在我国北方地区，冬季持续时间长，年降雪量相对较大，积雪严重影响了交通运输的畅通与安全，及时清除道路积雪，是冬季道路养护作业的一项重要内容。文中设计的清雪铲可对压实的冰雪冲击破碎并予以清除，一次性破冰除雪，高效节能，避免污染，无需人工二次除雪，当遇到障碍物时，清雪铲可自动越障，越障过程无需停车。为了提高振动清雪铲的性能和产品质量，有必要对清雪铲的静态和动态特性进行研究，使清除冰雪效果更佳，产品可靠性更高。文中对振动清雪铲的静动态强度有限元分析进行研究。
      振动清雪铲能够清除浮雪和-20℃时厚度30mm的压实冰雪，清雪效率(露出路面)95%以上。清雪铲宽度3.2m；大端高度1.1m，小端高度0.84m；清雪铲总质量1.9t；振动清雪铲的侧倾角为20°，振动清雪铲如图1所示。
      利用偏心轮机构，马达带动振动铲振动，振动铲把压实的冰雪振碎并同时清除。主铲板与车辆前进方向有20°侧倾角，主铲板可以把振碎的冰雪抛扬至路边。当遇到障碍物时，越障机构会自动越过障碍物。
      铲刃的振动是由液压系统驱动振动马达旋转，马达通过皮带带动皮带轮旋转，从而使同轴上的偏心轮旋转，最终铲刃按照正弦规律实现往复运动(即铲刃的振动)。而在有限元分析过程中，激振力的施加位置是保证计算准确的关键。通过对清雪铲的运动分析，激振力的施加位置如图4所示。
      文中利用ANSYS软件对清雪铲结构进行应力强度分析，并采用了ANSYS中的3种单元shell63，beam188和solid185。shell63为板壳单元，既具有弯曲能力又具有膜力，可以承受平面内载荷和法向载荷。beam188适应于从细长到中等粗短的梁结构，单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。solid185单元用于构造三维固体结构，单元具有超弹性、应力钢化、蠕变、大变形和大应变能力。
      当行车速度为3km/h时，在铲刃上施加雪阻力，振动清雪铲在静载荷作用下有限元计算的应力云图如图5。
      从图5可以看出，在3km/h时，清雪铲在静载荷作用下，主铲板与轴承座支撑筋接触处、振动臂和衬板接触处、支撑梁与前悬挂接触处应力较大。其中最大应力产生在主铲主板与轴承座支撑筋接触处，最大应力值为2.02e8 Pa。
      将谐响应分析法应用于清雪铲结构的动应力分析。首先用有限元方法对清雪铲进行模型简化并计算出清雪铲的动频，然后应用模态叠加谐响应分析计算出雪铲位移的动态响应，进而对位移动态响应进行扩展分析求得雪铲的动应力。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！