基于NX的動(dòng)物運(yùn)輸?拐臂有限元分析

李?良　李勝

摘要：前裝機(jī)構(gòu)是動(dòng)物運(yùn)輸?的重要組成，它是搜集病死畜禽的關(guān)鍵部件。因受?而產(chǎn)?較?的應(yīng)?和應(yīng)變通常會(huì)影響動(dòng)物運(yùn)輸?的正常?作，借助NX對動(dòng)物運(yùn)輸?滿載情況下拐臂在臨界狀態(tài)的受?情況進(jìn)?分析。結(jié)果表明，拐臂在初始位置最?應(yīng)?和應(yīng)變?最終位置的值較?，初始位置拐臂的最?應(yīng)?為200.11 MPa，最?應(yīng)變量為32.57 mm。對其進(jìn)?結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后拐臂應(yīng)?較未優(yōu)化下降了12.2%，應(yīng)變較未優(yōu)化下降了15.4%。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物運(yùn)輸?;前裝機(jī)構(gòu);拐臂;應(yīng)?;應(yīng)變;NX

中圖分類號：TP391.7 收稿?期：2022-04-30

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.010

我國是?口?國，同樣也是養(yǎng)殖?國。在農(nóng)?養(yǎng)殖過程中，難免會(huì)有禽畜類因?yàn)?些疾病而死亡。所以，研發(fā)出?種專?搜集病死畜禽的專??輛?常必要。動(dòng)物運(yùn)輸?不僅能滿?搜集病死畜禽的市場需要，同時(shí)能防?病死畜禽因處理不當(dāng)造成環(huán)境污染，避免感染?類。

動(dòng)物運(yùn)輸?是由前裝機(jī)構(gòu)、箱體和底盤三?部分組成。動(dòng)物運(yùn)輸?的關(guān)鍵部位在于前裝機(jī)構(gòu)，而拐臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接決定了前裝的強(qiáng)度。前裝機(jī)構(gòu)?作原理是與箱體連接的液壓缸帶動(dòng)拐臂繞拐臂?座旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，與拐臂相連的料?隨拐臂?起旋轉(zhuǎn)，將地?的病死畜禽運(yùn)送到動(dòng)物運(yùn)輸?箱體?。其?作過程中，在液壓缸提供的液壓??夠時(shí)，拐臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就起著?關(guān)重要的作?。

因此，借助NX對動(dòng)物運(yùn)輸?進(jìn)?有限元分析，它的結(jié)果將為動(dòng)物運(yùn)輸?的研發(fā)和量產(chǎn)提供理論依據(jù)[1]。

1 拐臂結(jié)構(gòu)及受?

動(dòng)物運(yùn)輸?的模型如圖1所?，前裝機(jī)構(gòu)是由料?組合件以及拐臂組合件等組合裝置，而拐臂就是圖中?頭上形狀如??樣的結(jié)構(gòu)。本?將分析動(dòng)物運(yùn)輸?在額定載荷作?下，初始和最終兩種臨界狀態(tài)下的應(yīng)?的應(yīng)變情況。圖1中，拐臂位置為其初始位置，拐臂的最終位置為初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約90°的位置。

前裝機(jī)構(gòu)的受?情況如圖2所?。O為拐臂的旋轉(zhuǎn)?點(diǎn)， G1為料?及組合件的重?， G2為拐臂組合件的重?，F(xiàn)1為料?和拐臂連接處的作??， F2為料?和拐臂連接油缸（料?油缸）施加的作??， F3為箱體和拐臂連接處的作??， F4為箱體和拐臂連接油缸（拐臂油缸）施加的作??，以上?的單位均為N。在拐臂油缸作?下整個(gè)前裝機(jī)構(gòu)繞拐臂的旋轉(zhuǎn)?點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，完成將病死畜禽搜集到動(dòng)物運(yùn)輸?箱體?的?作。

分別以料?組合件和拐臂組合件為研究對象進(jìn)?受?分析，動(dòng)?學(xué)?程如下：

（1）

以料?組合件為研究對象，代??程（1）得：

（2）

同樣以拐臂組合件為研究對象，代??程（1）得：

（3）

（4

在求解得到拐臂組合件所受外?后，將其作為有限元分析的邊界和載荷約束。

2 有限元分析本?研究了動(dòng)物運(yùn)輸?前裝機(jī)構(gòu)在額定載荷300 kg的裝載下，初始和最終臨界位置時(shí)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)變和應(yīng)?情況。

2.1 初始位置

初始位置是料?裝載300 kg（動(dòng)物運(yùn)輸?結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)值）重物，油缸處于伸?極限狀態(tài)的位置，此時(shí)對拐臂進(jìn)?有限元分析，包括拐臂不同位置的應(yīng)變以及應(yīng)?。初始位置的應(yīng)變情況如圖3所?，為了清楚看到每個(gè)位置的應(yīng)變，相應(yīng)位置的放?圖如圖4中a、b、c和d所?。

如圖3所?，拐臂的最?應(yīng)變量為32.57 mm，應(yīng)變量最?的部位位于拐臂與料?連接處。如圖4所?，拐臂的左側(cè)應(yīng)變量明顯?右側(cè)應(yīng)變量?，分析結(jié)果與實(shí)際情況相吻合。

初始位置拐臂的應(yīng)?隨單元的變化情況如圖5所?。應(yīng)?放?圖如圖6中a、b、c和d所?。

如圖5所?拐臂的最?應(yīng)?為200.11 MPa，應(yīng)?最?的部位位于拐臂與箱體油缸連接處的上部。如圖6所?，拐臂的左側(cè)應(yīng)?明顯?右側(cè)應(yīng)?小。

2.2 最終位置

拐臂的最終位置是油缸回到未伸?狀態(tài)時(shí)拐臂的位置，即拐臂初始位置繞拐臂?座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約90°的位置。如圖7所?，拐臂處在最終位置時(shí)，其不同位置的應(yīng)變情況。相應(yīng)位置應(yīng)變的放?圖如圖8所?。

如圖7所?知拐臂的最?應(yīng)變量為25.37 mm，應(yīng)變量最?的部位同樣位于拐臂與料?連接處。如圖8所?，拐臂的左側(cè)應(yīng)變量明顯?右側(cè)應(yīng)變量?，分析與實(shí)際情況相符合。

最終位置拐臂的應(yīng)?隨單元的變化情況如圖9所?。應(yīng)?放?圖如圖10中a、b、c和d所?。

從圖9可知拐臂的最?應(yīng)?為92.15 MPa，應(yīng)?最?的部位位于拐臂與料?油缸連接處上部。從圖10可知，拐臂的左側(cè)應(yīng)?明顯?右側(cè)應(yīng)??。

為了更加直觀地查看拐臂的有限元分析情況，匯總?cè)绫?所?[4]。

由上表可知，在初始位置時(shí)，與箱體連接的油缸給拐臂施加較?的拉?，約為20 080 N，在與箱體連接的油缸與拐臂鉸接處附近，應(yīng)?也較?，約200.11 MPa。而在最終位置，油缸給拐臂施加了反向的?，約為1 727 N，應(yīng)?最?值也出現(xiàn)在與料?連接的油缸和拐臂鉸接處附近，約為92.15 MPa。相較初始位置應(yīng)?最?值，最終位置應(yīng)?最?值下降了54%;相較初始位置的最?變形量，最終位置最?變形量下降了22%。通過分析，可得兩位置的最?應(yīng)?均低于材料的屈服極限355 MPa，滿?強(qiáng)度要求，但應(yīng)變量最?有32.57 mm。

3 優(yōu)化?案

由于拐臂在初始位置時(shí)應(yīng)變量較?，因此，接下來對拐臂在初始位置時(shí)進(jìn)?優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮到降低成本和減輕重量等因素，設(shè)計(jì)具體?案如下：

在拐臂兩個(gè)油缸連接處的兩側(cè)各增加兩個(gè)12 mm耳狀加強(qiáng)板，以減小油缸連接處的應(yīng)?和應(yīng)變。優(yōu)化加耳狀加強(qiáng)板圖如圖11所?，其應(yīng)變圖如圖12所?，應(yīng)?圖如圖13所?。

如圖1 2所?，經(jīng)?案?優(yōu)化后拐臂最?應(yīng)變?yōu)?7.55 mm。

如圖1 3 所?，經(jīng)?案?優(yōu)化后拐臂最?應(yīng)?為175.63 MPa。

拐臂優(yōu)化效果對?結(jié)果如表2所?。

由表2可得，拐臂應(yīng)變較未優(yōu)化下降了15.4%，拐臂應(yīng)?較未優(yōu)化下降了12.2%。

4 結(jié)語

通過對動(dòng)物運(yùn)輸?拐臂在初始和最終兩個(gè)臨界位置的有限元分析，可以得出在初始臨界位置，拐臂的最?應(yīng)?和應(yīng)變較?。為減小拐臂的最?應(yīng)?和應(yīng)變，對其進(jìn)?結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后拐臂應(yīng)變較未優(yōu)化下降了15.4%，應(yīng)?較未優(yōu)化下降了12.2%。本?的分析對動(dòng)物運(yùn)輸?的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和質(zhì)量提?具有指導(dǎo)作?。

參考?獻(xiàn)：

[1] 李錦，鄭偉，吳濤. 中?版UG NX 10.0技術(shù)?全[M].北京：??郵電出版社， 2018.

[2] 張克義，王珍吾，符春?，等.理論?學(xué)[M].南京：東南?學(xué)出版社，2017.

[3] 唐穎達(dá).液壓缸?冊[M].北京：機(jī)械?業(yè)出版社，2020.

[4] 李云凱，王優(yōu)強(qiáng)，?亞忠，等.基于ANSYS的壓縮式垃圾?弧形?廂有限元分析[J].機(jī)床與液壓，2021，49（10）：130-135.

作者簡介：李?良，1980年?，?程師，研究?向?yàn)榄h(huán)衛(wèi)?輛設(shè)計(jì)。ED0F0142-7CD3-4613-A0E1-68C79B76B629