灯片.ppt

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1、推土机有限元分析第一章TY160型推土机U型架概述推土机是浅挖及短距离运土的铲土—运输机械，用途较广。它以履带式或轮胎式拖拉机、牵引车等为主机，并配以悬式铲刀，其铲刀也称为推土机的工作装置，包括推土板、顶推架、铲刀升降机构等。按推土板安装位置不同，推土机可分为固定式铲刀推土机和回转式铲刀推土机两类。其中回转式铲刀用途较为广泛，可以在推土机直线行驶时，进行侧向卸土。它适用于平地作业，也用于斜坡横向作业，对于回填沟槽之类的作业，其效率之高，尤为显著，并且回转式推土机也容易改装为其他工程机械。由于作业

2、对象不定、作业条件恶劣、载荷变化较大、作业工序反复循环以及操作频繁，致使推土机的工作装置工作条件十分恶劣。尤其是回转式推土机铲刀的U型架，当铲刀呈正铲形式时要承受弯曲及拉压组合作用，当铲刀呈斜铲形式时要承受弯曲、拉压及扭转组合作用。铲土时铲刀有时会突然顶到障碍物，要承受冲击载荷作用。所以推土机在不同的工作情况下，其U型架结构所受的外载荷均不同，受力状态非常复杂。推土机U型架受力分析土对铲刀的反力铲刀计算位置的选择U型架受力分析土对铲刀的反力对于回转式推土机，计算土对铲刀的反力分正铲和斜铲两种作业

3、情况考虑。1、正铲作业时土对铲刀的反力将土对铲刀的反力分解为水平反力PX和垂直反力PZ，PX的最大值取决于推土机的牵引性能，其值为：，其中为考虑动载因素的铲刀顶推力，2、斜铲作业时土对铲刀的反力在进行斜铲作业时，土对铲刀的反力，除了PX、PZ外，还有水平侧向分力PY。PX的计算同正铲作业一样，PY、PZ可按土的切削斜楔原理计算，公式如下：铲刀计算位置的选择铲刀的计算位置主要有以下四种。第一计算位置推土机中部顶到障碍物。其计算条件为：推土机在水平地面作业；带土的推土板从切削位置提升到运土位置；推土

4、机功率足够大，在提升推土板的同时，以最大顶推力向前，即可能使推土机翘尾失稳同时履带滑转；回转式推土机，铲刀在水平面安装的回转角。第二计算位置推土板中部突然顶到障碍物其计算条件为：推土机在水平地面作业；铲刀于固定位置切土（油缸闭锁或绞盘制动）；推土机功率不能在提供最大顶推力同时提升推土板；推土机具有最大顶推力，并考虑冲击、惯性等动载因素，需考虑动载系数。第三计算位置推土板侧角顶到障碍物（偏载）。其计算条件同第一计算位置。第四计算位置液压推土机铲刀中部强制切土。其计算条件为：推土机在水平地面作业；铲

5、刀中部顶到障碍物上，且全力向下施压；推土机功率足够大，铲刀在强制入土的同时，以最大顶推力向前，即可能使推土机抬头失稳同时履带滑转；切削深度为零。计算中，选择了第二及第三计算位置。U型架受力分析以第二计算位置为例,取铲刀为研究对象，受力如图１所示。铲刀受力有：土的反力PX和PZ、铲刀自重Gg、U型架铰点支反力XC和ZC、提升力S。PX、PZ和S可前述公式求得，即PX、PZ、S和Gg均为已知力，铰点反力XC和ZC可按下面平衡方程计算。图１铲刀受力图单独取U型架为研究对象，受力如图2所示。因为整个系统

6、的结构及受载均对称，图2U型架受力图所以图中：S１＝S２＝S，作用在U型架上的力有：球铰反力XA、ZA，以及斜撑杆与U型架间反力PB1、PB2、PE1、PE。为计算方便，过铰点1、2建立一补充坐标轴u-u，由于结构及受力对称，有：建立以下平衡方程：并根据实际受力特点假设：以上六式联立，即可求得XA、ZA、PB1、PB2、PE1、PE。TY160型推土机U型架外载荷计算结果第二计算位置（正载）计算结果计算中所需U型架各部分尺寸见表2，各尺寸含义见图1和图2。将表1和表2中的数值代入前述公式中，经过

7、计算，得到了U型架在正载时所受外载荷，计算结果见表3。第三章TY160型推土机U型架有限元分析TY160型推土机U型架有限元模型的建立TY160型推土机U型架有限元计算结果TY160型推土机U型架有限元模型的建立一、建立U型架结构的实体模型由前处理软件提供的交互式图形输入功能，在终端屏幕上人机交互地构建几何模型，同时生成几何模型的描述数据。U型架原始结构如图5所示，根据使用特点及计算要求，对U型架结构进行了必要的简化，得到其实体模型。图5U型架原始结构图二、划分有限元网格对于三维结构的有限元分析

8、，采用高精度的单元，单元数目可以少些，数据准备方便，总计算量也可以减少，高阶单元用于三维问题是更有效的。等参单元既能适应复杂结构的曲面边界，又便于构造高阶单元，在三维结构分析中是很常用的。由于U型架的结构不规则，为适应其边界，提高计算精度并减少计算量，选择20节点六面体等参数单元来划分网格。整个结构共划分为32332个单元，63800个节点，如图6所示。图6U型架结构有限元网格图三、确定边界条件根据U型架使用情况及有限元分析的要求，对模型施加如下约束：U型架与机身铰接处：UX、UY、UZU型架前