朱帥， 文學(xué)洙

（延邊大學(xué)機(jī)械工程學(xué)科，吉林延吉133002）

0 引言

本文主要對多瓣抓斗顎板進(jìn)行研究，顎板是多瓣抓斗的關(guān)鍵承載部件。多瓣抓斗在工作時，顎板抓取物料承受著復(fù)雜的動載荷，顎板會產(chǎn)生振動［1］。為了保證顎板在工作中能夠有較好的性能，避免顎板在運動時受外界力作用產(chǎn)生共振，造成對其本身的破壞，有必要對顎板進(jìn)行模態(tài)分析［2］。本文利用ANSYS Workbench有限元分析軟件分析了抓斗機(jī)構(gòu)顎板的固有頻率和振型，為今后顎板的設(shè)計提供了有效的參考依據(jù)。

1 抓斗顎板模態(tài)的分析過程

1.1 有限元模型的建立

ANSYS Workbench和三維軟件SolidWorks具有直接的雙向接口，可以在SolidWorks中建立三維模型后直接打開ANSYS Workbench進(jìn)行有限元分析，如圖1所示。

圖1 抓斗顎板的三維模型

1.2 添加材料的信息

多瓣抓斗的顎板裝置的材料為Q235鋼，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.3，屈服強度為235 MPa，抗拉強度為375～460 MPa，密度為7.85×103kg/m3。

1.3 網(wǎng)格劃分

在ANSYS Workbench中使用計算精度較高的六面體網(wǎng)格劃分。生成的網(wǎng)格模型共有節(jié)點數(shù)45234個，單元數(shù)12037，單元尺寸20 mm，網(wǎng)格類型為：mesh200［3］。

1.4 施加的約束邊界

在抓取物料的時候，顎板臂前鉸鏈孔與下承梁形成轉(zhuǎn)動副，后鉸鏈孔與撐桿形成轉(zhuǎn)動副。即在顎板臂的前后鉸鏈孔處添加4個旋轉(zhuǎn)約束。

2 模態(tài)分析

顎板的模態(tài)分析就是分析顎板的振動特性，得到其固有頻率和振型的過程。本文以顎板約束模態(tài)為例，由于低階振型對顎板結(jié)構(gòu)的振動影響較大，對其動態(tài)特性起著重要的作用［4］。需要得到顎板的前10階固有頻率和振型情況。表1所示為前10階模態(tài)的頻率和最大變形量。

表1 前10階固有頻率及最大變形量

顎板的前10階模態(tài)分析圖，如圖2～圖11所示。

圖2 顎板第1階模態(tài)分析

從前兩階固有頻率可以看出，顎板的固有頻率比較低，尤其是第1階比較低，前3階振型為整體振型，顎板的變形量不是很大。但是從第4階起振型幅度開始增大，最大變形量也開始增大。從第6階以后是主要的薄弱模態(tài)，局部振型變化明顯，變形量變化明顯，這表明該顎板局部剛度較低，所以有必要對顎板的顎鏟壁厚進(jìn)行設(shè)計，使局部剛度得到提高。第7階到第8階之間的頻率差最大，而這個范圍是顎板與各振源頻率避開共振的最好位置。

圖3 顎板第2階模態(tài)分析

圖4 顎板第3階模態(tài)分析

圖5 顎板第4階模態(tài)分析

圖6 顎板第5階模態(tài)分析

圖7 顎板第6階模態(tài)分析

圖8 顎板第7階模態(tài)分析

圖9 顎板第8階模態(tài)分析

圖10 顎板第9階模態(tài)分析

圖11 顎板第10階模態(tài)分析

3 結(jié)論

1）通過對顎板有限元分析求得10階模態(tài)，從而檢查產(chǎn)品設(shè)計的合理性。2）通過對顎板的模態(tài)分析可以非常直觀地表現(xiàn)出產(chǎn)品的動態(tài)特性和薄弱環(huán)節(jié)，為顎板的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造提供了參考數(shù)據(jù)。3）通過對顎板的模態(tài)分析可診斷顎板的故障，如根據(jù)振型的分析可以確定其斷裂的位置。

［1］ 李治國.抓斗式挖掘裝置虛擬樣機(jī)設(shè)置［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007：35-36.

［2］ 沈卓.高抓取比耙剪式抓斗研究［D］.上海：上海海事大學(xué)，2005：47-49.

［3］ 何俊，賴玉活，唐清春，等.基于ANSYS Workbench12的床身模態(tài)分析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（14）：121-124.

［4］ 劉俊梅，于曉龍.大型抓斗式挖泥船有限元法結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［J］.中國水運：下半月，2013（1）：89-91.