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底盤驅動橋靜強度CAE分析及試驗研究

發布于:2024-01-20 21:16
CAE分析

      高地隙自走式噴桿噴霧機適用于棉花、玉米等作物整個生長過程,尤其是生長后期進行施藥作業,其底盤可靠性直接影響整機的性能和使用安全。由于底盤離地間隙要高、輪距需大范圍可調,故對驅動橋強度要求很高,同時由于駕駛員在很高的位置操作機器,其安全性的保障尤為重要。而對其驅動橋強度的試驗測試準備周期長、成本高、工作量大,而且受到很多不可控因素干擾。因此,通過靜態結構分析的方法研究高地隙底盤驅動橋的應力和變形規律,對于保證高地隙噴霧機底盤的可靠性及安全性都有促進作用。近年來,我國東北地區和新疆對高地隙自走式噴桿噴霧機需求持續增強,但該產品國內的研發還處于初級階段,產品的性能和可靠性與發達國家水平相比有較大差距,對其進行研究對于促進該產品快速定型和批量化生產也有重要意義。
      ANSYS分析軟件是機械結構設計領域的通用工具,廣泛應用在農業機械底盤及關鍵部件的設計和研究過程中,尤其是在噴霧機噴桿析架結構的模擬分析和優化研究方面應用較多,還有的利用ANSYS軟件對噴藥泵的結構和強度進行分析。本研究以現代農裝科技股份有限公司開發的高地隙噴霧機底盤的驅動橋為研究對象,采用ANSYS有限元分析(finite element analysis FEA)與試驗相結合的研究方法,首先建立了該高地隙底盤及驅動橋三維模型,之后通過靜態結構CAE分析和試驗驗證對其進行靜強度分析。同時,基于靜強度分析結果,獲得了不同輪距時驅動橋應力和總變形的分布規律,確定了驅動橋的最大應力和變形的發生部位及大小,確定了能保證強度要求的驅動橋橫管截面尺寸、壁厚和制造工藝要求等。該機器具有底盤離地間隙高、輪距可調、前后橋強度要求高等特點,對于解決我國高稈作物后期施藥作業難的瓶頸和促進高地隙自走式噴桿噴霧機產業化發展有積極促進作用。
      輪距可調式底盤驅動橋結構如圖1所示。
      整個機構的工作原理是:轉向液壓系統通過轉向油缸伸縮推動底盤支撐座順時針或逆時針旋轉,同時,底盤支撐座依次帶動與之連接的減震彈簧、減震導向軸、立軸及馬達安裝支架一起旋轉,最終帶動與輪邊馬達連接的車輪旋轉,實現底盤轉向;立軸能沿驅動橋的立管上下活動,通過空氣彈簧實現底盤支撐和減震。
      輪距調節結構如圖2所示,驅動橋機構輪距調節功能的實現過程如下:驅動橋插入底盤橫梁中,輪距調節油缸的活塞端通過油缸連接銷鉸接到底盤橫梁上焊接的油缸固定耳,輪距調節油缸的活塞桿端通過螺栓連接到驅動橋橫管底端的螺紋孔上。當調節油缸伸縮時,驅動橋橫管就能在底盤底盤橫梁內進行滑動,從而實現底盤的輪距調節功能。
      基于機械設計領域廣泛采用的ANSYS分析軟件,通過對驅動橋在不同狀態時的靜強度分析,獲得不同輪距、不同工況下驅動橋的應力和應變規律,為保證噴霧機驅動橋強度的可靠性提供理論依據,具體分析方法如下。驅動橋靜強度分析方法首先,將材料力學參數輸入分析軟件。驅動橋采用鑄造加工毛坯,后通過機加工完成零件,整個過程在現代農裝科技股份有限公司保定分公司完成,零件選用焊接性、韌性和耐磨性較好的低合金材料,鋼號為ZG35 Mn。該材料的屈服強度、為345-415MPa、抗拉強度b =570 MPa、伸長率12%,將以上力學性能參數添加到軟件的材料庫,為靜態結構分析做準備。


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