油茶深松机底盘机架力学特性研究

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油茶深松机主要工作环境为山地丘陵地带,工作环境复杂,受力情况多变。其中底盘机架作为连接履带式底盘及底盘传动系的关键部件,需保证其工作可靠性。本文针对油茶深松机底盘机架典型工况进行研究分析,详尽分析底盘机架在动载荷状态下,底盘机架的力学特性和振动特性。在保证底盘机架强度刚度的前提下,对底盘机架进行轻量化设计,具体研究内容如下:(1)对影响油茶深松机底盘机架的两种典型工况——行驶工况、深松工况的受力情况做理论分析。针对典型工况分别作了详细的受力分析和推导,将各部件的载荷通过推导至底盘机架。建立对应受力平衡方程组,根据方程组,求得各工况下底盘机架具体受力情况。(2)利用ANSYS中LsDyna模块对单个深松刀具旋土过程进行动力学仿真分析,得到在旋土过程中单个深松刀具在垂直地面方向受到的土壤阻力平均值为1286.4N。根据分析结果,确定在深松工作头入土瞬间底盘机架具体受力情况。(3)在Inventor中建立了深松机底盘机架的参数化实体模型,并将模型导入到ANSYS Workbench中建立了有限元模型。对底盘机架进行模态分析,得到机架的前6阶固有频率和振型,并对前六阶振型做出简要分析,通过比对底盘机架前六阶固有频率与外部激振频率,得知底盘机架前六阶固有频率最低为65.4Hz,外部激振频率为3-47Hz,底盘机架固有频率能够避开外部激振频率,表明底盘机架能够有效避免共振现象发生。(4)根据各工况下底盘机架具体受力情况,将这些载荷和约束施加到机架的有限元模型上。据此做了典型工况下机架的强度和刚度分析,得出应力和变形云图,底盘机架在深松行驶工况下应力最大,应力最大点出现在机架底部发动机托横梁处,其最大应力值为146.2MPa,现有结构可以满足工作需求,并且有优化的潜力。对底盘机架进行应力试验,根据实验结果与仿真结果进行比对,实验与仿真最大误差在20%内,可以验证本次所建立的有限元模型的准确性,说明本次有限元分析具有一定可靠性,本次有限元模型可作为下一步优化参数化模型。(5)根据梁单元建模的特点,得到了底盘机架构件壁厚变化对固有频率、最大应力和质量的灵敏度表达式。轻量化后的新机架与原结构相比,在保证底盘机架强度刚度的前提下,底盘机架最大应力减小10.7MPa,底盘机架减重16.2%,达到底盘机架轻量化设计目标。
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