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滑移装载机车架有限元分析与优化设计

宁海成  
【摘要】:滑移装载机是一种能够原地360度转向的国际通用的多功能小型工程机械产品,特别适用于狭小场地的作业和一些小型工程。 原地360度转向和多功能是滑移装载机的两个最显著的特点。在欧美发达国家,工作附具的持续开发已经在很大程度上增加了滑移装载机的用途,并且扩大了其对用户的吸引力。随着不断开发出的各种用途的工作附具,滑移装载机总能在一些新的领域一展身手。 滑移装载机是全球工程机械市场上非常受青睐的产品之一,特别是在北美和欧洲等发达国家和地区。而在我国,滑移装载机还属于新兴产品,滑移装载机市场还处于培育和萌芽阶段,但其市场潜力将是极其巨大的。随着滑移装载机的性能特点和功能逐渐被市场所接受和认可,国内滑移装载机市场一定会迎来很好的发展机遇。 滑移装载机的车架是滑移装载机的重要部件,是滑移装载机整机性能的基础。滑移装载机整机体型较小、结构紧凑,所以车架结构也较为复杂且紧凑,整机的所有零部件如发动机、驾驶室、动臂、油缸、覆盖件等都是以车架作为基础的。所以,滑移装载机车架的结构是否合理,强度是否满足作业工况,是一个很值得研究的课题。 滑移装载机在实际作业过程中工况复杂多变、千差万别,我们不可能在计算机中完全模拟每一次作业过程并进行分析计算,既不现实,也没有必要。只需要根据滑移装载机的工作过程,选择载荷较大的典型工况进行计算分析即可。本课题参考了相关文献资料并选择了插入工况对称受力、插入工况极限偏载、掘起工况对称受力、掘起工况极限偏载、运输工况等一些典型工况进行了分析计算。本论文研究的对象是某公司的滑移装载机车架,它是由不同形状、不同尺寸、不同类型的零件所焊接而成的。由于此车架结构较为复杂,本课题采用的是先在建模工具比较强大的PROE中建立三维模型,然后输入ANSYS软件中进行分析的方法。三维建模采用了自下而上(Bottom-Up)的建模方法,即先进行单个零件建模,再组合成部件装配体,最后再由部件装配体和其他单个零件组合成整体车架模型。将PROE中建立的滑移装载机车架三维模型然后输入ANSYS软件后,首先进行了在插入工况对称受力、插入工况极限偏载、掘起工况对称受力、掘起工况极限偏载、运输工况前轮悬空、运输工况后轮悬空六个典型工况下的静力学分析,分析得到车架的最大应力为287.96MPa,小于300Mpa的许用应力,满足车架的强度要求;车架的最大位移为2.2105mm,出现在车架的后端顶部。在应力分布云图上还可以看出,两个肋板与横板连接处有明显的应力集中现象,并且出现在焊缝处,极易出现开裂,在以后的优化设计中这是最需要解决的问题。随后进行了滑移装载机车架的模态分析和谐响应分析。从谐响应分析结果可以看出,在频率为117HZ左右Y方向的振动最大,而其他两个方向的振动和Y方向相比较小。117HZ这一频率已经高于发动机的转动频率40HZ,不会引发共振,车架的动态性能良好。最后进行了车架等强度设计,优化后的车架减重了6%,达到了很好的效果。


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