基于ANSYS的共振破碎機(jī)車架的有限元分析

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）

車架是共振破碎機(jī)重要組成部分，是整個(gè)車輛承載基體，因此車架在載荷作用下的強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)須滿足共振破碎機(jī)工作時(shí)的工作要求。對(duì)車架的承載進(jìn)行了分析，通過有限元軟件ANSYS對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和模態(tài)分析，得到車架在載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變圖和車架的固有頻率、振型圖，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的車架滿足共振破碎機(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越多，路面重修質(zhì)量成為目前急需解決的問題，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。通過有限元軟件ANSYS對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和模態(tài)分析，計(jì)算該車架自由狀態(tài)下的固有頻率及振型特性對(duì)整車動(dòng)態(tài)性能的影響，為車架結(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)車架的承載分析

共振破碎機(jī)車架采用復(fù)合式車架，通常由邊梁式車架和中梁式車架組合而成或者是邊梁式車架承載式一體車架組成，這樣可以增加車身的抗扭強(qiáng)度。車架由覆蓋承載車身、內(nèi)連接架、牽引總成和車架連接腹板組成，車架整體尺寸4 320 mm×1 580 mm ×2 040 mm，車架內(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)建車架的三維模型如圖1所示。

圖1　車架結(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種工況下車架的載荷，車架受力圖如圖2所示。

圖2　車架受力圖

（1）車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）車架在受牽引力情況下，載荷在車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，車架承受的周期載荷為：

F=A［1+sin（92πt+90°）］（1）

其中：F為車架承受的周期載荷（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　車架的有限元分析

2.1車架載荷強(qiáng)度分析

車架結(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)類型，再通過輸入接口將車架模型讀入ANSYS中進(jìn)行分析。車架材料采用16Mn鋼，材料特性如表3所示，采用solid單元類型，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　車架材料特性

圖3　車架有限元模型

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

圖4　靜載荷下車架的應(yīng)力應(yīng)變圖

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

當(dāng)車架在動(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)載荷下車架的應(yīng)力應(yīng)變圖

由以上車架的應(yīng)力應(yīng)變圖可以看出，以上3種載荷工況下車架最大應(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

本文通過建立共振破碎機(jī)車架的三維實(shí)體模型和對(duì)車架的載荷分析，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)的車架的有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行了強(qiáng)度分析，得到車架的應(yīng)力應(yīng)變圖；隨后基于ANSYS對(duì)車架進(jìn)行自由模態(tài)分析，得到車架的固有頻率和振型，分析結(jié)果證明該車架具有足夠的強(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。