平地機(jī)前機(jī)架兩種截面結(jié)構(gòu)分析

卜莉莉，魏 靜

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司 道路機(jī)械分公司，江蘇 徐州221004）

平地機(jī)是一種高速、高效、高精度和多用途的土方工程及礦用機(jī)械，可滿足道路維護(hù)、道路建設(shè)、路邊修整、路面精整、礦區(qū)路面平整與養(yǎng)護(hù)、冰雪清除、原始地貌平整以及硬土松裂等工況。前機(jī)架是平地機(jī)關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)可靠性至關(guān)重要，尤其在路邊修整、刮坡、挖溝以及礦區(qū)路面平整等惡劣工況下，對前機(jī)架的可靠性提出了更高的工況適應(yīng)性能要求。

1 前機(jī)架的主要受力情況

平地機(jī)工作時，前機(jī)架受力狀態(tài)如圖1和圖2所示。

圖1 平地機(jī)工作時受力狀態(tài)

圖2 前機(jī)架受力狀態(tài)

工作裝置的阻力（牽引力）P1=F1。

通過受力狀態(tài)可以看出，前機(jī)架在工作時主要受彎曲和拉伸載荷。

2 前機(jī)架的兩種截面結(jié)構(gòu)型式

如圖3所示，對兩種截面結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行受力分析。

圖3 兩種結(jié)構(gòu)型式受力圖

對于結(jié)構(gòu)一

截面積為：A1=2ht+2（b-2t）t=（2h+2b）t-4t2

對x軸慣性矩為

對中性軸x的抗彎截面系數(shù)為

對于結(jié)構(gòu)二

截面積為A2=2（h-2t）t+2bt=（2h+2b）t-4t2=A1

對x軸慣性矩為

對中性軸x的抗彎截面系數(shù)為

將b=280mm;h=280mm;t=16mm;a=14mm帶入上述公式可得

從以上計算得出：在前機(jī)架承受相對x軸的彎矩時，結(jié)構(gòu)二優(yōu)于結(jié)構(gòu)一。

3 兩種結(jié)構(gòu)型式的有限元分析比較

3.1 模型建立與邊界條件

材料參數(shù)如下。

材料 Q345

密度（kg/m3） 7850

彈性模量（MPa） 2×10e5

泊松比 0.3

屈服極限（MPa） 345

前機(jī)架工作時主要是受鏟刀刮土?xí)r向后的作用力及鏟刀升降油缸下壓時的反作用力。鏟刀向后的最大作用力，我們以平地機(jī)輪胎打滑計算，設(shè)平地機(jī)的重量16t，取地面摩擦系數(shù)0.75，計算出平地機(jī)的最大附著力為84kN，此力加載在牽引架球鉸處；油缸最大下壓力，我們以使平地機(jī)前輪抬起計算，最大下壓力為120kN，此力加載在連接擺架處。在前后機(jī)架的連接處施加固定約束，對前機(jī)架進(jìn)行網(wǎng)格剖分,建立有限元分析模型。

3.2 靜力學(xué)分析

靜力學(xué)分析結(jié)果如圖4和表1所示。

圖4 靜力學(xué)分析原圖

表1 兩種結(jié)構(gòu)應(yīng)力對比

從應(yīng)力云圖得出：結(jié)構(gòu)二應(yīng)力低于結(jié)構(gòu)一，故在工作載荷下，結(jié)構(gòu)二強(qiáng)度較大。

4 結(jié) 論

1）通過計算得出，在前機(jī)架承受相對x軸的彎矩時，結(jié)構(gòu)二優(yōu)于結(jié)構(gòu)一。

2）在工作載荷下的有限元分析表明：結(jié)構(gòu)二應(yīng)力低于結(jié)構(gòu)一，結(jié)構(gòu)二強(qiáng)度較大。

3）對于兩種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度比較，有限元靜力分析與上節(jié)理論計算結(jié)論相同。

綜上，結(jié)構(gòu)二是較優(yōu)的方案。