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新型推土机车架的强度有限元分析

发布于:2025-06-26 19:35
有限元分析

      目前,国产履带式推土机车架结构大都为传统的八字梁支承型式,链轮轴不仅传递牵引力,同时还起支承作用,对于大功率推土机而言,其机重都较大,因此链轮轴承受的载荷较大(尤其在偏载情况下);而新结构型式车架的链轮轴只传递牵引力并承受链轮传动装置自身的小部分重量,机身重量由后支承轴和平衡梁来承受,从结构上讲,虽然多了后支承轴,但省去了复杂的八字梁,因此,该种结构不但改善了驱动链轮轴的受力状况,而且也简化了结构。
      新车架的基本结构型式和受力情况如图所示。图中为提升油缸对车架的作用力,为后支承轴对车架的作用力,为链轮通过最终传动壳体作用于车架上的力,为平衡梁作用于与车架铰接处的力,为车身上部所受各部件,为车架自身重力。除重力外,以上各部位受力会由于偏载的作用而出现左右不对称的情况,实际的受力是按偏载进行分析的,图仅是其平面示意图;另外,为简化起见,图中是以集中力的形式表示的,在对模型进行实际加载时,是按各部件实际连接情况对集中力分解后加上的(不一定均布)。由于结构上的变化改变了车架的受力状况,因此须对车架进行整体的强度有限元分析
      车架是一空间焊接结构,且以板类结构件为主,由于结构复杂,其强度分析变得十分困难,为此,借助于有限元方法用计算机进行分析计算。
      车架主要为板类材料焊接而成,因此,在建立有限元模型时首先考虑以板类空间单元为主,将这些板类结构件分为平面、柱面和空间曲面3类,对中间有孔的结构同时也考虑在内,按以上类别把车架结构整体划分为一个个独立的子域,将子域边界特征编成相应的数据文件,输入专门的分析软件,由其根据网格的稀密度要求对整体结构进行网格划分,这样也避免了对个别零部件进行单独划分时带来的节点处连接不好的问题,利用该软件,在实物结构参数的基础上,建立了该车架的有限元网格模型,如图所示。
      参照文献,推土机工作装置强度计算的工况主要有5种,通过分析,选择以下两种最恶劣工况作为受力分析及强度计算的依据。
      工况1:推土机水平地面作业,铲刀侧角顶到障碍物;铲刀全力下压进行强制切土的同时,推土机以最大顶推力向前运动,这时,推土机在可能产生抬头失稳的同时履带滑转。
      工况2:推土机水平地面作业,铲刀侧角顶到障碍物,裸升油缸裸升的同时以向前运动,这时,推土机在可能产生翘尾失稳的同时雁带滑转。
      根据以上选定的工况,分别以整机、顶推架及相土铲、台车、平衡梁及车架为隔离对象进行受力分杆(车架受力情况见图),建立静力学平衡方程组。
      该方程组包括了各部件在空间所受的全部力禾力矩,其具体受力分析过程:①首先根据上述工况又整机进行受力分析得出铲刀和履带的受力。②将针斗、顶推架及相应连杆机构作为隔离体进行受力为析得出顶推架对台车架、提升油缸对机头架的作拜力。③将台车架、驱动链轮作为隔离体进行受力分杆求出其对平衡梁、后支承轴及最终传动连接处的作用力。④将车架作为隔离体,考虑平衡梁铰接中心提升油缸铰接处、后支承轴连接处、最终传动连接列的受力,其上安装的其他零部件总成(发动机、变速箱、离合器、制动器、驾驶室等)的重力及车架自身重量,求出车架的受力。上述整个过程较为繁杂,在此不作详细讨论,而只对车架的受力作一简要说明。
      按有限元分析计算的要求,需建立相应的边隽约束条件并在适当的节点上施加载荷。
      为了使模型能按要求进行计算并使其不发生位移,通过分析,给以下几处施加边界约束条件:在后部与中心轴连接对称位置上左右各选一个约束其向位移;在与平衡梁接触的铰销列选一个节点约束其)向位移。这样,就车架整体在空间3个方向的移动和转动,从而验证分析计算的正常进行。


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