丘陵山地拖拉機折腰殼體仿真分析

摘 要： 針對丘陵山地拖拉機底盤受載工況惡劣，折扭殼體強度不足造成易斷裂問題，在顛簸、斜坡和轉向3 種工況下運用Nastran 和Hypermesh 聯合建立有限仿真分析模型進行校核計算。根據仿真分析結果判斷殼體結構的合理性，通過改變折腰殼體結構設計使強度安全系數有效提升，經過3 種工況的折腰殼體強度專項試驗驗證，并通過超聲波儀器對殼體薄弱部位進行物理探傷，殼體無損害現象。試驗結果驗證了折腰殼體理論設計和仿真分析的可靠性及可行性。

關鍵詞：丘陵山地拖拉機；折腰殼體；有限元；校核計算；物理探傷

中圖分類號：S219.85 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）09-0086-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.015

0 引言

拖拉機底盤是集傳動、行走、液壓、轉向、制動和機電液集成控制等技術于一體的動力機械移動平臺[1]。殼體作為拖拉機底盤的重要部件，不僅要支撐內部傳動零部件，而且是機架、提升裝置和駕駛室等部件的承重載體。折腰拖拉機底盤無前橋轉向支撐，靠前后輪中間油缸驅動前后輪完成轉向，折腰殼體的受載大，其結構設計不當將嚴重影響箱體內部齒輪、軸承和離合器等重要部件的工作性能。如殼體強度不足，將發生裂紋或斷裂，致使拖拉機無法轉向，由于丘陵山地拖拉機特殊作業環境會使駕駛員無法保證人身安全[2]。因此，折腰殼體強度分析是丘陵山地拖拉機優化設計中的重要一環。

本研究針對丘陵山地拖拉機受載工況惡劣，對連接箱體進行受力分析，通過Hypermesh 和Nastran 聯合建立有限元仿真模型。仿真結果可判斷折腰殼體的薄弱部位，根據整體布置空間和使用要求對其進行優化，并針對優化后的殼體開展專項試驗驗證，以期為新開發折腰殼體的設計、仿真、試驗和檢驗方法提供了理論和技術支持。

1 折腰殼體有限元分析

1.1 建立有限元模型

丘陵山地拖拉機底盤連接總成主要包括變速箱殼體、后橋殼體、前折腰殼體、后折腰殼體、最終傳動殼體、左最終傳動軸和右最終傳動軸。前、后折腰殼體分別與變速箱和后橋殼體靠螺栓連接。其結構較為復雜，對三維模型連接狀態進行簡化。簡化的前提是不能影響拖拉機的質心位置、軸距和輪距等因素[3]。其三維模型如1 所示。