基于ANSYS的共振破碎機(jī)車(chē)架的有限元分析

吳永勝，官　革，邢紅亮

（長(zhǎng)安大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安710064）

基于ANSYS的共振破碎機(jī)車(chē)架的有限元分析

吳永勝，官革，邢紅亮

（長(zhǎng)安大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安710064）

車(chē)架是共振破碎機(jī)重要組成部分，是整個(gè)車(chē)輛承載基體，因此車(chē)架在載荷作用下的強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)須滿(mǎn)足共振破碎機(jī)工作時(shí)的工作要求。對(duì)車(chē)架的承載進(jìn)行了分析，通過(guò)有限元軟件ANSYS對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和模態(tài)分析，得到車(chē)架在載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變圖和車(chē)架的固有頻率、振型圖，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的車(chē)架滿(mǎn)足共振破碎機(jī)工作時(shí)的強(qiáng)度和頻率要求。

共振破碎機(jī)車(chē)架；ANSYS；模態(tài)分析

隨著水泥混凝土路面的修繕與改建工程越來(lái)越多，路面重修質(zhì)量成為目前急需解決的問(wèn)題，我國(guó)道路重修采取的維修改造措施包括“白加白”、“白加黑”或“白改黑”，但在施工后經(jīng)常會(huì)發(fā)生反射裂縫，達(dá)不到預(yù)想的使用效果［1，2］。車(chē)架作為共振破碎機(jī)各個(gè)總成的承載基體，是共振破碎機(jī)的主體部分，車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響共振破碎機(jī)工作時(shí)的性能。通過(guò)有限元軟件ANSYS對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和模態(tài)分析，計(jì)算該車(chē)架自由狀態(tài)下的固有頻率及振型特性對(duì)整車(chē)動(dòng)態(tài)性能的影響，為車(chē)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1　PSZ600型路面共振破碎機(jī)車(chē)架的承載分析

共振破碎機(jī)車(chē)架采用復(fù)合式車(chē)架，通常由邊梁式車(chē)架和中梁式車(chē)架組合而成或者是邊梁式車(chē)架承載式一體車(chē)架組成，這樣可以增加車(chē)身的抗扭強(qiáng)度。車(chē)架由覆蓋承載車(chē)身、內(nèi)連接架、牽引總成和車(chē)架連接腹板組成，車(chē)架整體尺寸4 320 mm×1 580 mm ×2 040 mm，車(chē)架內(nèi)連接架采用矩形截面梁組合而成［3］。在三維建模軟件proe中創(chuàng)建車(chē)架的三維模型如圖1所示。

圖1　車(chē)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

破碎機(jī)在作業(yè)情況與非作業(yè)情況下，車(chē)架的受力情況是不相同的，在非作業(yè)情況下根據(jù)是否受牽引力分為靜載荷工況與牽引工況，作業(yè)狀態(tài)下除受靜載荷外，主要是動(dòng)載荷工況，下面分析3種工況下車(chē)架的載荷，車(chē)架受力圖如圖2所示。

圖2　車(chē)架受力圖

（1）車(chē)架不受牽引力情況下，承受的載荷包括發(fā)動(dòng)機(jī)、共振梁與配重塊的重力總成；（2）車(chē)架在受牽引力情況下，載荷在車(chē)架不受牽引力工況基礎(chǔ)上，還承受牽引力；（3）破碎機(jī)在工作工況時(shí)，減震器處和旋轉(zhuǎn)臂支點(diǎn)處承受的是周期載荷，由于共振梁的工作頻率為46 Hz，車(chē)架承受的周期載荷為：

F=A［1+sin（92πt+90°）］（1）

其中：F為車(chē)架承受的周期載荷（N）；A為幅值。

將各個(gè)總成的載荷全部加載為集中載荷，工況載荷見(jiàn)表1和2所示。

表1　非作業(yè)工況下各處?kù)o載荷

表2　作業(yè)工況下各處載荷

2　車(chē)架的有限元分析

2.1車(chē)架載荷強(qiáng)度分析

車(chē)架結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，為提高效率，將在三維建模軟件proe中創(chuàng)建好的模型轉(zhuǎn)換為parasolid數(shù)據(jù)類(lèi)型，再通過(guò)輸入接口將車(chē)架模型讀入ANSYS中進(jìn)行分析。車(chē)架材料采用16Mn鋼，材料特性如表3所示，采用solid單元類(lèi)型，為獲得計(jì)算精度，采用二次四面體單元和智能網(wǎng)格劃分，劃分后共生成164 187個(gè)節(jié)點(diǎn)，生成82 426個(gè)單元，有限元模型如圖3所示。

表3　車(chē)架材料特性

圖3　車(chē)架有限元模型

根據(jù)表1和表2的載荷分析，當(dāng)車(chē)架在靜載荷工況下，在ANSYS中對(duì)支座雙銷(xiāo)處和車(chē)前連接處進(jìn)行全約束，此工況下車(chē)架的應(yīng)力應(yīng)變圖如圖4所示。

圖4　靜載荷下車(chē)架的應(yīng)力應(yīng)變圖

由圖4知，在靜載荷工況下，車(chē)架所受最大應(yīng)力為169 MPa，最大位移為7.803 mm.

當(dāng)車(chē)架在動(dòng)載荷工況下，根據(jù)共振梁的安裝特點(diǎn)，安裝位置是共振梁的節(jié)點(diǎn)，即振動(dòng)時(shí)理論上位置不會(huì)變化的點(diǎn)，所以動(dòng)載荷工況下的載荷可以處理成靜載荷，取極限值［4］。此工況下車(chē)架的應(yīng)力應(yīng)變圖如圖5所示。由圖5可知，在動(dòng)載荷工況下，車(chē)架所受最大應(yīng)力為265 MPa，最大位移為7.174 mm.

圖5　動(dòng)載荷下車(chē)架的應(yīng)力應(yīng)變圖

由以上車(chē)架的應(yīng)力應(yīng)變圖可以看出，以上3種載荷工況下車(chē)架最大應(yīng)力都發(fā)生在加強(qiáng)筋底部，最大位移發(fā)生在吊耳處。車(chē)架除應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)力較大以外，其余部分應(yīng)力很小，車(chē)架材料屈服極限［σs］=360 MPa，最大許用變形［δs］=11.85 MPa.

3　結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)建立共振破碎機(jī)車(chē)架的三維實(shí)體模型和對(duì)車(chē)架的載荷分析，得到共振破碎機(jī)作業(yè)和非作業(yè)狀況下的載荷及其大小，基于ANSYS建立共振破碎機(jī)的車(chē)架的有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行了強(qiáng)度分析，得到車(chē)架的應(yīng)力應(yīng)變圖；隨后基于ANSYS對(duì)車(chē)架進(jìn)行自由模態(tài)分析，得到車(chē)架的固有頻率和振型，分析結(jié)果證明該車(chē)架具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)態(tài)特性，符合共振破碎機(jī)工作要求。

［1］Ksaibati，KhaledMiley，MlliamArmaghani.Rubblization of concrete pavements［J］.Transportation Research Record，1999，（01）:165-171.

［2］王海飛，徐京濤，王鑫．水泥混凝土路面碎石化施工機(jī)械［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，23（12）:1-3．

［3］劉利宏．碎石化過(guò)程中水泥混凝土路面的損傷分析［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011．

［4］紀(jì)秀業(yè).共振道路破碎機(jī)車(chē)架設(shè)計(jì)與研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2011．

［5］候獻(xiàn)曉.共振式道路破碎機(jī)車(chē)架有限元分析及輕量化設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2014，31（4）:80-83.

Finite Element Analysis of the Frame of the Resonance Crusher based on ANSYS

WU Yong-sheng，GUANG Ge，XING Hong-liang
（School ofmechanical engineering，Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710064，China）

The frame is an important part of the resonance crusher，is the entire vehicle load matrix，so the strength and dynamic characteristics of the frame under the load of the design mustmeet the requirements of the work of the resonance crusher.In this paper，on the frame of the bearing are analyzed，using the finite element software ANSYS，the frame structure of strength and modal analysis，the frame is received under the load should be stress strain diagram and frame of the inherent frequency and vibration type figure.The result shows that the frame is designed tomeet the requirement of the intensity and frequency of the resonance crusher work.

resonance crusher frame；ANSYS；modal analysis

TH114

A

1672-545X（2016）05-0093-02

2016-02-01

吳永勝（1989-），男，河南周口人，碩士研究生，主要從事機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究。